航空科普:飛機為何能夠飛起來?
來源:科學信仰
發(fā)布時間:2022-03-09
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“速度真快,都要飛起來了”,我們經(jīng)常用類似的語言來形容一個物體的移動速度很快,但實際上是一個飛不起來的物體,無論移動速度多快,它終究都是飛不起來的。

飛機起飛時的速度與當時的風速、飛機的載重等很多因素都有關(guān)系,并不是一個固定的數(shù)值,但粗略來講,一般民航客機的抬頭速度大概在每小時250公里到290公里之間,而戰(zhàn)斗機的起飛速度大概要達到每小時350公里左右。毫無疑問,加速是飛機起飛過程中的一個重要環(huán)節(jié),但并不是最關(guān)鍵的因素,否則高鐵早就飛起來了。以中國自主設(shè)計并制造的“復(fù)興號”動車組為例,它的最高時速就可以達到每小時400公里,比飛機起飛時的速度還要快,可它仍舊穩(wěn)穩(wěn)地待在軌道上。

一個物體想要飛起來就必須要獲得升力,而升力并不是由速度所直接提供的,只有特殊的結(jié)構(gòu)與速度相互配合,才能夠產(chǎn)生使物體升空的力量。

飛機與高鐵和汽車在結(jié)構(gòu)上有什么不同呢?最大的不同就在于飛機有兩個翅膀。自從1903年萊特兄弟發(fā)明飛機以來,飛機的外觀形態(tài)出現(xiàn)過各種各樣的變化,現(xiàn)在各種外觀結(jié)構(gòu)千奇百怪的飛機更是層出不窮,但只要是飛機,就少不了一個東西,那就是“機翼”。一架民航客機的滿載重量可以達到數(shù)百噸,只是安上兩個翅膀,就能使這么一個數(shù)百噸的龐然大物飛起來嗎?還真是如此。

機翼是如何使飛機獲得升力的?這還要從一個原理說起,那就是伯努利原理。

伯努利原理是由丹尼爾·伯努利與1726年所提出的,這一原理簡單來講就是在粘度可以忽略不計的理想水流或氣流之中,流體的流動速度越小,壓強就越大,反之流動速度越大,壓強就越小。關(guān)于伯努利原理,我們在日常生活中最為常見的一個例子就是等地鐵,當很多人一起站在站臺邊等待地鐵進站時,就形成了一堵人墻,將前方與后方的空氣隔絕開來,此時地鐵進站,前方的空氣高速流動,所以壓強變小,而后方的空氣流動速度依舊很慢,所以壓強很大,于是我們就會感覺有一股力量將我們向前推,這股力量就是前后壓強差所造成的,很多時候我們還會誤以為是后面的人故意向前擠,從而引發(fā)矛盾。

在歷史上,某個國家就曾經(jīng)出現(xiàn)過因為伯努利原理而導致眾人跌落地鐵軌道的安全事故。

飛機的機翼同樣也是利用了伯努利原理,仔細觀察,我們就會發(fā)現(xiàn)無論外觀多么不走尋常路的飛機,它的機翼都有著類似的特點,那就是機翼橫截面前端圓鈍,而后端尖銳,從上下觀察,機翼上方呈現(xiàn)隆起狀,而機翼下方則是基本平直的,之所以如此設(shè)計就是為了讓機翼上方與下方的氣流能夠在流速上產(chǎn)生差異。

當飛機開始在跑道上奔馳,機翼上方的氣流流動速度就會與下方的氣流流動速度產(chǎn)生差異,上方流動速度快,而下方流動速度慢。

隨著飛機移動速度的增加,機翼上方與下方氣流的流動速度差異會越來越大,也就是說飛機上方的壓強越來越小,而下方的壓強則相對較大,于是就產(chǎn)生了升力,隨著速度的提升,升力也逐漸增加,直至升力大于飛機自身的重力,此時飛機就能飛起來了。飛機獲得升力的大小與兩個因素緊密相關(guān),一個就是飛機的移動速度,另一個則是飛機機翼的大小,機翼越大,其所獲得的升力也就越大,所以我們看到的運輸機通常都有著非常壯觀的“翅膀”。

升空后的飛機會盡快穿越對流層,使自己來到6000米到12000米的巡航高度,因為這里的氣流運動以平流為主,所以被稱之為“平流層”。

飛機在平流層飛行,基本不會受到氣流的影響,相對比較穩(wěn)定,所以這個時候空乘就會開始為我們提供服務(wù)了,而在飛機起飛和降落的時候,因為想穿越對流層,所以很容易出現(xiàn)顛簸,如果這個時候還在飛機中隨意走動,很容易誘發(fā)安全事故,所以此時我們通常會被要求坐在座位上并系好安全帶。既然飛機的升力是基于氣體流動速度的差異,這就決定了飛機是不可能離開地球飛入太空的,至于英國某公司所開發(fā)的太空飛機,其實只是有個飛機的樣子和飛機的名字而已,實際上它并不是飛機,這就好比甲魚并不是魚。



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