空中的飞机为什么掉不下来

人们早就梦想像鸟儿一样在天空*飞翔。人们发现鸟类有两种飞行模式:扑翼飞行和滑翔。人们首先注意到的是鸟类的扑翼飞行。他们像鸟儿一样飞来飞去，但是失败了。后来，人们转向学习鸟类滑翔。长期以来，人们一直对鸟类的滑翔感到困惑。外国的一些人曾经认为鸟的肚子里有热量。然而，中国晋代的一个叫葛洪的人，在仔细观察了鹰的飞行之后，解释说鹰伸展它的翅膀，不扑动，但是由于上升气流，它能盘旋，飞得越来越高。基于鸟类滑翔的原理，人们建造了滑翔机和早期的飞机。

现在我们知道，飞机之所以能在高空飞行而不坠落，是因为它受到升力，而使飞机获得升力的主要部件是机翼。但是飞机是如何得到这种升力的呢？为了解释这个问题，让我们先做一个简单的实验:

将一个乒乓球放入一个倒置的漏斗中，首先用一张纸板抓住漏斗开口。这时，用真空吸尘器将空气从狭窄的开口吹入漏斗，并取走纸板。这时，乒乓球不能掉下来。这是支撑球体的“电梯”。因为空气流过球和漏斗壁之间的狭窄间隙的速度大于空气流出漏斗开口的速度，所以漏斗宽开口处的压力大于漏斗窄开口处的压力。它克服了乒乓球的重力，使球托不倒，即空气速度增加，压力降低。这在物理学上叫做伯努利原理。

除了必须考虑机翼周围的空气循环外，飞机获得的升力与上述实验相似。这种环流叠加在飞机飞行过程中通过机翼的平移气流上。在机翼的上部，环流的方向与平移流的方向相同，叠加的结果增加了气流的速度。在机翼的下部，环流的方向与平移流的方向相反，因此气流速度降低。可以看出，机翼上方的气流速度高于下方，上方的流线密度较大，下方的流线较薄。根据伯努利原理，机翼上方的压力减小，下方的压力增加，形成向上和向后的总压力Q。q在水平和垂直方向上分为两个分量F和F，其中F是飞机机翼上的向上升力，它使飞机上升或保持飞机悬浮在空中；F分量是阻止飞机前进的正面阻力。

上述现象也可以用牛顿定律定性解释。气流在机翼上有向上的升力，因此机翼对气流有向下的反作用力，从而使气流向下偏转。

当气流通过机翼时，垂直方向的动量分量将发生变化。因为机翼对气流有向下的力，所以机翼也会得到向上的升力。这与上述结果一致。

因此，飞机机翼上的总压Q的大小与气流的速度有关。空气速度越大，Q值越大。此外，Q值还与机翼的形状和迎面而来的空气流向机翼表面的仰角α有关。

当飞机飞行时，它受到升力F、重力P、螺旋桨前进力F1和阻力F的影响。为了使飞机正常飞行，升力应该足够大，阻力应该最小。经过长期实践和观察，发现如果机翼的前缘是圆的，后部是尖的，机翼的上部是微凸的，飞机受涡流的影响较小，即阻力较小。因此，人们逐渐改进翅膀的形状，采用流线型的翅膀。

实践证明，当其他条件相同时，飞行速度越快，机翼产生的升力越大。机翼的横截面积越大，升力越大。对于低速运输机，需要大的机翼来获得足够的升力。对于高速飞机，如果机翼长度太长，阻力会增加，此时应采用小机翼。因此，根据不同飞行速度的要求，应采用不同的机翼和不同的截面形状。

无论是哪种截面的机翼，在一定范围内增加仰角α都可以提高升力。飞机起飞速度越低，为了增加升力，飞机必须抬起机头，通过增加机翼的仰角来增加升力。然而，当仰角增加时，阻力也会增加，机翼上形成的涡流面积会越来越大，因此机翼上的升力也会减小。因此，在正常飞行中，机翼的仰角有一定的范围。如果仰角超过这个范围，它不会增加升力，但会引起失速，使飞机掉下来。

一般来说，在机翼产生升力之前，飞机必须与空气有相对运动。但是还有另一种飞机，它有能力在空中停下来。这是直升机。直升机在军事和民用方面都发挥着重要作用。它们可用于运输材料、抢救病人和伤员、拍摄照片、绘制地表地图、保护森林和防火等。

直升机的机翼和空气之间没有相对运动。升力不应该存在。为什么它会突然停在空中而不掉下来？

原来直升机的升力是由机翼在头顶上方旋转产生的。当直升机在空中时，它的旋翼仍然保持旋转，产生一个与直升机重力相等且相反的升力。因此，直升机不能向前或向后移动，也不能上升或下降，可以稳定地停在空中执行任务。