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2012年3月24日星期六

飞机为什么能在天上飞?

为了克服阻力和引力,飞机必须产生两种力,一个是推进力,一个是升力。推进力驱动飞机在跑道上和空中向前行进。

根据牛顿第三定律,每一个作用力都会有一个大小相等方向相反的反作用力与之并存。因此,飞机发动机通过向后喷气的方式,产生前进所需的推动力。 那么飞机为什么能够飞起来呢?

这就涉及到空气流动的特性了,即空气流动的基本规律。流动的空气就是气流,一种流体,要说明白飞机为什么会飞起来的问题,就要搞清楚两个流体定理:连续性定理和伯努利定理。
流体的连续性定理:当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时,由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来,因此在同一时间内,流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。

连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中,不仅流速和管道切面相互联系,而且流速和压力之间也相互联系。

伯努利定理就是要阐述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。伯努利定理的基本内容是,流体在一个管道中流动时,流速大的地方压力小,流速小的地方压力大。
飞机的升力绝大部分是由机翼产生,尾翼通常产生负升力,飞机其他部分产生的升力很小,一般不考虑。

空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去。

机翼上表面呈弧线,比较凸出,流管较细,说明流速加快,压力降低。而机翼下表面,气流受阻挡作用,流管变粗,流速减慢,压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差,垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。

这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力,从而翱翔在蓝天上了。

机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正压力的作用,一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60-80%左右,下表面的正压形成的升力只占总升力的20-40%左右。

每一架飞机都有特定的起飞速度,只有达到这一速度才能克服引力。起飞速度取决于飞机的重量。

飞机的发动机也需要产生足够的推进力,才能克服与空气摩擦时产生的阻力。

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