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飞机的升力是如何产生的(飞机的升力到底是怎么来的)

来源:原点资讯(www.yd166.com)时间:2023-07-09 03:33:11作者:YD166手机阅读>>

飞机的奥妙就在于机翼。从莱特兄弟到现在,除了航空动力外,几乎每一次航空技术的重大突破都离不开在机翼上作文章。机翼产生升力,机翼也是阻力最大的来源;机翼还是实现超音速飞行的奥妙所在。

飞机的升力是如何产生的,飞机的升力到底是怎么来的(1)

从产生升力角度来说,传统飞机的机身是死重

飞机的升力是如何产生的,飞机的升力到底是怎么来的(2)

飞翼取消了机身,直接把载荷装在机翼内,结构效率最高,但使用上限制多多

机翼产生升力源于气流从前往后的流动,这之后到底是贝努利效应在上下翼面之间的速度差引起的压力差造成的,还是机翼后缘的下洗气流造成的,我们就不去追究了。但机翼产生升力,机身是“死重”,这个问题使机翼和机身的连接部受力很高,从结构上讲效率不高。最好的办法是所有的载重都在机翼内,那样结构强度要求最低。理论上讲,要是升力和重力正好抵消,纸做的飞机都可以。当然实际上这不可能,还没有上天,重量已经把纸蒙皮压穿了。不过这说明,没有机身、只有机翼的飞翼的大方向正确。

传统飞翼还是两侧对称的,也就是说,机身虽然没有了,但两侧“机翼”的后掠角还是一样的,所以还是有后掠翼的所有问题。平直翼是升力最大的,但平直翼阻力大。后掠翼可以减少阻力,在超音速飞行时,就需要后掠角很大的大后掠翼了。

超音速飞行的挑战在于激波。飞机的速度超过音速之后,空气的波动传导速度还是音速,所以飞机前端的空气被急剧压缩,形成锥形的锋面。前锋压力急剧升高,锋面后压力迅速下降,空气速度降低到亚音速。机头引起的激波是没有办法的,但机翼“躲”在激波锥的后面,不激起自己的激波,就可以有效地躲开激波阻力和压力剧变引起的颤振问题。除了大后掠翼外,短翼展机翼也可以做到“躲”在机头激波锥的后面,但这是另外一个问题了。

飞机的升力是如何产生的,飞机的升力到底是怎么来的(3)

超音速飞行时,飞行体引起激波

大后掠翼“躲”在机头的激波锥的前锋后面,解决了超音速飞行的问题,但带来了新的问题。后掠角加大后,纵向气流在机翼展向流动的分量加大,造成升力损失。在速度降低后,机翼本来产生的升力就低,升力损失更加要命,所以大后掠翼的飞机的起落速度都很高,对机场跑道长度的要求很高。

大后掠翼的另一个问题是巡航油耗也高。机翼的相对厚度是实际厚度与机翼弦长(从前到后的距离)之比。机翼的弦长是渐变的,实际厚度也不完全一样,所以相对厚度也是渐变的,讨论只能取一个平均值,或者按惯例取1/4翼展的地方的值。相对厚度较高,机翼较肥厚,产生同等的升力所需要的机翼表面积小,阻力小,或者说升阻比高,这样巡航就省油。另一方面,相对厚度低,绝对阻力就小。滑翔机的机翼细长和超音速飞机的机翼短粗就是这个道理。对于同一个机翼,宽度和厚度已经固定,但增大后掠角的话,弦长增加,相对厚度也随之减小。

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