飞机是由动力装置产生前进动力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的重于空气的航空器。它比空气重,又不能像鸟那样扇动翅膀,但是飞机却能升入空中。
1、原来飞机机翼并不是平平伸展的,而是向上凸起一些,这样当飞机水平前进时,迎面而来的气流就在机翼上产生向上的升力,使飞机升入空中。
2、1939年8月27日,第一架喷气式飞机飞行成功,大大提高了飞机的飞行速度。喷气发动机是把吸入的空气压缩,再与燃料混合燃烧,形成高温高压气体向后喷出,产生强大的推动力,使飞机高速飞行。
3、 飞机的飞行速度可以几倍于声音在空气中传播的速度(每秒340米),驾驶这样的飞机,只需十几个小时就能环绕地球赤道一周,这样的飞机叫做超音速飞机。
4、 制造超音速飞机不仅需要先进的喷气发动机,还需要在飞机的制造材料、飞机的外形设计等方面达到很高的要求,是一项非常复杂的技术。现在,除了先进的战斗机、侦察机外,一些大型的客机也是超音速飞机。
飞机飞行的原理
飞机在空气中运动时,是靠机翼产生升力使飞机离陆升空的。机翼升力是怎样产生的呢?这首先得从气流的基本原理谈起。在日常生活中,有风的时候,我们会感到有空气流过身体,特别凉爽;无风的时候,骑在自行车上也会有同样的体会,这就是相对气流的作用结果。滔滔江水,流经河道窄的地方时,水流速度就快;经过河道宽的地方时,水流变缓,流速较慢。空气也是一样,当它流过一根粗细不等的管子时,由于空气在管子里是连续不断地稳定流动,在空气密度不变的情况下,单位时间内从管道粗的一端流进多少,从细的一端就要流出多少。因此空气通过管道细的地方时,必须加速流动,才能保证流量相同。由此我们得出了流动空气的特性:流管细流速快;流管粗流速慢。这就是气流连续性原理。
实践证明,空气流动的速度变化后,还会引起压力变化。当流体稳定流过一个管道时,流速快的地方压力小。流速慢的地方压力大。
飞机在向前运动时,空气流到机翼前缘,分为上下两股,流过机翼上表现的流线,受到凸起的影响,使流线收敛变密,流管(把两条临近的流线看成管子的管壁)变细;而流过下表面的流线也受凸起的影响,但下表面的凸起程度明显小于上表面,所以,相对于上表面来说流线较疏松,流管较粗。由于机翼上表面流管变细,流速加快,压力较小,而下表面流管粗,流速慢,压力较大。这样在机翼上、下表面出现了压力差。这个作用在机翼各切面上的压力差的总和便是机翼的升力(见图)。其方向与相对气流方向垂直;其大小主要受飞行速度、迎角(翼弦与相对气流方向之间的夹角)、空气密度、机翼切面形状和机翼面积等因素的影响。当然,飞机的机身、水平尾翼等部位也能产生部分升力,但机翼升力是飞机升空的主要升力源。飞机之所以能起飞落地,主要是通过改变其升力的大小而实现的。这就是飞机能离陆升空并在空中飞行的奥秘。
飞机是比空气重的飞行器,因此需要消耗自身动力来获得升力。而升力的来源是飞行中空气对机翼的作用。
机翼的上表面是弯曲的,下表面是平坦的,因此在机翼与空气相对运动时,流过上表面的空气在同一时间(T)内走过的路程(S1)比流过下表面的空气的路程(S2)远,所以在上表面的空气的相对速度比下表面的空气快(V1=S1/T>V2=S2/T1)。根据帕奴利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”,因此上表面的空气施加给机翼的压力 F1 小于下表面的 F2 。F1、F2 的合力必然向上,这就产生了升力。
从机翼的原理,我们也就可以理解螺旋桨的工作原理。螺旋桨就好像一个竖放的机翼,凸起面向前,平滑面向后。旋转时压力的合力向前,推动螺旋桨向前,从而带动飞机向前。当然螺旋桨并不是简单的凸起平滑,而有着复杂的曲面结构。老式螺旋桨是固定的外形,而后期设计则采用了可以改变的相对角度等设计,改善螺旋桨性能。
飞行需要动力,使飞机前进,更重要的是使飞机获得升力。早期飞机通常使用活塞发动机作为动力,又以四冲程活塞发动机为主。这类发动机的原理如图,主要为吸入空气,与燃油混合后点燃膨胀,驱动活塞往复运动,再转化为驱动轴的旋转输出。单单一个活塞发动机发出的功率非常有限,因此人们将多个活塞发动机并联在一起,组成星型或V型活塞发动机。
