分享

飞机为什么能飞起来?科学界仍无答案4

 钟家台 2022-03-17

这种协同方式似乎有一种魔力。在麦克莱恩的描述中,就像是4个活跃的个体,只有互相帮助才能在空气中共同维持。或者说,正如他所承认的,这是一个“循环因果”的案例。但是,“相互作用的每一个因素是如何维持和加强其他因素的呢?”是什么导致了这种互动、互惠、相互影响的动态体系?麦克莱恩的答案是:牛顿第二运动定律。

牛顿第二定律指出,物体或流体的加速度与施加在物体上的力成正比。麦克莱恩说:“牛顿第二定律告诉我们,当压差对流体团施加一个合力时,必然会导致流体团运动的速度或方向(或两者)发生变化。”但反过来,压差的存在与否和大小变化也是由流体团的加速情况决定的。

我们在这个过程中凭空获得了一些能量吗?麦克莱恩认为并没有,如果机翼处于静止状态,这套相互强化体系中的任何一个因素都不会存在。只有当机翼在空中移动时,每个流体团才会影响所有其他的流体团。整个飞行过程支撑了这套相互刺激、相互依存的因素的存在。

改进升力理论

提出这个解释后不久,麦克莱恩意识到他还没有完全考虑空气动力学中与升力相关的所有因素,因为在解释机翼上方的压力为什么会与周围环境不同时,无法令人信服。因此,麦克莱恩在201811月刊的《物理教师》(The Physics Teacher)杂志上发表了一篇文章,对空气动力中的升力提出了“全面的解释”。

虽然这篇文章在很大程度上重申了麦克莱恩之前的论点,但他也做了进一步的尝试,试图更好地解释是什么导致了压力场的不均匀,为什么会呈现这种特有的物理形态。另外,他的新论点还引入了流场(flow field)级别的相互作用,认为这种非均匀压力场是由一种作用力造成的,也就是机翼施加在空气上的向下的作用力。

无论是在他的书中,还是在后续的文章中,麦克莱恩是否完整而正确地解释了升力的机制,还有待进一步解释和讨论。我们也可以看出,由于种种原因,很难对空气动力学升力作出清楚、简单和令人满意的解释。

虽然如此,目前我们需要进一步解释的已经只有少数悬而未决的问题。关于升力,你应该能回想起来,这是机翼上下表面压力差导致的结果。对于翼型下表面的情况,我们已经有了一个可以接受的解释:迎面而来的空气挤压机翼,在垂直方向产生升力,在水平方向产生阻力。向上挤压机翼下表面的力,以局部高气压的形式出现。简单来说,这种更高的气压是作用力和反作用力的结果。

然而,机翼上表面的情况却大不相同。那里存在一个低压区,是提供升力的重要部分。但是,如果伯努利原理和牛顿第三定律都不能解释它,什么才能解释它呢?从模拟实验中的流线信息,我们可以得知,机翼上方的空气与翼型向下弯曲的特征紧密相连。但是,为什么流过机翼上表面的气团必须顺着隆起后向下弯曲的机翼流动呢?为什么不能离开它直接向后飞呢?

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多