飛機推力遠遠沒有飛機的重力大,飛機是如何克服重力起飛的呢?

西航嬌子


火箭完全靠的是發動機的推力飛上天的,因為火箭發動機的推力要比火箭自身重量還要大,所以能上天,這當中利用的原理是牛頓第三定律。飛機就不一樣了,飛機上天靠的不是發動機的推力,而是空氣對機翼產生的升力。

飛機發動機推動飛機向前運動,於是機翼和空氣就產生了相對運動。氣流流過上下表面不對稱的機翼,根據伯努利原理就產生了升力,並且飛機相對空氣運動速度愉快升力就越大。當飛機在地面滑跑達到一定速度後,機翼升力開始大於飛機自身重力了,那麼飛機就能飛上天了。換句話說,飛機是被空氣“託舉”上天的。

航空航天飛行器有一項重要的技術性能指標叫“推重比”,顧名思義就是發動機最大推力與飛行器自身重力的比值。

火箭發動機能夠產生比自身重量更大的推力,因此火箭的推重比大於1。

民航客機的推力都遠小於自身重量,主流民航機的推重比一般介於0.25~0.35之間。一架總重100噸,推重比0.3的飛機,那麼它的發動機產生的推力就是30噸。推重比小於0.25的,飛機爬升起來就比較吃力了,大於0.35的屬於動力過剩的。

比如空客A320的最大起飛重量為78噸,它所搭載的兩臺CFM56發動機的最大推力加起來大約為24噸,因此A320的推重比大約為0.31。

再比如全球最大客機空客A380,它的最大起飛重量為560噸,搭載的四臺EA GP7200或者RR Trent900發動機的推力加起來大約為145噸左右,所以空客A380的推重比約為0.26。

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當汽車以80公里時速前行時,必須持續產生和空氣抵消的力和摩擦地面產生的摩擦力。飛機也一樣,但是飛機的阻力公式是:阻力=阻力系數×動壓×機翼面積,而這只是機翼的阻力,飛機性能的另一重要指標是升阻比,當飛機水平飛行時,升力和飛機重量相等,推力和阻力相當。所以升阻比等於重量推力比,飛機的重量推力比約在18,也就是一架200噸重的飛機,僅需11噸的推力便可維持向前飛行。但是起飛的時候,需要比平飛更大的裡,一般飛機在起飛時會用全油門狀態。

圖、飛機飛行時的力量關係

空氣雖然看不見,也摸不著,但是它卻切實存在並擁有驚人的力量。比如破壞力驚人的颱風,只要氣壓比周圍低約2%至3%就足以產生破壞力驚人的力量。空氣的重量約在10噸/平方米,所以只要產生一點反作用力也是相當大的力度。當機翼處於靜止狀態時,由於空氣力量平均分散在機翼各處,所以不會產生任何變化。但是一旦機翼開始移動,原來平均分散在機翼各部分的空氣便發生變化,產生的氣壓差也形成一股強大的力道。

壓力差會產生多麼驚人的力道?

升力的大小和機翼面積相關。假設機翼上下壓力差變化在5%,在地面上機翼下壓力在10噸/平米,上方則有9.5噸/平米,這就會產生500千克/平米的向上的力量,當機翼的面積有500平米,升力大小約在250噸!

圖、三個由70°射出的物體軌跡,

當飛機在10000米高空以800千米時速飛行,發動機產生的推力和飛機產生的阻力平衡,當推力比阻力大時,飛機就會加速,反之就會減速。


航空之家


對於這個問題,讓人回想起十多年前大學階段在上《空氣動力學》課程的情景,往事隨風,不可追。

老鷹航空來簡單介紹一下空氣動力學基本原理吧:

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。其原因就是由於河道變窄的地方,河道壓縮水流,導致其加速。這是一個開場白式的引導知識。

現在我們將飛機機翼橫向切開,就會得到一個封閉的幾何曲線——專業上稱之為“翼型”(見下圖)。不同飛機的翼型是不一樣的,但是基本特點都是上表面都是向上突起的,下表面相對平滑一些,還有的是向內凹陷。關於翼型的種類不是這個問題的關鍵。

