火箭完全靠的是發(fā)動機(jī)的推力飛上天的,因?yàn)榛鸺l(fā)動機(jī)的推力要比火箭自身重量還要大,所以能上天,這當(dāng)中利用的原理是牛頓第三定律。飛機(jī)就不一樣了,飛機(jī)上天靠的不是發(fā)動機(jī)的推力,而是空氣對機(jī)翼產(chǎn)生的升力。
飛機(jī)的推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有飛機(jī)的重力大,飛機(jī)是如何克服重力起飛的?,飛機(jī)發(fā)動機(jī)推動飛機(jī)向前運(yùn)動,于是機(jī)翼和空氣就產(chǎn)生了相對運(yùn)動。氣流流過上下表面不對稱的機(jī)翼,根據(jù)伯努利原理就產(chǎn)生了升力,并且飛機(jī)相對空氣運(yùn)動速度越快升力就越大。當(dāng)飛機(jī)在地面滑跑達(dá)到一定速度后,機(jī)翼升力開始大于飛機(jī)自身重力了,那么飛機(jī)就能飛上天了。換句話說,飛機(jī)是被空氣“托舉”上天的。
首先,用最常見的河流來做例子吧,河道比較寬的地方流速就慢,河道窄的地方流速快。其原因就是由于河道變窄的地方,河道壓縮水流,導(dǎo)致其加速。這是一個開場白式的引導(dǎo)知識。
現(xiàn)在我們將飛機(jī)機(jī)翼橫向切開,就會得到一個封閉的幾何曲線——專業(yè)上稱之為“翼型”(見下圖)。不同飛機(jī)的翼型是不一樣的,但是基本特點(diǎn)都是上表面都是向上突起的,下表面相對平滑一些,還有的是向內(nèi)凹陷。關(guān)于翼型的種類不是這個問題的關(guān)鍵。
如果此時一股非常均勻的氣流吹過機(jī)翼的翼型,上表面的氣流就會被壓縮,根據(jù)開頭介紹的河流情況,我們可以知道此時上表面的氣流會得到加速;相反,下表面的氣流就會得到擴(kuò)張和減速。這樣,在翼型的作用下,原本上下均勻的氣流現(xiàn)在出現(xiàn)了速度差——上快下慢。
接下來,我們引入空氣動力學(xué)中的基本原理性公式——伯努利方程(該方程也有應(yīng)用局限性)。
p 1/2*ρ*v=常量
對于機(jī)翼翼型而言,上表面的速度大,那么其空氣壓強(qiáng)反而是降低的;相反,下表面的速度小,壓強(qiáng)是上升的。上下表面之間的壓力差就是這樣產(chǎn)生了,且這個壓力差的大小和氣流速度呈正比關(guān)系,氣流速度越快,則壓力差就越大。而這個壓力差就是我們通俗意義上的升力。升力=升力系數(shù)*動壓*機(jī)翼面積。其中升力系數(shù)和機(jī)翼的幾何形狀有關(guān),動壓=1/2*空氣密度*速度。
速度越大,機(jī)翼上下面的壓力差就越大,產(chǎn)生向上的合力也就越大。這樣飛機(jī)加速到一定程度,產(chǎn)生向上的合力大于飛機(jī)的重量,飛機(jī)就可以離開地面了。