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飞机为什么会飞?

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jetso 论坛元老 Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22 发消息
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发表于 09-3-24 21:19:15 |只看该作者 |倒序浏览


「这个我知道!高中有学过嘛,就是因为机翼的形状的关系,气流从上面流过必须要走比从下面流过长的距离,但最后上下气流又必须在机翼后缘汇合,因此机翼上侧的气流势必要比较快。依照伯努力定律,流速快的流体气压低,所以机翼上方就会产生一个底低压区,将飞机整个向上拉!这就是飞机会飞的原理啰~」

或至少,高中是这么学的。如果真的是这样的话,小姜就不用费事特地写一篇瘾科学啰 XD。仔细的想一想,就会发现一些疑点。举例来说,为什么机翼要做成前面厚,后面薄的形状?如果真的只要上面流过的的路径长就有升力的话,那中间厚,前后薄应该也能飞啊?后面厚也可以啊?为什么一定要前面厚?而且,如果真的是这样的话,飞机只要在跑道上一直加速,就会自动飞起来了,为什么要在最后有拉高机头「起飞」的动作?还有,为什么伸出去的襟翼(起飞降落时从机翼上伸出去的那几片额外的翼面)是渐次往下倾斜的?依照上面的原理,伸出去的襟翼是平的就好了啊?

显然的,一定哪里有问题...
jetso 论坛元老 Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22 发消息
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发表于 09-3-24 21:20:05 |只看该作者
机翼上下的气流会汇合 -- 这点垮台了。机翼上下的气流根本就是照着各自的流速在流,没有汇合的问题。

所以对于飞机真正会飞的原因,目前的解释倾向于这样,只有两个部份:
  • 流体倾向于贴着表面流动 -- 这称为柯恩达效应(Coandă effect,亦称康达效应或附壁效应),简单来说,当流体流过弯曲的表面时(想象水从汤匙的下方流过),表面上上微小的阻力,会导致流体的速度变慢,让流体顺着弯曲的表面流动。
  • 上翼面前高后低 -- 这点,再加上上述的柯恩达效应,会导致气流离开上翼面时,角度是略为向下的(称为下洗,Downwash)。就是这一点点的向下推力,让飞机飞起来的。简单吧?
延伸来说,向下推力的多寡,取决于飞机机翼的「攻角」,或是机翼和气流之间的角度。上面的影片也有示范攻角增加时的效果,虽然攻角增加时下洗气流的强度有所增加,但流过上侧的气流会打到流过下侧的气流,在机翼后面形成乱流。如果攻角高到某个程度后,就会发生所谓的「气流剥离」,即柯恩达效应的消失 -- 气流不再贴着机翼上侧流过,下流气流丧失,飞机也就飞不起来了。这种现象,称为「失速」。



所以襟翼的功能就很容易理解了。它是在不使气流剥离的前提下,增加下洗气流的角度,增加升力。因此襟翼才会是向下倾斜的啰!

等等,所以说高中课本提的那一套完全是错的吗?其实也不尽然。回想一下影片里,从机翼上方流过的气流不仅走的距离比下面远,而且还比下方流过的气流更早到达机翼后端。这意思是说,不仅上方流过的气流比下方流快,而且比传统的看法还要更快。这无疑的会对机翼产生一定量的升力,但究竟有多少,还有待商确。只能说,这真是门复杂的学问阿...

搞到最后,根本还是不知道为什么飞机会飞嘛!事实上确实是如此。飞机的各个部份的形状都有可能影响升力不仅是机翼,机身的形状也会有影响。此外,机翼的形状也会在不同的速度下有不同的反应,例如三角翼适合超音速飞行(因为机翼整个在锥状声波面里),后掠翼适合高次音速巡航,特技飞机则是方形的一片比较稳定,这也不是光用侧截面图就能说明的。唯一能安全地确定飞机表现的方式,就只有靠经验、风洞测试和计算机仿真了。即使是今天,我们对翼尖气流仍然还是不那么了解呢!

如果大家有兴趣的话,可以去 NASA 的 Glenn Research Center 网站,里头有个很简单的机翼模拟 Applet FoilSim,让你可以设定一些数据,看看能提供多少升力。英文 OK 的人,可以试试这个进阶版,里头有更多的设定喔!下面是简单版的简单说明:




Speed-mph:时速,单位是英里/小时。速度越快,升力越大。
Altitude-ft:高度,单位是英尺。高度越高,空气越稀薄,升力越小。
Angle-deg:机翼的攻角。攻角增加时,升力会先渐渐增加,直到气流分离时,升力会骤降。
Camber-%c:机翼的「拱起」度。看起来,似乎是拱起度越高,升力越大。
Thick-%crd:机翼的厚度和长度之间的比例。机翼越厚,升力越大(但影响似乎很小)。
Area-sq ft:机翼面积,单位是平方尺。面积愈大,升力越大。

当然,这里只是单纯讲「升力」。和升力相对的是,升力越大,阻力也会越大,所以机翼设计时通常不会以高升力为第一考虑。
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发表于 09-3-24 23:43:08 |只看该作者
研究 飞机为什么能飞  应该去学下 流体力学 空气动力学 结构力学 什么的
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wangxin198215 论坛元老 娱乐 Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22 发消息
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发表于 09-3-25 00:16:04 |只看该作者
先弄个风洞玩玩
lizhijian3020 中级 Fans Rank: 5Rank: 5 发消息
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09-2-26
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发表于 09-6-8 09:56:39 |只看该作者
这个简单的问题
有才!
robotlover 论坛元老 Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22 发消息
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09-4-1
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发表于 09-6-10 14:17:42 |只看该作者
以为是很无聊的帖,进来一看, 长知识了...
hl2007123 高级 Fans Rank: 8Rank: 8 发消息
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07-3-22
7#
发表于 09-10-8 17:39:31 |只看该作者
长知识了,学习
caolemeng 论坛元老 Rank: 22Rank: 22Rank: 22Rank: 22 发消息
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07-4-17
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发表于 09-10-8 22:24:02 |只看该作者
这是个问题,有才,有意思
tubaomg 元老 Fans Rank: 12Rank: 12Rank: 12 发消息
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09-10-13
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发表于 09-10-26 14:38:28 |只看该作者
因为是老鹰的后代
chenlei996 长老 Fans Rank: 15Rank: 15Rank: 15Rank: 15Rank: 15Rank: 15 发消息
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发表于 09-10-26 17:18:35 |只看该作者
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