想象一下,你坐在飛機上看著窗外的藍天白雲,俯瞰著大地的勃勃生機。這時,你忍不住贊嘆科技的神奇,讓我們有機會在藍天翱翔。與此同時,你又不禁問自己,為什麼飛機可以飛起來呢?
2019年6月29日上午,湖北荊門“晨龍天使/Angel”多用途通勤飛機在漳河機場首飛成功。(黃林/人民圖片)
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談起飛機為什麼能飛起來,不得不提到的就是“伯努利原理”。丹尼爾·伯努利在1726年提出:“在低速流動的流體中,一條流管內氣(液)體流速越大,其靜壓越小”。這個原理被后人稱為“伯努利原理”。
伯努利原理可以用一個簡單的實驗來驗証。我們拿著兩張紙,往兩張紙中間吹氣,會發現紙不但不會向外飄,反而會被一種力擠壓在一起。因為兩張紙中間的空氣流動速度快,壓力就小,而兩張紙外側的空氣沒有流動,壓力就大,所以外側空氣就把兩張紙“壓”在了一起。
飛機升力跟伯努利原理有什麼關系呢?原來飛機機翼的翼型都是經過特殊設計的,當氣流經過機翼上下表面時,上表面路程要比下表面長,氣流在上表面的流速要比在下表面流速快。根據伯努利定理知,流速大的地方壓強小,流速小的地方壓強大,因此下表面的壓強大於上表面的壓強,由此產生壓力差,這個壓力差就是使飛機飛起來的升力。
不難想象,大飛機重量大,要想飛上天,所需升力自然就要比小飛機所需升力大。飛機升力的大小又跟哪些因素有關系呢?
飛機升力的大小還跟以下幾個因素有關:飛機的機翼面積、空氣密度、飛行速度以及飛行迎角。
機翼面積越大,升力越大。其實,前文在解釋升力形成時提到的壓力差,本質上是壓強差,壓強與面積的乘積才是壓力的大小。這樣自然機翼面積越大,飛機升力就越大。
空氣密度和飛行速度是決定飛行條件動壓的兩個條件。空氣密度越大,則空氣給予飛機的升力也越大,這很容易理解。飛行速度越大,那麼由伯努利原理給出的壓強差就越大,升力也就越大。
飛行迎角可以理解為飛機機體的方向與氣流方向的夾角。在飛機起飛的過程中,我們能看到飛機抬頭,這就是飛機的迎角了。通常來說,在一定范圍內,飛機迎角越大,升力就越大﹔但是迎角達到一定程度后,升力就會突然下降,這就是飛機的失速。失速是非常危險的,倘若不及時減小迎角,就會因為失速失去升力而急劇墜落,以致發生飛行事故。歷史上有多次飛機失事都源自失速。
本文由空軍指揮學院教授徐邦年進行科學性把關。