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  • 1 # 使用者8209154827005

    人們發現鳥有兩種飛行方式:撲翼飛行和滑翔。最早人們注意到的是鳥的撲翼飛行,想象鳥一樣靠翅膀上下撲動來飛行,結果失敗了。後來人們轉向學習鳥的滑翔。對於鳥類的滑翔,很久以來人們一直迷惑不解,外國曾有人認為鳥的肚子裡有熱氣作用,而中國晉朝一個叫葛洪的人在仔細觀察老鷹在飛行後,解釋說,老鷹伸直兩翅,並不撲動,反能盤旋飛行,且越飛越高,是因為上升氣流的緣故。

    基於鳥類滑翔的原理,人們造出了滑翔機和早期的飛機。 現在我們知道飛機能夠在高空中飛行不落,是因為受到一個升力作用,而使飛機獲得升力的主要部件是機翼。但是飛機是如何得到這一升力的呢?為了解釋這個問題,我們先做一個簡單的實驗: 將一個乒乓球放置於一個倒扣的漏斗內,先用一塊紙板托住漏斗口。

    這時用吸塵器從漏斗窄口向裡吹氣,並拿走紙板,此時乒乓球卻掉不下來。這就是“升力”托住了球體。因為空氣流過球與漏斗壁間窄縫時的流速大於流出漏斗口時的流速,所以漏斗寬口處的壓力大於漏斗窄口處的壓力,它克服了乒乓球的重力,使球支援著不落下去,即流速增加,壓強降低,這在物理學上叫做伯努利原理。

    飛機獲得升力的情況和上面的實驗相似,只是這時還要考慮到機翼周圍存在著的空氣的環流。這種環流在飛機的飛行中迭加到經過機翼的平移氣流上。在機翼上部,環流的方向與平移氣流的方向相同,迭加結果使空氣流的速度增加;在機翼下部,環流的方向與平移氣流的方向相反,因而空氣流速度減少。

    可以看出機翼上方的氣流速度大於下方的,上面的流線較密,下面的流線較疏。根據伯努利原理,機翼上方的壓強減少,下方的壓強增大,形成了一個向上稍微偏後的總壓力 q。把 q分為水平與豎直方向上的兩個分力 f及 f,其中 f就是飛機機翼受到的向上升力,它使飛機上升或保持飛機懸浮在空中;f分力是阻止飛機前進的正面阻力。

    對上述現象也可以用牛頓定律作一個定性的解釋。氣流對機翼有向上的升力,那麼機翼對氣流就有向下的反作用力,這樣一來就使氣流向下偏斜。當氣流經過機翼時,在豎直方向上的動量分量就有一個改變數,由於機翼對氣流有向下的作用力,因而機翼也得到一個向上的升力。

    這和前面所說的結果一致。 所以飛機機翼受到的總壓力 q的大小和氣流的速度有關。氣流速度越大,Q也就越大。另外,Q還與機翼的形狀和迎面氣流衝向翼面的仰角 a有關。 飛機在飛行時,受到升力 f、重力 p、推進器的前進力 f1和阻力 f的作用。要使飛機能正常飛機,應保證升力足夠大、阻力最小。

    經過長期的實踐與觀察,人們發現把機翼前緣做成圓形而後部做成尖銳形狀,並且使機翼上部稍微凸起,便可以使飛機少受旋渦的影響,即受到的阻力較小。因此人們逐步改善機翼的形狀,採用流線形機翼。 實踐證明,在其他條件相同時,飛行的速度越快,機翼產生的升力也越大;機翼截面積越大,升力越大。

    對於低速飛行的運輸機,就要有較大的機翼,以獲得足夠大的升力。對高速飛行的飛機,機翼太長使產生的阻力增大,此時應採用小機翼。所以針對不同飛行速度的要求,要採用不同的機翼及不同的截面形狀。 不論哪一種截面形狀的機翼,在一定範圍內增大仰角 a,都可以提高升力。

    飛機起飛的速度越小,為了增大升力,就要抬起機頭,靠增大機翼的仰角來增加升力。但仰角增大時,阻力也會增大,同時在機翼上面所形成的渦流區會越來越大,這時機翼受到的升力也會減小。所以在一般飛行中,機翼的仰角是有一定範圍的,如果超出了這個範圍,不但不能增加升力,反而會引起失速現象,會使飛機掉下來。

    一般飛機必須同空氣有相對運動,機翼才可以產生升力。但另有一種飛機,它具有停在空中不動的本事。這就是直升機。直升機在軍事和民用中都發揮著重大作用,它可以用於在交通不便地區運送物資、搶救傷病員、攝影,還可用於測繪地表、護林防火等。 直升機機翼和空氣沒有相對運動,升力應該不存在,為什麼它能在空中突然停住不動而又不掉下來呢? 原來直升機的升力是由在它頭頂上旋轉的機翼所產生的。

    當直升機在空中的時候,它的旋翼仍然在不停地轉動,產生一個同直升機重力大小相等方向相反的升力。因此,直升機就能不前進也不後退、不升高也不降低,穩穩地停在空中執行任務。

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