為什麼飛機要在地上跑一段才能飛?

落葉依楓


除了像F-35戰鬥機這樣極少數擁有垂直起降的功能之外,其他固定翼飛機均需要在地上滑行一段距離才能起飛,這個原因與固定翼飛機的飛行原理有關。

地球對飛機始終施加了一個豎直向下的引力,飛機想要飛上天,就必須要有一個比引力更大的向上升力。但固定翼飛機的發動機產生的推力並非向下,而是向後,這點與直升飛機的原理是不一樣的。因為固定翼飛機的升力不是由發動機直接產生的,而是由那一對巨大的機翼產生的。

機翼的形狀經過了特殊設計,當空氣橫向流過機翼時,下方的流速要慢於上方。由於伯努利原理,下方的氣壓會大於上方,於是氣壓差就會產生向上的升力。

當飛機的發動機工作時,通過壓縮空氣推動飛機前進。如果飛機的橫向速度足夠快,空氣流過機翼的速度足夠快,這樣就能產生足夠強大的氣壓差,於是就能把飛機推上天空。因此,固定翼飛機需要一定距離的助跑以使機翼產生足夠的升力。

當飛機想要降落時,只需要減少飛機的推力,降低前進速度,使得機翼產生的升力小於重力,這與飛機如何飛起來的原理是一致的。


火星一號


因為飛機太重了,不跑就飛不起來,實際上飛機起飛的原理很簡單,無非就是製造一個上升的力。

這個上升的力只要大於飛機的重力,就可以讓飛機騰空而起,遨遊在九天之上,但如何製造這樣一個升力呢,答案是讓足夠多的氣流,穿過飛機的機翼就可以了。

那麼飛機的速度越快,穿過飛機機翼的氣流也就越快,但考慮到飛機的重量至少都在幾十噸以上。

所以飛機在慢慢加速的同時,獲得上升力也在不斷的疊加,這個疊加的升力只要沒有超過飛機的重力,飛機就要繼續在地上跑,所以這沒什麼好奇怪的。

當然了,也有不需要跑的飛機,例如直升機就不需要,但直升機的飛行原理和民航飛機是一樣,都是利用了伯努利原理。

直升機的螺旋槳在轉動的時候,也會提供一個向上的升力,這個升力只要大於直升機本身的重量,就可以懸停在空中。

最後鳥也是一樣的,鳥在快速扇動翅膀的時候,氣流會給予它們一個上升的力,這個上升就讓鳥能飛,但人為什麼不能飛呢?答案是人太重了,就算我們擁有一雙翅膀,也無法制造一個克服重量的力。

但也不是人類就絕對不能飛,如果說人類進化出足夠強壯的胸肌,在進化成一個足夠大的翅膀,或許就可以像鳥一樣飛.....


種植恆星


如果飛機不發動引擎,那它就只能老老實實的在地面上待著。這時你站在引擎旁邊觀察,會看到巨大的扇葉。當引擎點火發動,這些扇葉會快速的旋轉,吸入空氣並和燃料混在一起被點燃,產生巨大的能量。能量的一小部分用來保持扇葉的旋轉,大多數能量從引擎的後部噴射而出,於是飛機被向前推動了。當然了,光跑的快還不行,因為地球有一股看不見又及其強大的引力,把飛機牢牢的“吸”在地面上,就是地心引力。起飛還得靠機翼獲得升力,來對抗引力。可機翼又不會動,不能像鳥類那樣揮動翅膀,升力從哪裡來?

