有些教科书用伯努利原理解释机翼升力
遗憾的是,这样的表述并不完全正确。
事实上,科学家们通过大量的风洞实验发现,空气团在机翼前端分离后,上图中蓝色箭头的气流并不是与下方红色部分同时到达,机翼上方的空气流速是机翼后方低压造成的结果而不是产生低压的原因,因此我们不能用伯努利原理来解释机翼的升力。
如果你是一个航空爱好者,会不难发现几乎所有的机翼横截面都是类似于水滴形的扁平形状,它的上部稍稍隆起,而尾端尖尖稍向下偏。这种形状有利于飞机以最小的阻力在空气中飞行。
图中展示了机翼的典型剖面形状
这种机翼形状的另一个作用就是偏转空气,从而使机翼获得向上的升力。
当空气从机翼上表面流过时,它会在机翼表面产生吸附力,这种吸附力使机翼上方的静压力相对较低;而从机翼下方流过的空气团由于机翼向上的迎角而产生较大的静压力;空气团在机翼尾端被迫向下压,从而使机翼自身产生方向相反的向上分量。于是机翼向上抬升。
机翼通过下压空气获得升力
飞机的飞行飞机的机翼是升力的主要提供者,但大多数飞机并不只有两个翅膀,它还有水平尾翼和垂直尾翼。尾翼主要起稳定飞行的作用,同时在尾翼上还安装了几个舵面,飞机通过舵的摆动来调节方向。
垂直尾翼上安装了方向舵,它可以偏转飞机的航向。水平尾翼的后边是升降舵,它负责控制飞机的俯仰。当升降舵翘起来时,尾端的气流向上,从而给飞机一个向上的扭矩,这时候机翼的攻角θ变大,机翼获得的升力加大,飞机上升。反之,飞机会下降。
飞行的战机
总结与回顾:飞机有大有小,最轻的载人飞机只有几十公斤,而最重的飞机重达数百吨,它们是怎么飞起来的?因为飞机有强大的发动机和机翼。
发动机通过向后推动空气,使飞机获得前进的动能。
飞机的机翼在空气中运动时会切割空气,空气在流过机翼后被迫向下运动,从而给了机翼向上的升力,当升力大于飞机的重力时,飞机就能离开地面在空中飞行了。
许多人用伯努利原理来解释机翼的升力,这并不准确。机翼上方气流速度是压力变化的结果而非原因。事实上机翼获得升力是下压空气带来的反作用力,它符合牛顿的力学原理。