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飞机起飞原理是什么定律(飞机是怎么飞起来的)

时间: admin 生活杂谈

一文了解飞机究竟是怎么飞起来的

很多人不明白,飞机结构大部分是金属材料,整机又大又重,轻则几十吨,重则一两百吨,满载四五百吨,它究竟是怎么飞起来的?

本文要讲的对象是固定翼飞机,也就是我们经常看到的带“翅膀”的大飞机。下面我们就进入正题,一起来了解一下飞机的飞行原理。

一、飞机飞行的基本原理

我们都知道,一个物体想悬在空中,就必须要有某种力将重力克服掉,当它在垂直方向上的受力达到平衡时,它便会悬在空中。

当这种力大于重力时,物体便会向上飞。

倘若这个物体在向上飞的同时,还要向前飞,那就还需要一个水平方向上的推力,用来克服空气对物体的各种阻力。

因此,一个物体想要在空中飞行,必须要有向上的升力和向前的推力。

比如,一个氢气球,当我们松手时,它便会向上飘,原因就是氢气比空气轻,向上的浮力大于重力所致。

当我们轻轻用力一弹,氢气球便会飞走,这就是给它施加的推力大于其阻力所致。

飞机在空中飞行的原理也是大同小异。

升力和推力就是飞机能飞起来的前提,升力是空气作用在飞机身上的力,阻力也是如此,推力则是飞机发动机施加给飞机的力。

如图所示,我们将飞机看成一个整体(刚体),它就会有一个中心点,也叫压力中心。

空气作用在飞机各个部件上的合力,称为空气动力,就是图中R所表示的力。

将合力R进行分解,垂直方向上的力L就是我们所说的升力,水平方向上的力D就是阻力。

升力用来克服重力,发动机的推力用来克服阻力,这便是飞机能飞起来的大原理。

可能有人会问,这个空气动力R是怎么产生的?接着往下看。

二、空气动力的产生

升力的产生

升力是由飞机机翼,也就是飞机“翅膀”产生的,我们先来看一下机翼的形状。

经常坐飞机的人,可能对机翼比较熟悉,大致形状是前端比较圆钝,后端比较尖锐,上表面拱起,而下表面比较平滑。

这种设计就是为了获取最佳的空气动力,机翼产生升力的总原理,就是空气流过机翼表面时,在上下表面产生了压力差而形成升力。

α叫迎角,1是压力中心,2是前缘,3是后缘,4是弦线。Rj是空气动力合力,Lj是垂直方向上的分量升力,Dj是阻力。

当气流以正迎角(从弦线下方吹来)吹向机翼时,机翼上表面的流管变细,流速加大(与前方流速相比),压强下降(与前方气流压强相比)。

再看机翼下表面,情况恰恰相反,气流流管变粗,流速变小,压强变大。

此时,机翼上下表面就产生了压力差,下表面的压力大于上表面的压力,这个向上的力就是我们所说的升力。

我们再清晰的认识一下压力差究竟是如何产生的?

机翼上表面的压力小于大气压力,这时会产生一个向上的吸力,这便是负压。下表面的压力大于大气压力,产生向上的挤压力,即正压。

一个往上吸,一个往上托,升力就产生了。

举个简单的例子,两个相距很近的飘在空中的氢气球,在它们中间吹一口气,两个气球就会迅速靠拢,这与机翼原理相似。

吹气后,两气球中间的气流加快,压力小于周围的空气压力,产生吸力使两气球靠拢。

可能有人会问,为什么气流流速加快,压强就会变小,这是什么原理?

这个东西理解了,飞机飞起来的核心原理也就掌握了。要解释这个现象,就必须提到一个人,他便是瑞士数学家伯努利。

在1726年,伯努利发现了在水流或气流里,如速度小,压强就大,速度大,压强就小。这就是后来大名鼎鼎的伯努利原理。

这个原理核心是机械能守恒定律,即动能、重力势能、压力势能三者之和为常数。当速度增大时,动能变大,那势必压力要变小。

具体可以研究一下伯努利方程,对大众而言,不必深究这个,你只需知道这个现象就行了,伯努利早就为什么证明过了。

反过来再去看机翼升力,估计就很容易理解了。

阻力的产生

飞机的主要阻力有摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力和诱导阻力。这些了解一下就行了,克服这些阻力就靠发动机的推力。

三、飞机的姿态控制

飞机的姿态主要有俯仰、横滚、航向,分别通过水平尾翼上的升降舵、机翼上的副翼、垂直尾翼上的方向舵来控制。

俯仰姿态包括飞机抬头、低头,横滚则有左右滚转,航向也分左右偏航,前两者是飞行员通过驾驶杆来操纵相应舵机来改变舵面。

航向是通过脚蹬操纵航向舵机来改变方向舵面来实现。

飞机姿态控制里面内容很多,此处就不一一详解了。

小结一下,上述仅是飞机飞起来的大的原理性内容,若是上升到理论,那内容可就不止这些了,不过对大众来讲,容易理解就行了,没必要上升到公式理论。

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