新疆无人机培训-飞机升力的产生

飞机升力的产生是多种因素共同作用的结果，以下从不同理论角度进行详细阐述：伯努利原理原理内容：流体在流动时遵循能量守恒定律，在稳定气流中，同一流管的任一截面上，空气的动压和静压之和保持不变，即流速变大压强变小，流速变小压强变大。在机翼升力产生中的应用：飞机机翼前端圆钝，后端尖锐，上表面拱起，下表面较平。当飞机飞行，空气相对于机翼运动，翼弦与气流方向形成迎角。空气流过机翼前缘分成上下两股，因机翼有正迎角且上表面凸出，上表面流线弯曲大、流管变细、流速加快、压力减小；下表面流管变粗、流速减慢、压力增大。机翼上下表面出现压力差，其总和在垂直于相对气流方向上形成升力。局限性：教材中仅强调机翼形状产生升力的观点不全面。例如，当机翼模型凸面向下，用电吹风吹气时，机翼模型能产生升力“飞”起来，这与教材基于伯努利原理的解释矛盾；早期双翼飞机的平板形机翼以及现代许多战斗机上下对称的菱形机翼，都无法单纯用教材观点解释其升力产生；飞行表演时机腹向上的倒飞情况，教材解释也存在不足。对机翼升力误解的纠正教材表述问题：教材引导学生认为机翼升力由机翼形状产生，这种不恰当表述会误导学生。实际上，机翼形状只是影响升力的因素之一，并非唯一原因。学生实验现象：学生用电吹风机对着机翼模型吹气，发现机翼模型凸面向下时也能“飞”起来，这表明教材解释存在漏洞，不能涵盖所有实际情况。飞机升力产生的其他原因康达效应：气流流经机翼曲面时，会紧贴机翼表面。机翼形状有效改变气流方向，使离开机翼的气流相对飞机作向下的高速运动。机翼推开气流，根据力的反作用力原理，气流也推开机翼，使机翼受到向上的力，从而产生升力。气流冲击效应：飞机产生升力与气流冲击角度有关。当气流相对于机翼从前下方以一定角度吹时，机翼会产生向上的升力。例如，捏住纸的上边缘两角使纸自然下垂，正对着下垂的纸面水平吹气，纸会飘起来，这就是气流冲击效应的结果。现代飞机机翼与自身有大约4°的倾角，起飞时机头高高抬起形成更大迎角，以获得较大气流冲击效应。气流冲击力在机翼上分解为对飞机的阻力和向上的升力，发动机推力克服阻力使飞机前进，升力使飞机腾空而起。飞机倒飞表演时，机头高昂形成较大迎角，只要迎角合适，就能产生足够升力使飞机飞行。流体力学定量计算：物理学中流体力学定量计算升力的公式为$Y = frac{1}{2}rho CSV^{2}$，其中$Y$为升力，$C$为升力系数，$S$为机翼的特征面积，$rho$为空气密度，$v$为空气流体的速度。升力系数$C$与机翼横截面的形状、气流与机翼所成的角度（即迎角）等有关。这表明在对飞机升力的贡献中，机翼形状只占一部分，机翼形状产生的伯努利效应只能解释很小一部分升力。飞机升力与飞行速度的关系升力与飞机速度有关，飞机必须达到一定飞行速度，才能产生足够升力与飞机重量相平衡。对于飞机起飞，逆风条件较为有利。因为机翼所受升力跟飞机对空气的相对速度有关，相对速度越大，升力越大。要达到同样相对速度，逆风时飞机对地速度较小，顺风时飞机对地速度较大，无风时飞机对地速度居中，所以逆风起飞更易使机翼升力达到并超过机重。飞机在直线飞行中，要保持升力不变，当速度增大时应相应减小迎角；反之当速度减小时就应相应增大迎角。结论康达效应和气流冲击效应比较可靠地解释了机翼升力产生的主要原因。机翼上表面是凸曲面，通过机翼上表面各点之后的气流会离开机翼上表面，在机翼与气流之间产生负压，一方面使气流贴向机翼，另一方面使机翼受到向上的力作用（因机翼下表面是大气压），机翼上表面各点之后的负压综合形成升力。若机翼迎角过大，离开机翼上表面的气流与机翼间隙过大，空气流入填补间隙，负压—升力就不会产生，即出现失速现象。机翼的诱导阻力总是向后的。伯努利效应只是机翼升力形成的很小一部分原因，机翼升力产生的主要原因是康达效应和气流冲击效应。