一個小實驗也許能幫助你來理解,如果你用大拇指和食指捏住一張柔軟的紙,紙會自然下垂。再把嘴湊近被捏住的一端,衝著紙面上方緩緩吹氣,於是這張紙被託了起來,而不是更加下垂!實際上巨大的機翼並不是薄薄的一張紙,大多數的機翼的底部比較平,上面那部分向上彎曲。當飛機在跑道上滑行時,空氣被機翼劈開,機翼形狀使上方的空氣流動速度比下方更快,飛機就獲得了升力。實際上空氣有阻力並不是壞事兒,反而是飛機能起飛的重要因素。

好了,現在引擎轟鳴,飛機已經開始在跑道上滑行了,我們會經歷三個重要時刻。首先會加速到“決斷”速度,這意味著飛機必須起飛。然後會達到“抬輪”速度,飛行員會讓機頭上揚抬起前輪,此時的飛機還沒有完全離開地面,還在繼續加速中。直到我們迎來“安全起飛”速度,這時我們會和飛機一起離開地面跑道,成功起飛。

圖片來自Pexels,沒有版權問題。


半隻土豆


題主看來連飛機為什麼會飛起來的原理都還沒搞清楚,我有必要來科普一下。

根據物理學中的牛頓第一定律,重達上百噸的飛機要想要能飛在空中,勢必要有一個向上的大小同樣為上百噸的作用力施加在飛機上,這樣才能保證飛機在空中不掉下來,而這個力就是飛機升力。那這股強大的升力是如何產生的呢?

升力當然是靠飛機的一對機翼產生的,機翼之所以能夠產生升力,主要原因還是要靠和空氣的相對運動,這裡邊牽涉到流體力學的伯努利原理,說起來有些深奧,用最簡單的方式去理解就是,由於機翼界面呈現不規則形狀導致流過機翼上下表面的速度不同,並且在機翼上下表面產生了壓力差,空氣對下表面壓力大於上表面的壓力,這樣機翼上下表面所受到的向上的合力就是機翼的升力,如下圖所示,圖中的公式是利用伯努利原理去計算升力的大小,看不懂的話可以忽略。

並且,升力的大小隨著空氣流過機翼表面的相對速度的增加而增加,確切地說,是和速度的平方成正比。如果理解上面的原理的話,我們來對飛機起飛過程做一個受力分析。

起初,飛機停止在跑道末端,此時機翼和空氣相對運動速度幾乎為0(忽略風速),那麼此時機翼的升力也基本為0,飛機的重力完全等於地面對飛機的支持力。

當機長打開油門,飛機開始加速向前,機翼和空氣產生了相對運動,那麼在這個過程中機翼所受到的升力也由0開始迅速增加,但機翼受到的升力還小於飛機自身的重力,因此這個過程在飛機仍在跑道上,此時飛機的重力=升力+地面的支持力,並且升力越來越大,地面的支持力越來越小。

飛機繼續加速,速度越來越快,機翼的升力越來越大,直到某一時刻,升力>飛機自身重力的時候,這時候地面的支持力為0,飛機開始脫離地面加速上升。

這個就是飛機在跑道上由靜止到起飛過程中,豎直方向上受力過程的變化。

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熊貓愛飛行


飛機翅膀上的升力是哪兒來的?

飛機是很重的,為了抵消重力,一定要有一個向上的升力,那麼這個升力是哪兒來的?

↑鳥類的飛行↑

我們知道,鳥類的飛行是依靠拍打翅膀,在拍打翅膀的過程中不斷地迫使身體周圍的空氣向下運動,從而使自身獲得一個向上的力。實際上這個道理很簡單,你對空氣施加一個向下的力,迫使空氣相對你向下運動,由於牛頓第三定律,你就會獲得一個向上的反作用力

但是飛機又不會拍打翅膀,所以一般的飛機迫使空氣向下運動的方法就是四個字,“相對速度”。

下面這個圖就是飛機機翼的形狀。當飛機開始向前運動的時候,空氣就會相對飛機向後流動,因為飛機機翼獨特的形狀,氣流會改變原先流動的方向,飛機也就獲得了向上的升力。

↑氣流在機翼周圍的流動↑

當然,上面這個是很籠統、很直觀的說法,但是實際上這個過程要複雜的多:一方面氣流因為飛機機翼上下表面的形狀不同,在上下表面的流動速度不一樣,從而帶來了機翼上下不一樣的壓力,產生了一個向上的升力;另一方面則是氣流在噴向機翼下表面的時候會被迫改變方向,就好像打水漂一樣的,這個過程讓機翼受到了一個向上的力。

