伯努利(lì)定律
当空气遇上任何物体(tǐ),比(bǐ)如说机翼,空气会产(chǎn)生偏(piān)转,一(yī)些(xiē)空气从机翼上表面通过,一些空气从机翼(yì)下表面通过。在这个流动过程中(zhōng)会产生复杂的速(sù)度和(hé)压力的(de)变化。要产生升力,上下表面的平均圧力(lì)必须有差异才(cái)行。
伯努利的理论将流动的速度(dù)和流(liú)动(dòng)中任(rèn)意一点的压力联系起来(lái)。这个(gè)理论是(shì)运动和能量定律的一个特殊顶(dǐng)用。对于管道(dào)类和轮船周(zhōu)围(wéi)的(de)流动来说,它(tā)是一个最基础(chǔ)的(de)理论,对于空气动力学和飞行来(lái)说也是一样。
想(xiǎng)象一个平滑流(liú)动或流线型流动(dòng)里面(miàn)的空气微团,如果各个方(fāng)向对它施(shī)加的压力(lì)都是相等的话,那(nà)么它就(jiù)处于平衡状(zhuàng)态。如(rú)果有任何(hé)不同(tóng)的压力,这(zhè)个微团的平衡就会被打(dǎ)破,根据牛(niú)顿第二运动定(dìng)律,微团要么加速要么减(jiǎn)速。如果后部的压力大于前部的压力,速度会(huì)增加;反(fǎn)之,如果(guǒ)后面的压(yā)力小于前面的压力,速度(dù)则(zé)减(jiǎn)小。因(yīn)此,当(dāng)微(wēi)团接近一个低压区(qū)时会加(jiā)速,接近高气压(yā)时会减速。我(wǒ)们可以用另一(yī)种方法(fǎ)描述这件事情,即如果流(liú)体(tǐ)速度降低(dī),其压力必然(rán)升高。微团并不是孤立的,而是某个(gè)流(liú)动中的一部分,这个(gè)规律适用于每个微团的。因此,流动在接近低压或高压区时会分别(bié)加速或(huò)减速。这个(gè)原理(lǐ)的简单的数学表达就是(shì)伯努利(lì)定理,以下式表(biǎo)示,其中,ρ表示压(yā)力。
空气密(mì)度是常熟(密度不会改变),压力(lì)和速度因此就成(chéng)了变量,如果一个增加,则另一个(gè)就见啥(shá)。这个原理的著(zhe)名的应(yīng)用就是文氏(shì)管,它通常用在航空(kōng)领域来(lái)测量控诉,在日常生活(huó)中用于(yú)通过龙(lóng)水龙头或橡(xiàng)胶软管二(èr)产生告诉水流(liú)。
通过(guò)一个收(shōu)缩管道的流(liú)体,内部空间全部被充满(mǎn)。在每个(gè)单位时间内,流进一定(dìng)质量的流体,出口就(jiù)流出同样质(zhì)量的流体。在管道的收缩区,由于横(héng)截面较(jiào)小,通(tōng)过它的流(liú)体的(de)速度必(bì)然增加,这样才能保证(zhèng)在相(xiàng)同的时间(jiān)内(nèi)流出相同质(zhì)量的(de)流体。根据伯努利定(dìng)理,这个速度(dù)的增加必然造成收缩区(qū)压力的(de)降低。途(tú)中耳朵空气在(zài)收缩区域内变得长(zhǎng)而窄,在达(dá)到管道(dào)的宽阔处后(hòu)又变(biàn)回其原来的形(xíng)状,这(zhè)样就形成流线。
经过任(rèn)何物体的流动,只要(yào)是流线型的(de)流(liú)动,就会产生(shēng)相似的流动变形,同(tóng)时伴随(suí)着速度和压力的变化。这根流过机翼的流(liú)动十分(fèn)相(xiàng)似。
翼(yì)型和(hé)机翼升力系数
机翼的效(xiào)率受(shòu)翼型(xíng)的影响极(jí)大,在(zài)一定程度上是受翼型弯(wān)度和厚度的影响(xiǎng)。
飞行器的机身(shēn)和其他相似外形的部件也能产生一些微小的升力,大小取决于他(tā)们的(de)外形和迎角(jiǎo)。对于航天飞行的载人飞行器,专门设计了一个没有(yǒu)机翼(yì)的“升(shēng)力体”,但对于(yú)通常的飞(fēi)行器来说,机体对升力的贡献几乎(hū)是乐意忽略的。然而,机身确实会(huì)产(chǎn)生一些与升力(lì)可比较的力,它影响着飞行器(qì)的稳定性,而且其总是与使飞行器处于给(gěi)定迎角下的安定面的配平作用(yòng)力相反(fǎn)。相似(sì)的横侧向不稳定打扰(rǎo)由垂(chuí)直安定面来阻止,它是一个(gè)与机身成(chéng)直角安(ān)装的小型的翼面,能产生(shēng)侧(cè)向力来纠正(zhèng)飞行(háng)器的偏航和侧滑。
对于水平飞行,飞行器产生的总升力(lì)等于总重力(lì),所以可以写出下(xià)式
总升(shēng)力(lì)=总重力(lì)
或者L=Wg
作(zuò)用力(lì)=反作用力
式中,W为飞行器重量(kg);g为重力加速度。
这个公式在飞(fēi)行器下滑或是爬升过(guò)程中是不适用的。影(yǐng)响升力(lì)的因素是飞行器的尺寸或面(miàn)积、飞行速度、空(kōng)气(qì)密度等。
一个水平飞行的飞行器(qì),升(shēng)力必须(xū)等于重力。如果飞行(háng)器的重力增加(jiā)了,所(suǒ)需的升力也必须增加,公式右边的一个或(huò)多个(gè)参数值就必须增加(jiā)。
机翼翼(yì)载
从(cóng)上(shàng)面(miàn)可以看出,重量与(yǔ)机(jī)翼面积之比(翼载(zǎi))非常重(chóng)要。翼(yì)载(zǎi)经常(cháng)写成W/S,单位是千克/平(píng)方米(mǐ)。忽略燃油(yóu)消耗造成的微小(xiǎo)影响(xiǎng),在飞(fēi)行过程中,飞行器的(de)重量是一(yī)个(gè)常熟(shú)。在(zài)给定的配平状态(tài)(迎(yíng)角)下的(de)速度完全取决于翼载。这个关系可(kě)以通(tōng)过整理(lǐ)升力公式得到(dào)。
对于滑翔机和下滑中的飞机来说,升力和重(chóng)力并不完(wán)全相等(děng),L=Wgcosα,但是(shì)在(zài)一(yī)般的小于10°的(de)俯冲角或爬升(shēng)角情况(kuàng)下,两者相差不多(duō)。增加重量要求增加速度,这回(huí)耗费更多的功率来保持(chí)飞行(在滑翔机中需要更强的上升气流保持(chí)滑翔飞行(háng))。

咨询航(háng)拍服(fú)务可加昆明俊鹰无人机飞控手老鹰(yīng)的(de)微信laoyingfly |