如果此時一股非常均勻的氣流吹過機翼的翼型,上表面的氣流就會被壓縮,根據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張和減速。這樣,在翼型的作用下,原本上下均勻的氣流現在出現了速度差——上快下慢。

接下來,我們引入空氣動力學中的基本原理性公式——伯努利方程(該方程也有應用侷限性)。

p+1/2*ρ*v²=常量

對於機翼翼型而言,上表面的速度大,那麼其空氣壓強反而是降低的;相反,下表面的速度小,壓強是上升的。上下表面之間的壓力差就是這樣產生了,且這個壓力差的大小和氣流速度呈正比關係,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

(其實,從空氣動力學專業的角度來看,升力並不是這個壓力差,而是壓力差在垂直方向的一個分量。順帶多說一句,這個壓力差在水平方向的力其實是飛機阻力的一部分,稱之為“升致阻力”,所謂為了獲得升力而必須附帶的阻力

上面介紹了空氣動力的原理,現在再給出升力的一個計算公式:

升力=升力係數*動壓*機翼面積。其中升力係數和機翼的幾何形狀有關,動壓=1/2*空氣密度*速度²。

飛機啟動發動機,無論這臺發動機是活塞式還是噴氣式的,發動機會產生向前的推力,這個推力會推動飛機向前運動。無論是在地面還是在空中,這個推力就是飛機水平方向向前的動力。飛機的速度會變大,當變大到一個臨界值時,升力係數*動壓*機翼面積,這個乘積正好等於重力,那麼飛機就飛起來了。

所以,發動機的推力主要目的是產生向前的速度,從而提高動壓的數值,真正產生升力的還是機翼


OK,關於問題就回答到這裡吧。😊

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老鷹航空


飛機是利用空氣來克服重力起飛的,是人類的一個劃時代的偉大發明。

固定翼飛機在飛行中,利用發動機產生的推力向前滑行,由機翼在空氣中划動產生升力,從而把整個飛機託舉起來。

旋翼機(直升機)則是由發動機直接帶動機翼旋轉,產生升力實現飛行。因此,飛機不需要發動機的推力比飛機重量大,就可以飛行。

飛機能夠飛行,最終的原因在於機翼,就算是沒有發動機,也能造出滑翔機來,依靠地面拉力,也能實現飛行。因此,是機翼為飛機提供了升力,支持飛機在空中飛行的。

最常見的機翼的剖面形狀類似於鳥的翅膀,上面略鼓,下方是平的。空氣在被機翼切分時,經過略鼓的上方時,氣流速度加快,壓強變小,而下方氣流如常,壓強比上面大,機翼上下就產生了壓力差,飛機就靠著這股壓力被抬離了地面。

如果是固定翼飛機,飛機滑行得越快,通過機翼的空氣流速也就越大,上升的力量就越大,再輔以相應的尾翼和襟翼的控制,飛機就可以平衡地飛行在空氣中了。

直升機則是上方的旋翼旋轉得越快,升力也就越大,其利用空氣擺脫引力的原理是相同的。

飛機與電視和電腦並列為20世紀人類三大發明。

關於到底是誰發明了飛機,目前各國尚存有爭議。美國、法國、巴西和德國分別聲稱是自己的國家發明了飛機,但比較主流的觀點認為,是美國人發明的。

1903年12月17日,美國萊特兄弟成功地試飛出了人類史上的第一架飛機,經過一百多年的發展,飛機的種類變得非常繁多,並逐漸擔負起了保家衛國、運輸、航測、農業、醫療、救護等多方面的工作內容。由於執行的任務不同,飛機研製的針對性也不一樣。

飛機已經與現代人的生活緊緊地聯繫在了一起。


史海探奇


【航空航天類】

這個問題看起來非常專業。其實,回答這個問題仍然離不開中學已經學過的物理知識,這就是著名的伯努利方程。伯努利方程是理想流體定常流動的動力方程,它表徵在做定常流動的流體中,沿同一流線的沒單位體積流體的動能、勢能以及該處的壓強之和是一個常數(C),即P+1/2*pV^2+pgh=C。

