摘要:飞机上升是根据伯努利原理,即流体(包括液体和空气)的流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。飞机飞行时机翼周围空气的流线分布随机翼横截面的形状不同而上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。
流体压强知识:飞机为什么能够飞起来?
我们在认识静止液体和气体压强的基础上,来认识流动液体或气体的压强。
什么叫流体?流动的气体或液体。流体的流速和横截面积等因素有关。横截面积大,流速小。反之,流速大。例如:在河道的较窄处或者浅处水流速快。在窄的出风口处,空气的流速快。在管道的较窄处,气体或液体的流速快。
科学家研究得出结论:流体的压强大小与流速有关。流速大的地方,压强小;流速小的地方,压强大。
有一个简易的实验,可以验证这个结论。手握二张纸,让纸自由下垂,用嘴在二张纸之间,用力垂直向下吹气,发现两张纸向内靠近。因为吹气,中间的空气流速快,压强小,两张纸的外侧是大气压强较大,压强差向内,使两张纸相互靠近。
用这个原理可以说明普通的飞机为什么能够飞起来。
普通飞机在飞行时,机翼把空气分成上下两部分,上下两部分的空气在相等的时间内通过的距离不相等,导致机翼上方空气流速快,压强小,下方空气流速慢,压强大,这个压强差就是飞机的升力。
为了使飞机获得足够的升力,需要飞机的速度很大。于是,在机场上就要修有一条很长的跑道,使飞机加速到起飞需要的速度,而航母则是用弹射的方法使飞机在短时间内获得起飞速度。
飞机的发明是仿生学发展的结果。人类很早以前就梦想像鸟儿一样在空中飞翔。通过观察发现,鸟儿在空中展翅滑翔时也不会坠落,许多科学家和飞行爱好者经过长时间的研究和模拟,才发明了飞机。
飞机升力产生的原理对人类有益,也对人类有害。一方面,我们要利用它为人类服务,另一方面我们要预防它给人类造成伤害。
赛车尾部安装的偏流器形状与普通飞机翅膀形状是一样的,但流线方向是朝下的,压强差是向下的,这个压强差使赛车对地面的压力增大而紧紧地“抓住”地面。
在火车站站台上等候火车时,你不能越过站台的安全白线。否则,人体受到的压强差会把你“推”向火车,非常危险。在家中,如果外面风力较大,门口的“过堂风”会自动把门关上,压强差会把窗帘“拉”向窗外。
一般的汽车是做成流线型,流线方向是朝上的,主要是为了减少空气的阻力,但快速行驶时,产生的压强差是向上的,使车子对地面的压力减小,超过一定的速度,车子就会产生“漂移”。因此,在高速公路上,小型车辆也是限速的。
日常生活中,有大风的雨天,伞有可能被风吹翻卷,强对流天气,普通的屋顶、地面上物体被卷向空中,都是飞机的升力原理对人类造成的危害。
飞机升力产生的原理,还用于流动的液体。在海洋中,二只船是不能并列行驶的,否则,液体的压强差会把两只船向内“挤压”,从而,易发生撞船事故。
再说直升飞机。
直升机为什么能够飞行。直升飞机能够垂直起降,能够在空中悬停,能够沿任意方向飞行,缺点就是飞行速度较低,航程也较短。
直升机的升力和推力均通过螺旋桨旋转动获得的。即直升机的主副螺旋桨(主旋翼与尾翼)可在水平和垂直方向上对机身提供动力,不需要普通飞机巨大的机翼。
直升机飞行时,主旋翼不断地旋转,空气流过螺旋桨的上表面,流速加快,压力减小;空气流过螺旋桨下表面时,流速变慢,压力增大。
这样,螺旋桨的上下表面就形成了压力差,产生一个向上的拉力。拉力大小受许多因素的影响,比如螺旋桨与气流流动的角度、空气密度、机翼的大小和形状、气流的相对速度等。各个螺旋桨拉力之和就是螺旋桨产生的向上拉力。
直升机水平飞行时,主旋翼的螺旋桨会形成有一定锥度、底面朝上的大锥体(称为旋翼椎体)。螺旋桨的拉力垂直于旋翼椎体的底面并与重力在一条直线上。
当向上的拉力大于直升机自重,直升机就上升,小于直升机自重,直升机就下降,刚好相等,直升机就悬停。
直升飞机在起飞时,主旋翼的螺旋桨越转越快,产生的升力就越来越大。飞行中,飞行员可以通过改变主旋翼螺旋桨旋转的速度来调节高度。
直升机有一个飞行优势:它可以在不改变飞机飞行方向的情况下,随时发生平移。这种移动是通过改变主旋翼螺旋桨的旋转倾角来实现的。
此时,主旋翼螺旋桨所产生的力可分解为垂直和水平两个方向的分力,垂直方向的分力用于保持飞行高度,水平方向上的分力可使机身产生平移。
直升机尾翼的作用。牛顿第三定律告诉我们:“相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上”。
如果直升机只装有主旋翼,机身和主旋翼螺旋桨的作用力和反作用力,会使机身发生“不由自主”地转动,直升飞机就不能保持稳定。
要保持机身的稳定,须增加一个额外的力来抵消这种旋转,这就是直升机尾部安装的尾翼作用。当直升机处于直线飞行时,尾翼的推力与主旋翼螺旋桨的反作用力就构成一对平衡力。
为了控制反作用力,直升飞机是按照对称的方式排列尾翼的。如左右对称,前后对称给直升机装上两个大小相等,旋转方向相反的旋翼来抵消反作用力。
其中,最简单方法就是在飞机的尾部装一个垂直旋转的尾翼,通过“拉推”的方法抵消反作用力。通过控制尾翼“拉推”力的大小,可以达到使直升机转弯,实现直升机的转向。
所以,尾翼的作用就是保持直升机航向稳定,同时,还可以控制飞机的左转和右转。为了不让尾翼碰到主旋翼,飞机的机身要加长,因此,直升飞机就有了蜻蜓式长尾巴。
总之,直升机是靠主旋翼螺旋桨旋转动产生升力,靠尾部的尾翼来平衡反作用力和控制飞机的转弯。
日常生活中,直升飞机升力产生原理也有应用。就是装在室内顶部的吊扇。吊扇有三个螺旋桨(三个,起平衡作用)式的风扇叶,其弯曲面向上,空气流速快,压强小,凹面向下,空气流速慢,压强小。
所以,产生的升力方向上,吊扇在转动时对固定点产生的拉力小于风扇的重力。由于力的作用是相互的,风扇对空气产生的推力推动空气向下流动。