不得不知的飛行原理——伯努利定理,及它的應用

從古至今,人類對廣闊神秘的天空就有著許多憧憬,而比天空更廣闊的,是人們對於飛行的嚮往。

西方傳說裡,萬能上帝的使者天使會飛;中國神話中,也有著數不勝數的天外飛仙。鳥兒會飛,是因為有雙翅膀。1903年,萊特兄弟也給人類插上了這雙翅膀——發明了飛機。

飛機是重於空氣的飛行器,那麼是什麼力量把飛機託上天空的呢?氣體和液體一樣,受到外界影響後,具有流動性。所以人們將氣體與液體統稱為流體。

不得不知的飛行原理——伯努利定理,及它的應用

飛機的飛行原理

研究飛行原理時,將要引起兩個著名的流體定理:連續性定理和伯努利定理。

什麼是伯努利定理呢?可以先做一個小實驗:準備兩張紙巾,一手一張,讓紙巾自然下垂,雙手間隔幾釐米,向兩手之間吹氣,你會發現兩張紙在往一起吸。

流體在一個管道流動時,流速大的地方壓力小,流速小的地方壓力大。這就是伯努利定理。

不得不知的飛行原理——伯努利定理,及它的應用

上面講到伯努利定理,那麼飛機機翼的翼形,和這有什麼關聯呢。為了獲得升力,飛機的機翼翼形模仿鳥翼剖面已有百年曆史,翼形並不是平的,而是平凸形。

機翼橫截面

空氣接觸到機翼前緣部分後,將被分割成上、下兩股氣流,分別沿機翼的上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合。機翼的上表面凸起,空氣流速更快,壓力較低;機翼的下表面是平的,空氣流速較慢,壓力較大。這樣一來,機翼的上下表面就出現了壓力差,壓力差的總和也就是機翼的升力。當升力大於飛機自身的重力時,飛機也就能起飛在空中飛行了。

Tips:機翼上表面後部下坡面氣流的分離旋渦,總是產生阻力、降低升力甚至引起失速。


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