式中,p為流體密度,v為流體速度,g為重力加速度(9.8),h為距離地面的高度。當飛機自重遠大於推理,要克服阻力實現起飛,除了發動機提供足夠推力外,主要靠空氣動力對機翼的升力飛行。


一、流體的連續性定理

當流體連續而穩定地流過一個直徑不等的管道時,由於管道中任何一部分的流體均不中斷或被擠壓起來,因此在同一時間內,流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的。這個性定理說明了在管道流動中的速度與管道切面的關係。流動中,不僅流速與管道切面相互關聯,流速與壓力之間也相為關聯。

二、流體的伯努利定理

伯努利定理是指流體在一個管道中流動時,流速大的地方壓力小,流速小的地方壓力大,飛機只所以能克服阻力起飛,就是基於著名的伯努利定理。

從圖示中可見,飛機的升力絕大部分由機翼產生,而尾翼通常提供負升力。空氣運動到機翼前緣,分成上、下兩股氣流,分別沿機翼上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合向後流去。機翼上表面比較凸出,流管較細,說明流速加快,壓力降低。而機翼下表面,氣流受阻擋作用,流管變粗,流速減慢,壓力增大。這裡我們就用到了“流體的連續性定理”和“流體的伯努利定理”。

機翼上、下表面出現了壓力差,垂直於相對氣流方向的壓差的總和就是機翼的升力。飛機藉助機翼上獲得的升力克服地球引力形成的重力(自重)實現了起飛。

三、升力與阻力的關聯性



3-1機翼產生升力主要靠上表面吸力作用,而非下表面正壓力。

3-2通常機翼上表面形成的吸力佔總升力比的60~80%,下表面的正壓形成的升力只佔總升力的約20~40%。

3-3在空氣中飛行的飛機會有各種阻力,阻力與飛機運動方向相反的空氣動力,它阻礙飛機前進。

3-4按阻力類型主要分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導阻力和干擾阻力等。

3-5當然還有一些影響升力與阻力的因素,限於篇幅 ,故不在此介紹。

謝謝閱讀,請關/評/轉。


泰瑪航空




對於一般的飛機來說,飛機的推力和飛機的起飛重量相差還是很大的。例如波音737-300型客機,飛機起飛最大重量是62820公斤,雙發最大推力19958公斤。兩者相差3倍多。

其實普通的飛機的推力,只是飛機前進的動力,並不是飛機的升力。飛機的升力是靠飛機機翼在空氣中前進時,由空氣產生的。空氣的升力作用在機翼上,使整個飛機升空。這是因為當空氣流過機翼的時候,機翼上面的距離比下面的距離長,所以機翼上面的空氣比機翼下面的空氣速度快。而速度快的一方流體的壓力較小,所以機翼產生了向上的升力。

例如我們拿兩張紙,樹立在我們口的兩旁,當我們用力吹氣的時候,由於兩張紙間的空氣流速變快,相對兩張紙外面的壓力較小,所以兩張紙會相互靠攏。

飛機的這種升力需要比較高的速度,比如波音737的起飛速度,要每小時250公里以上,巡航速度則在每小時800多公里。


仰望星空


人用力擲石塊,用力越大,石塊飛的越遠,當達到第一宇宙速度的時候就不再落回地面,成了人造地球衛星7.9km/s,隨著速度增加到第二宇宙速度11.2km/s,衛星就成了太陽衛星,隨著速度達到16.7km/s。衛星就可以飛出太陽系。可以說即使不提供任何動力,人造衛星也不會落到地面來。

同理,飛機起飛時的速度達到飛機起飛需要的速度時,就可以輕易起飛,如果在飛行過程中出了故障,飛機速度下降到某一極限值,叫失速,飛機就要落下來,有時會造成機毀人亡。有一種垂直升降飛機,它要求動力十分強勁,像火箭發射的原理。普通滑翔起降的飛機動力就小得多。

