古代，人們常常幻想自己可以像鳥兒一樣飛起來(lái)，如今，坐在飛機(jī)上往返于城際之間已經(jīng)成為了日常，我們?cè)诟袊@科技發(fā)展的同時(shí)，不禁好奇：飛機(jī)為什么能飛起來(lái)？得到的答案會(huì)是：因?yàn)轱w機(jī)有機(jī)翼，那么，為什么機(jī)翼能讓飛機(jī)飛起來(lái)呢？是什么讓飛機(jī)不會(huì)掉下來(lái)呢？下面就來(lái)說(shuō)說(shuō)飛機(jī)飛起來(lái)的原理并通過(guò)動(dòng)畫來(lái)做一下演示。 飛機(jī)的定義 如果我問(wèn)你，什么是飛機(jī)？你會(huì)給出怎樣的答案呢，飛機(jī)的定義是：指具有一具或多具發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或拉力，由機(jī)身的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器，按照其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型又可被分為噴氣飛機(jī)和螺旋槳飛機(jī)。按此定義，靠旋轉(zhuǎn)翼產(chǎn)生升力的直升機(jī)不是飛機(jī)。飛機(jī)、直升機(jī)還有導(dǎo)彈等能在空中飛的物體叫飛行器。  飛機(jī)為什么能飛起來(lái)？ 飛機(jī)為什么能飛起來(lái)呢？飛機(jī)飛行與風(fēng)箏飛行是一個(gè)道理，只不過(guò)不用你拉著跑了，其向前的動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，它相對(duì)于空氣的速度越大，角度越大，其豎直方向的分力也越大，也就是升力越大，當(dāng)然，角度越大，其水平方向的分力也越大，空氣阻力也就越大，要達(dá)到相同的水平速度，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要求也就越大。相反，角度越小，其豎直方向的分力越小，升力也越小，要想達(dá)到相同的升力，速度要求就越高。這就需要飛機(jī)的角度取值在一個(gè)合理的最佳范圍內(nèi)。  為了使飛機(jī)達(dá)到足夠的速度，需要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)給飛機(jī)加速。而加速的過(guò)程是緩慢的，畢竟飛機(jī)是一個(gè)龐然大物，即便有的發(fā)動(dòng)機(jī)一臺(tái)的推力就可以達(dá)到四十、五十噸，但是推動(dòng)一臺(tái)幾百噸重的飛機(jī)往前移動(dòng)，加速度依舊是很慢，所以需要一段很長(zhǎng)的跑道逐漸加速，直到速度達(dá)到之后才可以起飛。 飛機(jī)之所以能飛起來(lái)，歸根結(jié)底來(lái)自機(jī)翼提供的升力，固定翼飛機(jī)如此，旋轉(zhuǎn)翼飛機(jī)也是一樣的道理。至于升力的產(chǎn)生原理，這個(gè)就牽涉到大學(xué)里的一門比較難懂的課程《流體力學(xué)》中的一個(gè)知識(shí)——伯努利原理。  伯努利原理的實(shí)質(zhì)是流體的機(jī)械能守恒，或者用公式來(lái)表達(dá)就是流體的動(dòng)能、重力勢(shì)能與壓力勢(shì)能之和為常數(shù)。用這個(gè)原理我們可以推論出流體流速非常快時(shí)，壓強(qiáng)就會(huì)變得很小；相反的，流速慢時(shí)，壓強(qiáng)相對(duì)較大。用這條推論就可以解釋為什么飛機(jī)機(jī)翼會(huì)產(chǎn)生升力。 飛機(jī)靜止的時(shí)候，流過(guò)機(jī)翼表面的速度為0，此時(shí)飛機(jī)的升力也為0。當(dāng)飛行員啟動(dòng)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，飛機(jī)開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)，機(jī)翼切割空氣產(chǎn)生相對(duì)氣流，此時(shí)機(jī)翼開(kāi)始產(chǎn)生升力，并且升力隨著飛機(jī)滑跑速度的增大而快速增大。直到某一時(shí)刻，飛機(jī)的升力等于飛機(jī)自身的重力的時(shí)候，飛行員拉桿使飛機(jī)抬頭，飛機(jī)便可以上天了。 當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼在空氣中運(yùn)動(dòng)，將前方的空氣分割成上下兩層，上表面氣流通道窄，氣流速度快，壓力變小。下表面氣流通道較寬，氣流速度較慢，相對(duì)壓力較大，于是產(chǎn)生升力。 所以，飛機(jī)只有在飛行的時(shí)候，機(jī)翼才可以產(chǎn)生升力。 