网友提问:
飞机怎么能够飞到天上去,靠的是什么?
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飞机机翼流体结构,上层突出,使气流流速变大,气压降低,上下表面产生压力差,大气压将飞机拖起
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飞机是比空气重的飞行器,它之所以能飞上天,靠的是“伯努利定律”。
或者我们说简单点,可以称其为“边界层表面效应”,正是因为伯努利定律的物理利用,飞机这种大气层飞行器才能被设计出来。
伯努利定律是丹尼尔·伯努利于1738年发现的物理规则,他因开辟了流体力学被称为“流体力学之父”。按照伯努利定律,流体(气流、水流)的流速越快,物体与流体的接触面压力就越小,反之,压力会变大。
这个看似很简单的概念,就是飞机能升空的核心物理原因。
早期飞机在不具备升力体构造时,主要依靠机翼来完成伯努利定律。飞机发动机为飞机提供向前的动力,随着加速度越快,飞机在大气中面对的压力就越大,我们也可以称之为“阻力”,这时候的飞机与水流中穿行的船一样,具备阻力迎面。
当然,阻力是飞行的敌人,一般速度较慢的原始飞机还不太受其影响,而速度较快的先进飞机,则采用尖利的低阻力外形破开空气阻力,让自己顺畅的在流体中运行。
不过阻力在这里并不太重要,伯努利定律最重要的是“压力”,当飞机在气流中穿行时,气流从机翼和机身升力体的上下方穿过,当上方的气流流速比下方的快时,等于下方气压高于上方气压。那么,这种“上弱、下强”的气压差,流体便会让机体向压力弱的一方移动,飞机就飞起来了。
而且飞机的速度越快、飞机外形设计所构成的压力差越大,伯努利效应就越突出。这也就是为什么飞机需要更高加速度的原因;越强大的发动机能为飞机带来更大的加速度,那么飞机所处的流体环境就越高速,物理效应就会越明显。
这里需要区分下火箭与飞机的不同,火箭更多的考虑阻力效应,它们虽然一样在流体中穿行,却不考虑通过压力差让自己获得飞翔的能力。在推重比上,火箭的推力超过了自身的重量,所以能轻松的将自己腾空而起,故而人们在谈论火箭时更常用“比冲”的概念。
有些垂直起降战机,如F35B、雅克141、鹞式等等,在垂直起飞阶段采用的都是大推力概念,当推重比小于1时,飞机便能靠发动机功率将自己的机身升起来。