飞机可以说是人类最伟大的发明之一,大大缩短了人们的出行时间。一架普通客机的时速,可以达到800公里。而且,飞机的重量也不轻,少则几十吨,多则几百吨。比如,波音747-8F货机,其最大起飞重量为447吨。那么,飞机这么重,为什么可以轻松的飞起来呢?
一些科普文章说,飞机能飞是因为机翼上面长、下面短,空气流过时上面快、下面慢,压强差托起飞翼,这就是伯努利原理。
不过,这里还漏了关键的一点,那就是“牛顿力学”。很多飞机就算机翼上下一样长,也能飞起来,靠的就是牛顿力学。因为,前者描述的是“力的宏观表现”,而后者描述的是“力的产生原因”。
现在,民航客机的机翼,都设计成“上凸下平”的形状。比如,C919的机翼,上面的曲面比下面的平面长约15%。当飞机向前飞时,空气流过机翼,上面的空气要走更长的路,速度会比下面快。
根据伯努利原理,速度快的地方压强小,速度慢的地方压强大。机翼下面的压强大于上面,就产生了向上的“托力”,这就是升力的主要来源之一。同时,当空气被机翼“往下推”,就会给机翼一个向上的反作用力。飞机起飞时,机翼不是平着的,而是有一个“迎角”。
这样的角度会让流过机翼的空气,大部分被“压”向下方,就像你用手斜着推水,手会被水往上顶一样。空气被往下推,就会给机翼一个向上的反作用力。
纸飞机就是最好的例子,纸飞机的机翼是平的,没有“上凸下平”的曲面,可是只要你扔的时候让机翼有迎角,它就能飞起来,这就是牛顿力学在起作用。
那么,飞机发动机起到了什么作用?
要知道,升力的大小和飞机速度的平方成正比,速度越快,升力越大。比如,波音737要想离地起飞,就需要达到约290公里/小时的起飞速度。而发动机的推力,就是用来克服空气阻力,把飞机加速到这个速度的。
现在大部分民航机的发动机,都挂在机翼下方。当发动机工作时,会把周围的空气往下“吸”,这些被吸入的空气,会顺着机翼表面流动,加快机翼上方的空气速度,进一步扩大上下表面的压强差。
那么,是不是飞机越轻越容易飞?
飞机的“最大起飞重量”是严格限制的,波音737-800的最大起飞重量是70.5吨,超过这个重量,就算发动机全力推力,也达不到足够的起飞速度,升力不够就会“滑跑冲出跑道”。
而且,飞机的重心必须和升力中心对齐,不然会 “一头沉”。比如,前机身装太多货物,重心靠前,飞机会往下低头。反之,后机身太重,重心靠后,飞机会往上翘,甚至导致失速。
看到这里,是不就觉得飞机设计非常厉害,把物理原理用得这么透。以后再听到有人说“飞机靠机翼形状飞”,你就可以告诉他,还有牛顿力学和发动机的功劳,这样才算完整。
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