飛行升力與阻力詳解

1、1.升力是怎樣產(chǎn)生的升力是怎樣產(chǎn)生的：任何航空器都必須產(chǎn)生大于自身重力的升力才能升空飛行，這是航空器飛行的基本原理。前面我們提到，航空器可分為輕于空氣的航空器和重于空氣的航空器兩大類(lèi)，輕于空氣的航空器如氣球、飛艇等，其主要部分是一個(gè)大大的氣囊，中間充以比空氣密度小的氣體（如熱空氣、氫氣等），這樣就如同我們小時(shí)候的玩具氫氣球一樣，可以依靠空氣的靜浮力升上空中。遠(yuǎn)在一千多年以前，我們的祖先便發(fā)明了孔明燈這種借助熱氣升空的精巧器具，可以算得上

2、是輕于空氣的航空器的鼻祖了。然而，對(duì)于重于空氣的航空器如飛機(jī)，又是靠什么力量飛上天空的呢？相信大家小時(shí)候都玩過(guò)風(fēng)箏或是竹蜻蜓，這兩種小小的玩意構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，但卻蘊(yùn)含著深刻的飛行原理。飛機(jī)的機(jī)翼包括固定翼和旋翼兩種，風(fēng)箏的升空原理與滑翔機(jī)有一些類(lèi)似，都是靠迎面氣流吹動(dòng)而產(chǎn)生向上的升力，但與固定翼的飛機(jī)有一定的差別；而旋翼機(jī)與竹蜻蜓卻有著異曲同工之妙，都是靠旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的升力。2.機(jī)翼是怎樣產(chǎn)生升力的呢？機(jī)翼是怎樣產(chǎn)生升力的呢？讓我們先

3、來(lái)做一個(gè)小小的試驗(yàn)：手持一張白紙的一端，由于重力的作用，白紙的另一端會(huì)自然垂下，現(xiàn)在我們將白紙拿到嘴前，沿著水平方向吹氣，看看會(huì)發(fā)生什么樣的情況。哈，白紙不但沒(méi)有被吹開(kāi)，垂下的一端反而飄了起來(lái)，這是什么原因呢？流體力學(xué)的基本原理告訴我們，流動(dòng)慢的大氣壓強(qiáng)較大，而流動(dòng)快的大氣壓強(qiáng)較小，白紙上面的空氣被吹動(dòng)，流動(dòng)較快，壓強(qiáng)比白紙下面不動(dòng)的空氣小，因此將白紙托了起來(lái)。這一基本原理在足球運(yùn)動(dòng)中也得到了體現(xiàn)。大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)足球比賽中的“香蕉球”

4、，在發(fā)角球時(shí)，腳法好的隊(duì)員可以使足球繞過(guò)球門(mén)框和守門(mén)員，直接飛入球門(mén)，由于足球的飛行路線是彎曲的，形似一只香蕉，因此叫做“香蕉球”。這股使足球偏轉(zhuǎn)的神秘力量也來(lái)自于空氣的壓力差，由于足球在踢出后向前飛行的同時(shí)還繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，因此在足球的兩個(gè)側(cè)面相對(duì)于空氣的運(yùn)動(dòng)速度不同，所受到的空氣的壓力也不同，是空氣的壓力差蒙蔽了守門(mén)員。對(duì)于固定翼的飛機(jī)，當(dāng)它在空氣中以一定的速度飛行時(shí)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，機(jī)翼相對(duì)于空氣的運(yùn)動(dòng)可以看作是機(jī)翼不動(dòng)，而

5、空氣氣流以一定的速度流過(guò)機(jī)翼?？諝獾牧鲃?dòng)在日常生活中是看不見(jiàn)的，但低速氣流的流動(dòng)卻與水流有較大的相似性。日常的生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，當(dāng)水流以一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的流量流過(guò)河床時(shí)，在河面較寬的地方流速慢，在河面較窄的地方流速快。流過(guò)機(jī)翼的氣流與河床中的流水類(lèi)似，由于機(jī)翼一般是不對(duì)稱(chēng)的，上減阻的目的。另外，提高加工精度，使層流邊界層盡量的長(zhǎng)，延緩轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的出現(xiàn)，甚至抑制它的出現(xiàn)，也可以起到很好的效果。這些都是飛機(jī)設(shè)計(jì)中的層流機(jī)翼的概念。物體表面受到的摩擦