现代高速飞机多数使用喷气式发动机,原理是将空气吸入,与燃油混合,点火,爆炸膨胀后的空气向后喷出,其反作用力则推动飞机向前。一个个压气风扇从进气口中吸入空气,并且一级一级的压缩空气,使空气更好的参与燃烧。风扇后面橙红色的空腔是燃烧室,空气和油料的混和气体在这里被点燃,燃烧膨胀向后喷出,推动最后两个风扇旋转,最后排出发动机外。而最后两个风扇和前面的压气风扇安装在同一条中轴上,因此会带动压气风扇继续吸入空气,从而完成了一个工作循环。
飞机会上天,能在空中飞行,是利用上升力和下降力均衡的原理。飞机向前飞行,机翼撞击空气,由此产生的上升力和下降力相均衡,就能使飞机长时间在空中飞行了。飞机的机翼的上下两侧的形状是不一样的,上侧的要凸些,而下侧的则要平些。当飞机滑行时,机翼在空气中移动,从相对运动来看,等于是空气沿机翼流动。由于机翼上下侧的形状是不一样,在同样的时间内,机翼上侧的空气比下侧的空气流过了较多的路程(曲线长于直线),也即机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据流动力学的原理,当飞机滑动时,机翼上侧的空气压力要小于下侧,这就使飞机产生了一个向上的升力。当飞机滑行到一定速度时,这个升力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于是,飞机就上了天。
说的再直观点:上表面数据一律假设为1,下表面一律假设为2。
则:机翼上表面长度为S1,下表面为S2,上表面和下表面在空气中移动的时间一定,设为T,T1=T2,由此可以得出:V1=S1/T1
V2=S2/T2
S1>S2
T1=T2,所以:V1>V2,根据帕努利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”,因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上,这就产生了升力。
我将飞机飞行原理告诉你,就能解答你的问题了!
牛顿三大运动定律
第一定律:除非受到外来的作用力,否则物体的速度(v)会保持不变
没有受力即所有外力合力为零,当飞机在天上保持等速直线飞行时,这时飞机所受的合力为零,与一般人想像不同的是,当飞机降落保持相同下沉率下降,这时升力与重力的合力仍是零,升力并未减少,否则飞机会越掉越快。
第二定律:质量为m的物体动量(p
=
mv)变化率是正比於外加力
F
且发生在力的方向
此即著名的
F=ma
公式,当物体受一个外力后,即在外力的方向产生一个加速度,飞机起飞滑行时引擎推力大於阻力,於是产生向前的加速度,速度越来越快阻力也越来越大,迟早引擎推力会等於阻力,於是加速度为零,速度不再增加,当然飞机此时早已飞在天空了。
第三定律:作用力与反作用力是数值相等且方向相反。
你踢门一脚,你的脚也会痛,因为门也对你施了一个相同大小的力
力的平衡
作用於飞机的力要刚好平衡,如果不平衡就是合力不为零,依牛顿第二定律就会产生加速度,为了分析方便我们把力分为X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三个轴弯矩的平衡。
轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度,飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力,升力由机翼提供,推力由引擎提供,重力由地心引力产生,阻力由空气产生,我们可以把力分解为两个方向的力,称
x
及
y
方向〔当然还有一个z方向,但对飞机不是很重要,除非是在转弯中〕,飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反,故x方向合力为零,飞机速度不变,y方向升力与重力大小相同方向相反,故y方向合力亦为零,飞机不升降,所以会保持等速直线飞行。
弯矩不平衡则会产生旋转加速度,在飞机来说,X轴弯矩不平衡飞机会滚转,Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰。
还有就是伯努利定律