火箭完全靠的是发动机的推力飞上天的,因为火箭发动机的推力要比火箭自身重量还要大,所以能上天,这当中利用的原理是牛顿第三定律。飞机就不一样了,飞机上天靠的不是发动机的推力,而是空气对机翼产生的升力。
飞机的推力远远没有飞机的重力大,飞机是如何克服重力起飞的?,飞机发动机推动飞机向前运动,于是机翼和空气就产生了相对运动。气流流过上下表面不对称的机翼,根据伯努利原理就产生了升力,并且飞机相对空气运动速度越快升力就越大。当飞机在地面滑跑达到一定速度后,机翼升力开始大于飞机自身重力了,那么飞机就能飞上天了。换句话说,飞机是被空气“托举”上天的。
首先,用最常见的河流来做例子吧,河道比较宽的地方流速就慢,河道窄的地方流速快。其原因就是由于河道变窄的地方,河道压缩水流,导致其加速。这是一个开场白式的引导知识。
现在我们将飞机机翼横向切开,就会得到一个封闭的几何曲线——专业上称之为“翼型”(见下图)。不同飞机的翼型是不一样的,但是基本特点都是上表面都是向上突起的,下表面相对平滑一些,还有的是向内凹陷。关于翼型的种类不是这个问题的关键。
如果此时一股非常均匀的气流吹过机翼的翼型,上表面的气流就会被压缩,根据开头介绍的河流情况,我们可以知道此时上表面的气流会得到加速;相反,下表面的气流就会得到扩张和减速。这样,在翼型的作用下,原本上下均匀的气流现在出现了速度差——上快下慢。
接下来,我们引入空气动力学中的基本原理性公式——伯努利方程(该方程也有应用局限性)。
p 1/2*ρ*v=常量
对于机翼翼型而言,上表面的速度大,那么其空气压强反而是降低的;相反,下表面的速度小,压强是上升的。上下表面之间的压力差就是这样产生了,且这个压力差的大小和气流速度呈正比关系,气流速度越快,则压力差就越大。而这个压力差就是我们通俗意义上的升力。升力=升力系数*动压*机翼面积。其中升力系数和机翼的几何形状有关,动压=1/2*空气密度*速度。
速度越大,机翼上下面的压力差就越大,产生向上的合力也就越大。这样飞机加速到一定程度,产生向上的合力大于飞机的重量,飞机就可以离开地面了。