飞机的升力是如何产生的,升力产生的基本原理


飞机能起飞的原理是什么?它是如何获得的升力? 任何航空器都必须产生大于自身重力的升力才能升空飞行 , 这是航空器飞行的基本原理 。 航空器可分为轻于空气的航空器和重于空气的航空器两大类 , 轻于空气的航空器如气球、飞艇等 , 其主要部分是一个大大的气囊 , 中间充以比空气密度小的气体(如热空气、氢气等) , 这样就如同我们小时候的玩具氢气球一样 , 可以依靠空气的静浮力升上空中 。 远在一千多年以前 , 我们的祖先便发明了孔明灯这种借助热气升空的精巧器具 , 可以算得上是轻于空气的航空器的鼻祖了 。

然而 , 对于重于空气的航空器如飞机 , 又是靠什么力量飞上天空的呢?

相信大家小时候都玩过风筝或是竹蜻蜓 , 这两种小小的玩意构造十分简单 , 但却蕴含着深刻的飞行原理 。 飞机的机翼包括固定翼和旋翼两种 , 风筝的升空原理与滑翔机有一些类似 , 都是靠迎面气流吹动而产生向上的升力 , 但与固定翼的飞机有一定的差别;而旋翼机与竹蜻蜓却有着异曲同工之妙 , 都是靠旋翼旋转产生向上的升力 。

机翼是怎样产生升力的呢?让我们先来做一个小小的试验:手持一张白纸的一端 , 由于重力的作用 , 白纸的另一端会自然垂下 , 现在我们将白纸拿到嘴前 , 沿着水平方向吹气 , 看看会发生什么样的情况 。 哈 , 白纸不但没有被吹开 , 垂下的一端反而飘了起来 , 这是什么原因呢?流体力学的基本原理告诉我们 , 流动慢的可空气压强较大 , 而流动快的空气压强较小 , 白纸上面的空气被吹动 , 流动较快 , 压强比白纸下面不动的空气小 , 因此将白纸托了起来 。 这一基本原理在足球运动中也得到了体现 。 大家可能都听说过足球比赛中的“香蕉球” , 在发角球时 , 脚法好的队员可以使足球绕过球门框和守门员 , 直接飞入球门 , 由于足球的飞行路线是弯曲的 , 形似一只香蕉 , 因此叫做“香蕉球” 。 这股使足球偏转的神秘力量也来自于空气的压力差 , 由于足球在踢出后向前飞行的同时还绕自身的轴线旋转 , 因此在足球的两个侧面相对于空气的运动速度不同 , 所受到的空气的压力也不同 , 是空气的压力差蒙蔽了守门员 。

对于固定翼的飞机 , 当它在空气中以一定的速度飞行时 , 根据相对运动的原理 , 机翼相对于空气的运动可以看作是机翼不动 , 而空气气流以一定的速度流过机翼 。 空气的流动在日常生活中是看不见的 , 但低速气流的流动却与水流有较大的相似性 。 日常的生活经验告诉我们 , 当水流以一个相对稳定的流量流过河床时 , 在河面较宽的地方流速慢 , 在河面较窄的地方流速快 。 流过机翼的气流与河床中的流水类似 , 由于机翼一般是不对称的 , 上表面比较凸 , 而下表面比较平 , 流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水 , 流速较快 , 而流过机翼下表面的气流正好相反 , 类似于较宽地方的流水 , 流速较上表面的气流慢 。 根据流体力学的基本原理 , 流动慢的大气压强较大 , 而流动快的大气压强较小 , 这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高 , 换一句话说 , 就是大气施加与机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大 , 二者的压力差便形成了飞机的升力 。

当飞机的机翼为对称形状 , 气流沿着机翼对称轴流动时 , 由于机翼两个表面的形状一样 , 因而气流速度一样 , 所产生的压力也一样 , 此时机翼不产生升力 。 但是当对称机翼以一定的倾斜角(称为攻角或迎角)在空气中运动时 , 就会出现与非对称机翼类似的流动现象 , 使得上下表面的压力不一致 , 从而也会产生升力 。

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