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固定翼飞机是怎样飞起来的?

科普小知识2022-08-05 12:50:07
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固定翼飞机能够起飞的原因是基于流体力学中的伯努利定理。简而言之,根据伯努利定理,如果在相同的高度,流体的流速与流体施加的压力成反比。

我们知道,当民航飞机在起飞前在机场跑道上助跑时,为什么?为什么固定翼飞机不像直升机一样直接起飞?原来,固定翼飞机起飞产生的升力完全来自两侧的机翼。当飞机上升时,空气流经两侧的机翼(固定翼飞机的机翼是流线型的)。当空气通过机翼的上侧和下侧时,行进的距离是不同的。为了让机翼产生升力,机翼上侧的距离必须大于机翼下侧的距离。

因为与此同时,空气在机翼上侧比在下侧传播得更多,这将不可避免地导致机翼上侧的气流速度高于机翼下侧的气流速度。这样,伯努利定理就派上了用场。根据伯努利定理,速度越快,压力越低,速度越慢,压力越大。也就是说,机翼上侧的压力低于机翼下侧的压力。毫无疑问,机翼上的合力是向上的,因此飞机被“抬起”。

固定翼飞机是怎样飞起来的?

伯努利在1726年根据流体的性质和机械能守恒原理提出了伯努利定理。它的数学表达式可以简单地表示为:1/2×pv2+pgh+p=常数。在公式中,p代表密度,v代表流速,p代表压力,h代表高度,h与p相同,如果v大,则p小,反之亦然。这样,我们可以清楚地看到流量和压力之间的反比关系,但是我们如何理解这种反比关系呢?这很简单。至于机翼,由于其上侧的高速度,空气分子对机翼的正面冲击将不可避免地减少(因为空气分子会流走);当机翼下侧的空气分子流动缓慢时,与上侧相比,下侧的空气分子和机翼之间必定会有更多的碰撞,所以我们可以理解为什么速度和压力是成反比的。

伯努利定理不仅适用于航空,也适用于日常生活。例如,两张A4大小的纸被分开一小段距离,平行放置,用嘴吹两张纸之间的间隙。我们可以看到最初分开的纸张彼此靠近。这一现象也是基于伯努利定理。