扑翼机的升力与前飞的力是如何产生的?

如题所述

巨大的飞机之所以能够起飞,跟飞机机翼上产生的升力有关,但是即便看过了那么多飞机起起落落,很多人并不知道为什么机翼可以产生升力。

飞机受到的四个力

升力来源于空气与机翼的相互作用
乘坐过飞机的朋友都知道,飞机想要起飞需要首先要在航空发动机的推动下在跑道上加速,等到加速到一定的速度之后飞机才能够起飞。而之所以要这样做,就是为了让机翼和空气之间产生足够的相对速度,这样才能获得升力。

飞机需要达到一定速度才会获得足够的升力

但是这依然不能解释全部问题:为什么机翼和空气之间产生相对速度之后就会产生升力呢?

而这个时候有些朋友可能这个时候要举手了,迫不及待地说:“我知道,之所以飞机机翼会产生升力跟伯努利原理有关!”这样的朋友可能接触过一些科普知识,但是很遗憾,这个答案是错误的。所以不用着急,且听我慢慢讲来。

为什么说“伯努利原理”不是升力的原理?
所谓的伯努利原理是由丹尼尔·伯努利在1726年提出的一套关于流体力学的理论。简单说,在流体流动的时候,由于环境的变化流体流动速度会发生变化,但是流体在速度变化的同时压力也会发生改变。流速越快、压力越小;流速越慢、压力越大。

管道收缩后水流速度加快但是水压下降

所以关于飞机机翼为什么能够产生升力有一套广为流传的理论:

当我们剖开机翼的时候可以发现机翼是一种上表面凸起、下表面平整的形状,当气流流过机翼的时候,上表面速度快、下表面速度慢,所以根据伯努利原理机翼下表面压力比上表面压力大,自然就产生了升力。

机翼上表面速度快、下表面速度慢

这样的说法有一定的道理,甚至于迷惑性很强,但是其中却有好几个致命的问题。

1,伯努利原理的本质是压力势能和流体动能的和保持守恒不变,而实际情况中,气体存在黏性,所以伯努利原理根本就不成立;

2,这种基于“伯努利原理”的解释有一个前提,就是气流流过上表面和下表面的时间是一样的,但是实际研究表明,气流流过机翼上下表面的时间并不相同,而且时间跟机翼上下表面的长度没有直接联系。

所以“伯努利原理”并非是飞机机翼升力产生原因的正确解答。

那么机翼升力的原理到底是什么呢?
我们需要把机翼分成上表面和下表面两个部分来观察。

当空气流经下表面的时候,会受到机翼的“阻挡”,从而被强制拐弯,原先是向后流动的,现在变成向斜下方流动;当空气流经上表面的时候,在流体黏性的作用下空气依然会被机翼的上表面“引导”着运动,所以自然而然地,也会被引导着向斜下方运动。

空气与机翼之间的相对作用

根据动量守恒定律,原本好好地向后流动的气体在机翼的作用下产生向下运动的趋势,所以气体反过来会给机翼一个向上的作用力,而这个作用力就是飞机机翼上产生的升力。

当然了,气体与固体之间的动量守恒定律最终都要反映到压强上,下面这张图就是机翼表面的压力分布。可以看到,机翼表面的压力分布非常复杂,远远不是一句“伯努利原理”可以解释的了的。

机翼表面的压力分布

当然,机翼上表面空气流速快、下表面流速慢这个结论是正确的,机翼上表面压力小、下表面压力大这个结论也是正确的,但是这不代表是用伯努利原理可以解释飞机机翼升力产生的原因,伯努利原理也完全不能解释机翼表面空气流动速度的分布,这需要通过更加复杂的N-S方程才能够描述。
温馨提示:内容为网友见解,仅供参考
第1个回答  2020-11-13
通过机翼主动运动产生升力和前行力的飞行器,又称振翼机。

其特征是:

1.机翼主动运动。

2.靠机翼拍打空气的反力作为升力及前行力。

3.通过机翼及尾翼的位置改变进行机动飞行。

扑翼飞行器的结构包括

动力系统 控制系统 机械效率
扑翼机是能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器,又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力,还产生向前的推进力。1930年,一架意大利的扑翼机模型进行过试飞,它重约22.7千克,装有一台0.37千瓦(0.5马力)的发动机。扑翼机的设计方案中,有的形如蝙蝠,具有薄膜似的扑动翼面;有的装有带缝隙和活门的扑动翼,具有类似飞鸟翅膀的作用。鸟类和昆虫的飞行表明,扑翼机在低速飞行时所需的功率比普通飞机小得多,并且具有优异的垂直起落能力。但是要真正实现像鸟类翅膀那样的复杂运动或是像蜻蜓和其他昆虫翅膀那样的高频扑扇运动则非常困难。设计扑翼机所遇到的控制技术、材料和结构方面的问题一直未能解决。扑翼机仍停留在模型制作和设想阶段。尽管如此,仍有不少科学家、工程师和业余爱好者致力于扑翼机的研究工作。
第2个回答  2020-11-13
扑翼机的升力与前飞的力是如何产生的?旋翼机是一种很早就出现的飞行器,具有很多飞行优势,下面我们来看一看旋翼机有哪些优点吧。

一、承载风力强

首先,如果你在有风或酷热的条件下驾驶旋翼机,你会感受到比你飞多数其它类型的飞机特别是微轻型飞机少得多的湍流。这是由于气流流过旋翼而使旋翼高速旋转和旋翼高强度的承受风力载荷的能力。旋翼机能承受高达20mph 的侧风,这样当其它小飞机不得不因侧风过大而停在地面时,旋翼机却可以翱翔蓝天,这意味着每年在英国旋翼机比多数其他的运动飞机有更多的可飞行天气。

二、安全系数高

其二,你可以比许多其他类型的飞机飞的更安全。旋翼机活动的高度范围是600 英尺。当然,它可以飞得更高,但有那个必要吗?在这个高度层,你下面的世界已是一览无遗,而且若一旦发动机停车你还可以将它迫降在一小块田野里,因为它着陆后的滑跑距离还不到 10 英尺。

三、可避免失速

其三,你不能使一架旋翼机失速。由于升力是由旋翼旋转产生的,所以旋翼机不需要向前的空速。一架旋翼机能在空中飞得很慢,这使它更具有观赏性。然而,要注意,在低于500 英尺的高度下,旋翼机不能以零空速向前飞,这样可以确保一旦空中停车飞行员有足够的时间处置。

四、租赁价格低

设有两个座位并可连续飞行 4 小时,旋翼机的确是一个长途旅行的好伙伴。乘坐旋翼机飞行乐趣无穷。它不仅具有直升机那种超凡的魅力和惊险刺激的感觉,同时租赁价格也极低。与其花费巨资租赁直升机,你还不如自己买一架并自己驾驶来享受飞行的乐趣。

以上就是旋翼机为什么脱颖而出的原因所在,希望能让大家更好地了解旋翼机这一飞行器。

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