航空科普:飛機為何能夠飛起來?
來源:科學信仰
發布時間:2022-03-09
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“速度真快,都要飛起來了”,我們(men) 經常用類似的語言來形容一個(ge) 物體(ti) 的移動速度很快,但實際上是一個(ge) 飛不起來的物體(ti) ,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(yu) 當時的風速、飛機的載重等很多因素都有關(guan) 係,並不是一個(ge) 固定的數值,但粗略來講,一般民航客機的抬頭速度大概在每小時250公裏到290公裏之間,而戰鬥機的起飛速度大概要達到每小時350公裏左右。毫無疑問,加速是飛機起飛過程中的一個(ge) 重要環節,但並不是最關(guan) 鍵的因素,否則高鐵早就飛起來了。以中國自主設計並製造的“複興(xing) 號”動車組為(wei) 例,它的最高時速就可以達到每小時400公裏,比飛機起飛時的速度還要快,可它仍舊穩穩地待在軌道上。

一個(ge) 物體(ti) 想要飛起來就必須要獲得升力,而升力並不是由速度所直接提供的,隻有特殊的結構與(yu) 速度相互配合,才能夠產(chan) 生使物體(ti) 升空的力量。

飛機與(yu) 高鐵和汽車在結構上有什麽(me) 不同呢?最大的不同就在於(yu) 飛機有兩(liang) 個(ge) 翅膀。自從(cong) 1903年萊特兄弟發明飛機以來,飛機的外觀形態出現過各種各樣的變化,現在各種外觀結構千奇百怪的飛機更是層出不窮,但隻要是飛機,就少不了一個(ge) 東(dong) 西,那就是“機翼”。一架民航客機的滿載重量可以達到數百噸,隻是安上兩(liang) 個(ge) 翅膀,就能使這麽(me) 一個(ge) 數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(cong) 一個(ge) 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(yu) 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(ti) 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(guan) 於(yu) 伯努利原理,我們(men) 在日常生活中最為(wei) 常見的一個(ge) 例子就是等地鐵,當很多人一起站在站台邊等待地鐵進站時,就形成了一堵人牆,將前方與(yu) 後方的空氣隔絕開來,此時地鐵進站,前方的空氣高速流動,所以壓強變小,而後方的空氣流動速度依舊很慢,所以壓強很大,於(yu) 是我們(men) 就會(hui) 感覺有一股力量將我們(men) 向前推,這股力量就是前後壓強差所造成的,很多時候我們(men) 還會(hui) 誤以為(wei) 是後麵的人故意向前擠,從(cong) 而引發矛盾。

在曆史上,某個(ge) 國家就曾經出現過因為(wei) 伯努利原理而導致眾(zhong) 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(men) 就會(hui) 發現無論外觀多麽(me) 不走尋常路的飛機,它的機翼都有著類似的特點,那就是機翼橫截麵前端圓鈍,而後端尖銳,從(cong) 上下觀察,機翼上方呈現隆起狀,而機翼下方則是基本平直的,之所以如此設計就是為(wei) 了讓機翼上方與(yu) 下方的氣流能夠在流速上產(chan) 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(hui) 與(yu) 下方的氣流流動速度產(chan) 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(yu) 下方氣流的流動速度差異會(hui) 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,於(yu) 是就產(chan) 生了升力,隨著速度的提升,升力也逐漸增加,直至升力大於(yu) 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(yu) 兩(liang) 個(ge) 因素緊密相關(guan) ,一個(ge) 就是飛機的移動速度,另一個(ge) 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(men) 看到的運輸機通常都有著非常壯觀的“翅膀”。

升空後的飛機會(hui) 盡快穿越對流層,使自己來到6000米到12000米的巡航高度,因為(wei) 這裏的氣流運動以平流為(wei) 主,所以被稱之為(wei) “平流層”。

飛機在平流層飛行,基本不會(hui) 受到氣流的影響,相對比較穩定,所以這個(ge) 時候空乘就會(hui) 開始為(wei) 我們(men) 提供服務了,而在飛機起飛和降落的時候,因為(wei) 想穿越對流層,所以很容易出現顛簸,如果這個(ge) 時候還在飛機中隨意走動,很容易誘發安全事故,所以此時我們(men) 通常會(hui) 被要求坐在座位上並係好安全帶。既然飛機的升力是基於(yu) 氣體(ti) 流動速度的差異,這就決(jue) 定了飛機是不可能離開地球飛入太空的,至於(yu) 英國某公司所開發的太空飛機,其實隻是有個(ge) 飛機的樣子和飛機的名字而已,實際上它並不是飛機,這就好比甲魚並不是魚。



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