上百噸重的飛機為何能飛上天?飛行原理是什麼?科學解答真相!

2021-01-08 奇哥侃科普

不知道各位看官去坐飛機的時候會不會有這樣一個問題,一個重達幾百噸的飛機到底是怎麼飛起來的?年年科普日,歲歲漲知識。今天奇哥就來聊聊這個問題。

我們人類研發飛機的靈感就是從鳥類飛行上得來的,鳥的翅膀向下煽動,由於空氣存在慣性,翅膀下部的空氣不會立馬跟隨翅膀向下運動,空氣被壓縮,氣壓升高,同樣的道理,翅膀上部的氣壓變低,這時翅膀上下部氣壓不同,形成壓力差,產生升力。不過,鳥類還有另外一個動作,即使不煽動翅膀也能飛行,那就是滑翔,而飛機的飛行就可以看成鳥在滑翔。不過此時並沒有明顯壓縮空氣行為,那升力是哪來的呢?

事實上,對於這個問題,科學家們的看法也沒有達成一致。目前提出了兩種不同的理論來解釋升力。值得一提的,這兩種非技術性的理論都不完整,但並不影響大家理解升力。

其中最流行的就是伯努利原理,這是瑞士的數學家丹尼爾·伯努利原在1738年發表的專著《流體動力學》中提出的原理。簡單來說,就是流體的壓力會隨著速度的增加而減少,反之亦然。不過,雖然我們可以用這個原理來解釋飛機的升力,不過我們要知道,人類第一架飛機是在1903年才出現的,所以解釋不全也是能理解的。

伯努利原理其實可以用很簡單的實驗來證明。我們可以將兩張紙片平行靠近,然後往中間使勁說口氣,你就會發現紙片就會緊緊地貼在一起。這就是因為兩張紙張中間的氣體流速加快,壓強減少,但是紙張外面壓強並沒有減少,這就會產生是一個壓強差,然後就有了一個向紙張裡面方向的力。

那飛機是怎麼靠伯努利原理有一個向上的生力呢?關注奇哥,帶你了解更多知識。

因為空氣動力學產生了升力,只有當升力比飛機自身重量大的時候,才能使飛機騰空飛起,機翼為飛機的飛行提供了一部分升力。機翼一般呈巨大的紡錘形,機翼將空氣分割成上下兩部分,分別從機翼的上下兩面通過。但是機翼的上表面是凸起的,這樣一來,氣流的速度就變快了,下面的氣流速度相對較慢。上下兩面產生了壓強差,壓強差產生一個向上的升力將飛機託起。根據實驗證明,在彎曲的表面上空氣流動的速度確實更快,但伯努利原理卻無法解釋為什麼會出現流速變快的原因。而且一架具有彎曲上表面的飛機翻過身來也能飛行。對於伯努利原理的缺點,奇哥這裡就不一一解釋了,畢竟今天的主題是討論飛機是如何飛起來的。

除了用伯努利的理論來解釋升力外,科學家還試圖用另一種理論來解釋這種力的來源,那就是牛頓的作用力和反作用力原理。根據這個定律,當機翼向下推空氣,有質量的空氣會產生一個大小相等、方向相反的向上推力,也就是升力。因此,理論認為機翼是通過推動空氣使飛機產生升力的。

除此之外,還有一個康達效應,我們打開水龍頭,讓水流平緩地落下,把勺子的背面慢慢靠近水流,就會發現水流改變了流動軌跡,開始沿勺子的表面突起落下,同時對勺子產生一個指向突起的吸引力。這就是康達效應。同理,飛機機翼的突起也會導致大量氣流向下偏轉,從而產生一個向上的升力。

無論是伯努利原理還是牛頓第三定律,從各自的角度出發,它們都是正確的,兩者並不相互矛盾,問題在於,任何一個理論都無法完整地解釋升力。不過根據對著二者的解釋,相信各位看官也能了解到飛機上升的動力大概是怎麼來的了。

另外機翼仰角向上時也能提供巨大的升力,仰角升力主要用於飛機爬升。而直升機是仰角升力的使用專家,螺旋槳的槳葉是機翼仰角的變形。螺旋槳向上仰角,高速轉動時就能產生足夠的升力。

除了這些,當然還與飛機的發動機有關。

飛機的主要動力來源,航空發動機。而這也是飛機動力的唯一來源,被稱為「飛機心臟」。這種可以提供強大動力的動力裝置保證飛機在飛行中始終能得到動力的提供。當然,不僅是飛機,很多機械的動力裝置都是機器的靈魂之一,畢竟少了動力裝置他們想要運行都沒有一點辦法。還有一點就是飛機升降舵,又稱平尾,駕駛員通過操縱平尾,使飛機產生一個抬頭力矩,通過發動機推力及機翼的升力來帶動飛機飛上藍天。

普通飛機的動力主要來源於空氣動力學,通過螺旋槳利用空氣的反作用力獲得推力。特殊類別的飛機動力來源於動量守恆,省去螺旋槳直接利用燃氣的反作用力獲得推力,如太空梭、噴氣式飛機。奇哥認為,雖然升力很重要,但是飛機能起飛到天空上,最重要的還是發動機。比如美國的F-35B,憑藉著強大的發動機可以實現垂直升降,還能在空中停留。

對於飛機是如何飛起來的,相信各位看官現在應該有了一個認知了。那今天視頻就到這了,喜歡的別忘了點個關注,我們下期見。

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