幾百噸的飛機是如何起飛的，看完原理就明白了

1903年,萊特兄弟發明瞭第一架飛機,直到今天,飛機已經發展得非常成熟,飛機能起飛最主要就是依靠機翼兩側的升力,但是就是這個升力的產生,工程師至今還在爭論不休,那麼升力到底是什麼呢?弄清楚這個問題之前,我們必須先了解一下產生升力的機翼,機翼一般都是這種流線型的,除了飛機外,風力發電機葉片,螺旋槳葉片,甚至F1賽車的機身, 這種機翼設計究竟有什麼魔力呢?這是一種常見的機翼類型,最前面的一型稱為前緣,後面的一型稱為後緣,在前緣和後緣之間連線,我們就得到了一條弦線,弦線與氣流方向之間的夾角稱為引角,在上表面和下表面中間劃一條線,我們就得到了中弧線,中弧線決定了機翼該如何彎曲,不同的弧線機翼也有所不同,弧度和引角是機翼的兩個非常重要參數, 升力的產生有很大的影響,現在我們就具體看看機翼是如何產生升力的,當流體在機翼周圍流動時,會產生兩種不同類型的硬力作用於機翼表面,一種是減硬力,減硬力作用於機翼表面,由於流體的粘性,會產生摩擦力,還有一種是壓力,它們垂直於機翼表面,減硬力和壓力會在機翼周圍形成壓力分佈,從而形成升力, 但是由於減硬力與機翼平行,會產生阻力,對升力的貢獻不大,所以可以忽略不計,這裡我們主要講解氣流壓力所引起的升力,問題是壓力從何而來呢?這個問題的答案非常複雜,主流的解釋有兩種,一種是伯努利原理,另外一種是牛頓第三定律,伯努利原理的主要解釋集中在流體的速度上,流體在機翼周圍流動時, 會產生一個流速為零的點,稱為停滯點,流動在停滯點以上的流體,比流動在停滯點以下的流體速度更快,我們通過流體粒子的移動,可以很清楚看到這種速度的差異,然後再根據伯努利原理,流體的速度增加時,壓強就會減小,這意味著,機翼上方會產生一個較低的壓力區域,而下方會產生一個較高的壓力區域,這種壓力差,就會產生一個向上的升力, 但是伯努利原理並不能解釋機翼上方的高流速是如何產生的,也不能解釋為什麼機翼上部高速流動的空氣,會形成更低的壓力而不是更高的壓力,所以科學家試圖用另一種理論來解釋升力的來源,那就是牛頓第三定律,當流體通過機翼時,機翼的前方會產生向上的氣流,而機翼的後方會產生向下偏轉的氣流,這個下壓的氣流會在機翼產生一個向下的作用力,根據牛頓第三定律,作用在機翼上的力, 會產生一個大小相等,但是方向相反的作用力,而這個作用力恰恰就是升力,但是牛頓第三定律也是一樣,它並不能解釋機翼上部為什麼產生的是低壓區,無論是伯努利原理還是牛頓第三定律,從各自的角度出發,它們都是正確的,只是這兩個理論都無法完整的解釋升力,但是通過這些理論基礎,我們可以不斷的優化機翼,以便產生更大的升力, 我們可以增加翼形的弧度,以便天轉更大的流體量,從而增加升力,我們也可以增大引角來增加升力,但是有個問題需要注意,一旦引角達到某個臨界值,升力會突然減小,因為翼形周圍的壓力分佈會受到影響,這導致升力降低,阻力反而增加,升力的突然下降被稱為失速,這對飛機來說是非常危險的。 另外不同的翼形形狀,會產生完全不同的升力,比如特技飛行飛機通常使用對稱的機翼,因為這樣可以使飛機更容易倒立飛行,現代飛機的機翼都配備了金翼和鳳翼,可以在飛行的不同階段進行優化和調整,在起飛時,需要更大的升力,所以可以打開金翼,以增加機翼的受力面積,從而增加升力,當飛機開始巡航時,金翼就可以收回,以減小阻力,從而減少燃油消耗。 以上言論不代表本臺立場