圖解飛機(jī)飛起來(lái)的原理 大多數(shù)飛機(jī)由五個(gè)主要部分組成：機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落裝置和動(dòng)力裝置。  飛機(jī)的飛行要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是上升；二是前進(jìn)。前進(jìn)靠的是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向前牽引力或是噴氣產(chǎn)生的向前推力。 上升是根據(jù)伯努利原理，即流體（包括氣流和水流）的流速越大，其壓強(qiáng)越小；流速越小，其壓強(qiáng)越大。還有，升力和迎角等都有很大關(guān)系。 氣流流過(guò)的壓力差產(chǎn)生了升力   飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的三軸簡(jiǎn)化：俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航。 滾轉(zhuǎn)是副翼控制▼  俯仰運(yùn)動(dòng)靠升降舵控制▼  偏航運(yùn)動(dòng)靠方向舵控制▼  直升機(jī)是如何保持平衡的？  （1）直升飛機(jī)的大螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力平衡重力。 直升飛機(jī)的槳葉大概有2—3米長(zhǎng)，一般有5葉組成。普通飛機(jī)是靠翅膀產(chǎn)生升力起飛的，而直升飛機(jī)是靠螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)空氣產(chǎn)生升力的。直升飛機(jī)起飛時(shí)，螺旋槳越轉(zhuǎn)越快，產(chǎn)生的升力也越來(lái)越大，當(dāng)升力比飛機(jī)的重量還大時(shí)，飛機(jī)就起飛了。在飛行中飛行員調(diào)節(jié)高度時(shí)，就只要通過(guò)改變大螺旋槳旋轉(zhuǎn)的速度就可以了。 （2）直升飛機(jī)的橫向穩(wěn)定。 因?yàn)橹鄙w機(jī)如果只有大螺旋槳旋，那么根據(jù)動(dòng)量守衡，機(jī)身就也會(huì)旋轉(zhuǎn)，因此直升飛機(jī)就必須要一個(gè)能夠阻止機(jī)身旋轉(zhuǎn)的裝置。而飛機(jī)尾部側(cè)面的小型螺旋槳就是起到這個(gè)作用，飛機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或保持穩(wěn)定航向都是靠它來(lái)完成的。同時(shí)為了不使尾槳碰到旋翼，就必須把直升飛機(jī)的機(jī)身加長(zhǎng)，所以，直升飛機(jī)有一個(gè)像蜻蜓式的長(zhǎng)尾巴。 決定飛機(jī)升力大小的因素 不難想象，大飛機(jī)重量大，要想飛上天，所需升力自然就要比小飛機(jī)所需升力大。飛機(jī)升力的大小又跟哪些因素有關(guān)系呢？  飛機(jī)升力的大小還跟以下幾個(gè)因素有關(guān)：飛機(jī)的機(jī)翼面積、空氣密度、飛行速度以及飛行迎角。 機(jī)翼面積越大，升力越大。其實(shí)，前文在解釋升力形成時(shí)提到的壓力差，本質(zhì)上是壓強(qiáng)差，壓強(qiáng)與面積的乘積才是壓力的大小。這樣自然機(jī)翼面積越大，飛機(jī)升力就越大。 空氣密度和飛行速度是決定飛行條件動(dòng)壓的兩個(gè)條件。空氣密度越大，則空氣給予飛機(jī)的升力也越大，這很容易理解。飛行速度越大，那么由伯努利原理給出的壓強(qiáng)差就越大，升力也就越大。 飛行迎角可以理解為飛機(jī)機(jī)體的方向與氣流方向的夾角。在飛機(jī)起飛的過(guò)程中，我們能看到飛機(jī)抬頭，這就是飛機(jī)的迎角了。通常來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)，飛機(jī)迎角越大，升力就越大；但是迎角達(dá)到一定程度后，升力就會(huì)突然下降，這就是飛機(jī)的失速。失速是非常危險(xiǎn)的，倘若不及時(shí)減小迎角，就會(huì)因?yàn)槭偈ドΧ眲嬄洌灾掳l(fā)生飛行事故。歷史上有多次飛機(jī)失事都源自失速。 延伸閱讀： 為什么飛機(jī)窗戶玻璃上有個(gè)洞？ 為什么飛機(jī)窗戶是圓的不是方的？ 為什么飛機(jī)起飛降落要打開(kāi)遮光板？ 天上那么多飛機(jī)為什么不會(huì)相撞？ 為什么飛機(jī)飛過(guò)后會(huì)留下一道白線？ |
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