航空科普:飛機(jī)為何能夠飛起來(lái)?
來(lái)源:科學(xué)信仰
發(fā)布時(shí)間:2022-03-09
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“速度真快,都要飛起來(lái)了”,我們經(jīng)常用類(lèi)似的語(yǔ)言來(lái)形容一個(gè)物體的移動(dòng)速度很快,但實(shí)際上是一個(gè)飛不起來(lái)的物體,無(wú)論移動(dòng)速度多快,它終究都是飛不起來(lái)的。

飛機(jī)起飛時(shí)的速度與當(dāng)時(shí)的風(fēng)速、飛機(jī)的載重等很多因素都有關(guān)系,并不是一個(gè)固定的數(shù)值,但粗略來(lái)講,一般民航客機(jī)的抬頭速度大概在每小時(shí)250公里到290公里之間,而戰(zhàn)斗機(jī)的起飛速度大概要達(dá)到每小時(shí)350公里左右。毫無(wú)疑問(wèn),加速是飛機(jī)起飛過(guò)程中的一個(gè)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(lái)了。以中國(guó)自主設(shè)計(jì)并制造的“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車(chē)組為例,它的最高時(shí)速就可以達(dá)到每小時(shí)400公里,比飛機(jī)起飛時(shí)的速度還要快,可它仍舊穩(wěn)穩(wěn)地待在軌道上。

一個(gè)物體想要飛起來(lái)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(jī)與高鐵和汽車(chē)在結(jié)構(gòu)上有什么不同呢?最大的不同就在于飛機(jī)有兩個(gè)翅膀。自從1903年萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來(lái),飛機(jī)的外觀形態(tài)出現(xiàn)過(guò)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(jī)更是層出不窮,但只要是飛機(jī),就少不了一個(gè)東西,那就是“機(jī)翼”。一架民航客機(jī)的滿(mǎn)載重量可以達(dá)到數(shù)百?lài)?,只是安上兩個(gè)翅膀,就能使這么一個(gè)數(shù)百?lài)嵉凝嬋淮笪镲w起來(lái)嗎?還真是如此。

機(jī)翼是如何使飛機(jī)獲得升力的?這還要從一個(gè)原理說(shuō)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(jiǎn)單來(lái)講就是在粘度可以忽略不計(jì)的理想水流或氣流之中,流體的流動(dòng)速度越小,壓強(qiáng)就越大,反之流動(dòng)速度越大,壓強(qiáng)就越小。關(guān)于伯努利原理,我們?cè)谌粘I钪凶顬槌R?jiàn)的一個(gè)例子就是等地鐵,當(dāng)很多人一起站在站臺(tái)邊等待地鐵進(jìn)站時(shí),就形成了一堵人墻,將前方與后方的空氣隔絕開(kāi)來(lái),此時(shí)地鐵進(jìn)站,前方的空氣高速流動(dòng),所以壓強(qiáng)變小,而后方的空氣流動(dòng)速度依舊很慢,所以壓強(qiáng)很大,于是我們就會(huì)感覺(jué)有一股力量將我們向前推,這股力量就是前后壓強(qiáng)差所造成的,很多時(shí)候我們還會(huì)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(gè)國(guó)家就曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)因?yàn)椴矶鴮?dǎo)致眾人跌落地鐵軌道的安全事故。

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

當(dāng)飛機(jī)開(kāi)始在跑道上奔馳,機(jī)翼上方的氣流流動(dòng)速度就會(huì)與下方的氣流流動(dòng)速度產(chǎn)生差異,上方流動(dòng)速度快,而下方流動(dòng)速度慢。

隨著飛機(jī)移動(dòng)速度的增加,機(jī)翼上方與下方氣流的流動(dòng)速度差異會(huì)越來(lái)越大,也就是說(shuō)飛機(jī)上方的壓強(qiáng)越來(lái)越小,而下方的壓強(qiáng)則相對(duì)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(jī)自身的重力,此時(shí)飛機(jī)就能飛起來(lái)了。飛機(jī)獲得升力的大小與兩個(gè)因素緊密相關(guān),一個(gè)就是飛機(jī)的移動(dòng)速度,另一個(gè)則是飛機(jī)機(jī)翼的大小,機(jī)翼越大,其所獲得的升力也就越大,所以我們看到的運(yùn)輸機(jī)通常都有著非常壯觀的“翅膀”。

升空后的飛機(jī)會(huì)盡快穿越對(duì)流層,使自己來(lái)到6000米到12000米的巡航高度,因?yàn)檫@里的氣流運(yùn)動(dòng)以平流為主,所以被稱(chēng)之為“平流層”。

飛機(jī)在平流層飛行,基本不會(huì)受到氣流的影響,相對(duì)比較穩(wěn)定,所以這個(gè)時(shí)候空乘就會(huì)開(kāi)始為我們提供服務(wù)了,而在飛機(jī)起飛和降落的時(shí)候,因?yàn)橄氪┰綄?duì)流層,所以很容易出現(xiàn)顛簸,如果這個(gè)時(shí)候還在飛機(jī)中隨意走動(dòng),很容易誘發(fā)安全事故,所以此時(shí)我們通常會(huì)被要求坐在座位上并系好安全帶。既然飛機(jī)的升力是基于氣體流動(dòng)速度的差異,這就決定了飛機(jī)是不可能離開(kāi)地球飛入太空的,至于英國(guó)某公司所開(kāi)發(fā)的太空飛機(jī),其實(shí)只是有個(gè)飛機(jī)的樣子和飛機(jī)的名字而已,實(shí)際上它并不是飛機(jī),這就好比甲魚(yú)并不是魚(yú)。



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