在萊特兄弟發明飛機之前,歐洲的科學界一直認為,比空氣重的物體不能在空氣中懸浮。當然,指的是靜止物體,運動物體就不同了,鳥類,會飛的昆蟲,灰塵都比空氣的密度大,因為運動,都可以懸浮在空中,人如果不動肯定要沉入水裡,如果運動,就可以產生升力,渡過大江大河也不是問題。人划水的力量其實比人體重量小太多太多了。


一葉扁舟l


本題涉及流體動力學。推力是飛機發動機工質提供的反衝力。反衝力的作用有兩個:克服接觸面滯流層的空氣阻力;加速接觸面滯留層的氣流速度。克服氣阻可獲得飛行速度,加速氣流可獲得局部真空。

把機翼(與機身)上方做成凸面,下方做成平面或凹面,則飛行時,上方氣壓p低於下方氣壓p',其壓強差Δp=p'-p相當於有效真空提供的飛機升力F,F與機翼面積S以及壓強差Δp成正比,即F=kSΔp。



升力怎麼會至少等於重力呢?請看馬德堡半球實驗,假設兩個半球合起來相當於一個籃球🏀,半徑R=0.1米,表面積S=4πR²=0.13m²,大氣壓強p0=1e5Pa,則內部真空可吸引或抗衡的大氣壓力F=p0S=1e5×0.13=13000kg=13噸。


若機翼面積S=10m²,Δp=0.1p0=1e4Pa,機翼升力F=SΔp=10×1e4=1e5kg=100噸。這裡還沒考慮機身頂部的面積。

殲擊機的機翼面積較小,但飛行速度越大,壓差Δp也越大,與慢速飛機增大面積是等效的。


物理新視野


1.流體力學實驗發現了“邊界層表面效應”:流體速度加快時,物體與流體接觸的界面上的壓力會減小,反之壓力會增加。為紀念這位科學家的貢獻,這一發現被稱為“伯努利效應”。伯努利效應適用於包括氣體在內的一切流體,是流體作穩定流動時的基本現象之一,反映出流體的壓強與流速的關係,流速與壓強的關係:流體的流速越大,壓強越小。

2.佰努力方程簡介。管道內有一穩定流動的流體,在管道不同截面處的豎直開口細管內的液柱的高度不同,表明在穩定流動中,流速大的地方壓強小,流速小的地方壓強大。這一現象稱為“伯努利效應”。伯努利方程:p+1/2ρv^2+ρgh=常量(其中,p為壓強,ρ為流體密度,v為流體速度,g為重力加速度,h為高度。)。

3.流速越大的地方壓強越小。

例1.在列車站臺上都劃有安全線。這是由於列車高速駛來時,靠近列車車廂的空氣將被帶動而運動起來,壓強就減小,站臺上的旅客若離列車過近,旅客身體前後出現明顯壓強差,將使旅客被吸向列車而受傷害。


例2.人人都可以馬上做這個小實驗。用兩張A4紙兩手拿到讓其平行,中間留點三四指左右縫隙,深吸一口氣,吹向縫隙,兩紙不但不分開,反而靠攏。

4.飛機機翼升力就應用了這個原理提供了升力。



4.飛機的推力一般兩種,螺旋漿動力推動一般與划船獲得推力差不多。



5.噴氣式飛機一般靠向後噴出高壓氣流的反沖力來提供推動。


6.在平流層穩定飛行的飛機,升力等於重力,推力等於阻力,飛機受合外力ΣF=0。


沈大哥


說一下飛機的受力情況。

飛機在起飛的時候,受到阻力,重力,升力,發動機的推力。


其中,重力和升力在豎直方向,阻力和推力在水平方向。

如果飛機要起飛,則要滿足升力大於重力的條件。

而升力是哪裡來的呢?

升力通過飛機機翼與空氣的相對運動,而產生升力,兩者相對速度越快,飛機的升力越大。飛機起飛的時間和距離越短。

那麼飛機和空氣的相對運動哪裡來的呢?是由推力提供的,推力在水平方向不僅要克服阻力,還要為飛機提供一個推力,就是加速度。

說到這裡,就明白了。

飛機是通過發動機的推力來加速運動,產生升力,升力克服重力,飛機就可以起飛了。


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