用一个简单的小实验就能直观看到升力的效果:做一个上表面弯曲、下表面平直的机翼模型,拿吹风机对着模型吹风,模型就会像真的机翼一样“飞”起来。
很多人对飞行原理的第一认知来自这个实验背后的伯努利原理:流体中流速越快的区域压强越小,机翼上表面弧度更大,空气流速更快压强更低,下表面流速更慢压强更高,上下的压力差就形成了向上的升力。
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但这个说法只说对了一半,过去广为流传的“机翼上下表面的气流要同时到达后缘,所以上表面流速更快”的说法其实是错误的。
真实的升力是多种物理原理共同作用的结果,除了压力差带来的升力,另一个重要来源是牛顿第三定律:机翼在和空气相对运动的过程中,会把流经的空气导向斜下方,被向下推动的空气会给机翼一个大小相等、方向相反的向上的反作用力,这部分力也是升力的重要组成部分。
升力的大小受很多因素影响,在一定范围内,机翼和气流的夹角也就是迎角越大,升力就越大,但一旦超过临界迎角,气流会从机翼表面提前分离,升力会骤降,也就是航空领域常说的失速。
除此之外,飞行速度、空气密度、机翼面积都会直接影响升力大小,速度越快、空气密度越高、机翼面积越大,能获得的升力就越高,这也是为什么飞机需要在跑道上加速到一定速度才能起飞,低空飞行比高空更容易获得升力,大型民航机往往会设计更长的机翼来承载更大的重量。
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整架飞机的平稳飞行是四个力平衡的结果,除了向上的升力,还有地球施加的向下的重力,发动机提供的向前的推力,以及空气带来的向后的阻力,只要升力大于等于重力、推力足够克服阻力,飞机就能顺利升空、平稳巡航。
现代飞机还会通过优化翼型、加装襟翼缝翼、翼尖小翼等设计,进一步提升升力效率、降低飞行阻力,让飞行更安全也更省油。
你之前有没有听过关于飞机飞行的错误科普?你对航空相关的小知识还有什么好奇的吗?欢迎在评论区聊聊。
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