6、阻力還跟物體的表面積有關(guān)系，面積越大，阻力也越大。因此在人們?cè)噲D減小飛行阻力的時(shí)候，減小飛機(jī)的尾翼或者機(jī)翼的面積也是一個(gè)有效的方法。當(dāng)然前提條件是保證產(chǎn)生足夠的升力和控制力。例如使用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)，由于有了發(fā)動(dòng)機(jī)推力直接用于飛行控制，這樣飛機(jī)的尾翼就可以減小或者去除，這樣就可以大大的減小摩擦阻力。誘導(dǎo)阻力機(jī)翼同一般物體相似，也有摩擦阻力和壓差阻力。對(duì)于機(jī)翼而言，這二者合稱(chēng)“翼型阻力”。機(jī)翼上除翼型阻力外，還有“誘導(dǎo)阻力”（又叫“感應(yīng)

7、阻力”）。這是機(jī)翼所獨(dú)有的一種阻力。因?yàn)檫@種阻力是伴隨著機(jī)翼上舉力的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。也許可以說(shuō)它是為了產(chǎn)生舉力而付出的一種代價(jià)。如果有一架飛機(jī)以某一正迎角a作水平飛行，它的機(jī)翼上面的壓強(qiáng)將降低，而下面的壓強(qiáng)將增高，加上空氣摩擦力，于是產(chǎn)生了舉力Y。這是氣流作用到機(jī)翼上的力，根據(jù)作用和反作用定律，必然有一個(gè)反作用力即負(fù)舉刀力（Y），由機(jī)翼作用到氣流上，它的方向向下，所以使氣流向下轉(zhuǎn)折一個(gè)角度a，這一角度叫“下洗角”。隨著下洗角的出現(xiàn)，同時(shí)出

8、現(xiàn)了氣流向下的速度。這一速度叫做“下洗速（w）”。下洗的存在還可由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)觀察出來(lái)。由實(shí)驗(yàn)可知：當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，下翼面壓強(qiáng)大、上翼面壓強(qiáng)小。由于翼展的長(zhǎng)度是有限的，所以上下翼面的壓強(qiáng)差使得氣流從下翼面繞過(guò)兩端翼尖，向上翼面流動(dòng)。當(dāng)氣流繞流過(guò)翼尖時(shí)，在翼尖那兒不斷形成旋渦。旋渦就是旋轉(zhuǎn)的空氣團(tuán)。隨著飛機(jī)向前方飛行，旋渦就從翼尖向后方流動(dòng)，并產(chǎn)生了向下的下洗速（w）。下洗速在兩個(gè)翼尖處最大，向中心逐漸減小，在中心處減到最小。這是因?yàn)樾郎u可以誘

9、導(dǎo)四周的空氣隨之旋轉(zhuǎn)，而這又是由于空氣粘性所起的作用?？諝庠谛D(zhuǎn)時(shí)，越靠?jī)?nèi)圈，旋轉(zhuǎn)得越快，越靠外圈，旋轉(zhuǎn)得越慢。因此，離翼尖越遠(yuǎn)，氣流垂直向下的下洗速就越小。圖示的就是某一個(gè)翼剖面上的下洗速度。它與原來(lái)相對(duì)速度v組成了合速度u。u與v的夾角就是下洗角a1。下洗角使得原來(lái)的沖角a減小了。根據(jù)舉力Y原來(lái)的函義，它應(yīng)與相對(duì)速度v垂直，可是氣流流過(guò)機(jī)翼以后，由于下洗速w的作用，使v的方向改變，向下轉(zhuǎn)折一個(gè)下洗角a1，而成為u。因此，舉力Y也應(yīng)當(dāng)