↑“打水漂”假設↑

綜合的作用下,飛機才能夠獲得足夠大的升力。

↑氣流在機翼周圍的流動↑

所以飛機只有在足夠大的速度下,才能夠獲得足夠大的升力。

飛機的加速是個緩慢的過程。

為了使飛機達到足夠的速度,需要通過發動機給飛機加速。而加速的過程是緩慢的,畢竟飛機是一個龐然大物,即便有的發動機一臺的推力就可以達到四十、五十噸,但是推動一臺幾百噸重的飛機往前移動,加速度依舊是很慢,所以需要一段很長的跑道逐漸加速,直到速度達到之後才可以起飛。


當然,有的固定翼飛機不需要跑道。

剛剛說了,發動機是把飛機往前推,通過飛機與空氣的相對運動獲得向上的推力的。但是為什麼飛機不可以直接把飛機往上推呢?

這就對了,因為確實是有發動機直接把飛機往上推的,比如說美國鼎鼎大名的F-35戰鬥機,這就是一架不需要跑道的垂直起降飛機。

這架飛機可以通過改變發動機噴口的方向,讓發動機的推力垂直向上,從而獲得向上的升力(當然,還有一部分推力來自於飛機發動機驅動的風扇)

↑F-35戰鬥機起飛階段升力的來源↑

↑F-35垂直起飛的過程↑


SilentTurbine


答:飛機起飛的條件是升力大於重力,對於大部分固定翼飛機來說,需要達到一定水平速度後才能獲得足夠升力。


俗話說“只要推力夠,搬磚也能上天”,對於固定翼的非垂直起降飛機來說,其起飛時升力主要靠機翼上下的壓強差來提供。

在中學我們學過伯努利原理,指管徑內流動的液體,流速越大的地方,壓強越小,該原理同樣適用於氣體。

固定翼飛機的特殊機翼結構,使得機翼在水平劃過時,上表面空氣流速快,下表面空氣流速慢,這就導致機翼受到的向上合力大於向下合力,其壓力差就是升力。

機翼固定後,升力的大小和飛機的水平速度有關,只有達到一定速度,飛機的升力才能克服飛機的重力,從而實現離地飛行,所以飛機需要在跑道上達到一定水平速度後才能起飛。


比如波音747達到270km/h,就能離地起飛,小一點的飛機達到200km/h就能起飛,加速過程則需要很長的跑道,這是民航客機的特點。

在軍用戰機中,也存在不需要助跑的飛機,直升機屬於螺旋翼不用說,比如美國F35B聯合攻擊戰鬥機,在起飛和降落時,能通過矢量發動機把推力方向制動到下方:

從而實現垂直起降,這主要得益於先進的發動機,直接使用發動機推力提供升力,算是相當厲害的技術。


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艾伯史密斯


因為空氣不會自己動,或者空氣自己動的太慢(也就是風太小),所以需要飛機發動機往後噴氣,噴氣就會使飛機往前快速的跑,但跑的再快也是沒法飛起來的,所以就輪到飛機的翅膀出馬了。

飛機的翅膀,也就是機翼,設計的原理就是翅膀上面空氣流動的快,所以翅膀上面積攢的空氣少,壓力小。而翅膀下面空氣流動的慢,所以翅膀下面積攢的空氣多,壓力大。

這樣上面壓力小,下面壓力大,所以空氣慢慢的就把翅膀抬升起來了,進而就把飛機抬升起來了。

所以飛機在地上跑,相對運動下,空氣就快速的從機翼上下方流動,產生壓力差,然後把飛機抬升起來,也所以飛機起飛的時候要逆風起飛。


解憂時間


為什麼飛機要在地上跑一段才能飛?

