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，輕于空氣的航空器如氣球、飛艇等，其主要部分是一個大大的氣囊，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候的玩具氫氣球一樣，可以依靠空氣的靜浮力升上空中。遠在一千多年以前，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，對于重于空氣的航空器如飛機，又是靠什么力量飛上天空的呢？相信大家小時候都玩過風箏或是竹蜻蜓，這兩種小小的玩意構造十分簡單，但卻蘊含著深刻的飛行原理。飛機的機翼包括固定翼和旋翼兩種，風箏的升空原理與滑翔機有一些類似，都是靠迎面氣流吹動而產(chǎn)生向上的升力，但與固定翼的飛機有一定的差別；而旋翼機與竹蜻蜓卻有著異曲同工之妙，都是靠旋翼旋轉產(chǎn)生向上的升力。2.機翼是怎樣產(chǎn)生升力的呢？機翼是怎樣產(chǎn)生升力的呢？讓我們先

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

4、，在發(fā)角球時，腳法好的隊員可以使足球繞過球門框和守門員，直接飛入球門，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”。這股使足球偏轉的神秘力量也來自于空氣的壓力差，由于足球在踢出后向前飛行的同時還繞自身的軸線旋轉，因此在足球的兩個側面相對于空氣的運動速度不同，所受到的空氣的壓力也不同，是空氣的壓力差蒙蔽了守門員。對于固定翼的飛機，當它在空氣中以一定的速度飛行時，根據(jù)相對運動的原理，機翼相對于空氣的運動可以看作是機翼不動，而

5、空氣氣流以一定的速度流過機翼?？諝獾牧鲃釉谌粘Ｉ钪惺强床灰姷模退贇饬鞯牧鲃訁s與水流有較大的相似性。日常的生活經(jīng)驗告訴我們，當水流以一個相對穩(wěn)定的流量流過河床時，在河面較寬的地方流速慢，在河面較窄的地方流速快。流過機翼的氣流與河床中的流水類似，由于機翼一般是不對稱的，上減阻的目的。另外，提高加工精度，使層流邊界層盡量的長，延緩轉捩點的出現(xiàn)，甚至抑制它的出現(xiàn)，也可以起到很好的效果。這些都是飛機設計中的層流機翼的概念。物體表面受到的摩擦

6、阻力還跟物體的表面積有關系，面積越大，阻力也越大。因此在人們試圖減小飛行阻力的時候，減小飛機的尾翼或者機翼的面積也是一個有效的方法。當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的飛機，由于有了發(fā)動機推力直接用于飛行控制，這樣飛機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。誘導阻力機翼同一般物體相似，也有摩擦阻力和壓差阻力。對于機翼而言，這二者合稱“翼型阻力”。機翼上除翼型阻力外，還有“誘導阻力”（又叫“感應

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

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洞實驗觀察出來。由實驗可知：當飛機飛行時，下翼面壓強大、上翼面壓強小。由于翼展的長度是有限的，所以上下翼面的壓強差使得氣流從下翼面繞過兩端翼尖，向上翼面流動。當氣流繞流過翼尖時，在翼尖那兒不斷形成旋渦。旋渦就是旋轉的空氣團。隨著飛機向前方飛行，旋渦就從翼尖向后方流動，并產(chǎn)生了向下的下洗速（w）。下洗速在兩個翼尖處最大，向中心逐漸減小，在中心處減到最小。這是因為旋渦可以誘

9、導四周的空氣隨之旋轉，而這又是由于空氣粘性所起的作用?？諝庠谛D時，越靠內圈，旋轉得越快，越靠外圈，旋轉得越慢。因此，離翼尖越遠，氣流垂直向下的下洗速就越小。圖示的就是某一個翼剖面上的下洗速度。它與原來相對速度v組成了合速度u。u與v的夾角就是下洗角a1。下洗角使得原來的沖角a減小了。根據(jù)舉力Y原來的函義，它應與相對速度v垂直，可是氣流流過機翼以后，由于下洗速w的作用，使v的方向改變，向下轉折一個下洗角a1，而成為u。因此，舉力Y也應當