其實並非所有的飛機要在地面上滑跑一段才能起飛的,不過題主列出的圖片中的飛行器確實需要滑跑後才能起飛,這是為何呢.....?與飛行器的原理與結構有關,飛行器原理其實很簡單,只要向上的升力大於飛行器的重量,飛行器就飛起來了,至於怎麼樣來實現這個升力大於重力,這就是飛行器的氣動結構決定的,下面是幾種飛行器的結構:

固定翼飛行器 比如大部分的固定翼客機、戰鬥機、運輸機等

二戰著名戰鬥機P61黑寡婦

機翼產生升力的原理

這種飛行器要讓氣流通過機翼產生升力的話必須讓飛機動起來,因此在起飛過程中是需要滑跑的,大型客機滑跑距離甚至超過數千米

垂直升降固定翼飛行器 代表:雅克38,雅克141,鷂式、F35等

雅克141,請注意飛行前後兩個部分都有向下的噴口,起飛時向下噴氣直接產生升力,起飛後慢慢偏轉加速再由機翼升力接手轉為平飛。

F35起飛過程,其實這個階段非常容易失去控制,其實所有飛行器起飛時都是事故高發階段

直升機:一般救援中用的最多的就是直升機,頂部產生升力的大螺旋槳是主動升力型

阿帕奇直升機

主螺旋槳產生向下的升力,尾槳平衡扭矩保持飛行器指向

旋翼機:有一個大螺旋槳,但這個螺旋槳是被動型的

旋翼機的特徵是頭頂那個大螺旋槳是被動升力槳,後面還有一個動力螺旋槳,也需要滑跑後帶動頭頂的螺旋槳旋轉產生升力後起飛,結構非常簡單!但有一個比較容易辨認的特徵,一般旋翼機的螺旋槳翼面迎角比較大!

火箭:這個直接噴氣對抗重力

想必這個就不用過多介紹了,作用與反作用力的直接結果!

其實很多飛行器是跨界的,就是界限有些模糊,比如V22魚鷹,貝爾也有這種機型。另外現在的四軸六軸等則是徹徹底底屬於直升機,還有共軸反轉的也是直升機等等


星辰大海路上的種花家


很高興回答你的問題。

要說清楚這個問題,就要對飛機做一個受力分析。。。。。(一秒回到高一物理)

簡單地說,飛機本身是要比空氣重的,如果想升空就必須產生一個比重力大的升力才行。而這個升力,就是在飛機向前滑行的這一段路中獲得的。


飛機的機翼並不是一個平面,它的形狀很特別,從側剖面看前圓後尖,上表面是向外拱的弧形,下表面比較平。這樣,飛機在向前滑行的過程中,流經機翼的空氣會被分成上下兩股氣流,因為上表面拱出,此處的氣流通道變窄,氣流的流速加快,壓強減小。而下表面相對來說流速慢一些,壓強也會大。

這時候,機翼的上下表面產生了壓強差,下表面受到的向上的壓力>上表面受到向下的壓力,也就產生了向上的升力。

所以飛機在跑道上加速滑行的過程,也就是飛機獲得升力的過程,當加速到一定程度,飛機獲得的升力足夠大,配合駕駛員的操作,飛機也就能夠飛起來了。

飛機的起飛階段,其實是比較喜歡逆風狀態的。因為逆風的時候相當於讓流過機翼的空氣速度更快,獲得更大的升力,起飛所需要的滑行距離也相對越短了。


不吃腸的大腸


飛機在跑道上行駛一段距離,是為了讓飛機加速到起飛速度,這和飛機的升空原理有關(如下圖)

我們都知道,由於地球引力的存在,飛機無論是在地面上還是天空中,始終是擺脫不了這個指向地心的引力。因此飛機想要升空或者在空中穩定,那麼勢必需要一個相反的力進行平衡,而這個相反力的產生,就對飛機的速度有一定要求。

剛才第一幅圖其實已經講的很明白了,根據伯努利原理,機翼下方的空氣流速要慢於上面,因此下方的壓強就大於上方,於是就產生了一個向上的力來託舉飛機。

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