飞机的升力

飞机的升力

Wing of Lift

实际生活中我们可观察到这样的现象：河中两条并排行驶的船，当它们靠近到一定距离时，便会自动靠拢而引起两船相撞的事故。两船的自动靠拢是由于压力差的作用引起的，即两船间水的压力小于两船外侧面水的压力。我们还可进一步观察到船舷是弧形的，这样在两船之间就构成了一个两头粗中间细的通道，由流体的连续性定理知，船间水的流速必然比船外侧的大。可见，凡是流速大的地方，流体内的压力就小；而流速小的地方，流体内的压力就大。飞机的升力正是基于这一原理而产生的。

实验装置

飞机升力演示仪如图1所示，上部为机翼形挡流板，下部为风机。

图1　飞机升力演示仪

现象观察

1.打开电源开关，用手感受一下出风口处的气流情况；

2.把手移开，由于空气流动所形成的压差使小球在管内上升；

3.用手挡住出风口，小球立即从管内下落；

4.用手挡住有机玻璃管的上口或下口，观察小球在管内的起落情况。

现象解密

一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。

当气流迎面流过机翼时，流线分布情况如图2所示。原来的一股气流，由于机翼的插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，使上方的那股气流的通道变窄，流速加快。

图2　气流迎面流过机翼时的流线分布情况

根据伯努利原理

（其中C为常数）可知，流速大的地方压强小。机翼上方的流速要比下方快，因而机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。

应用拓展

荷兰物理学家伯努利（1700—1782）在1726年提出了“伯努利原理”：动能+重力势能+压力势能=常数。其最为著名的推论为：等高流动时，流速大，压力就小。

能量守恒定律告诉我们：能量不会消失，也不会自动产生，只能从一种形式转换为另一种形式。在流动的空气中，参与转换的能量有两种：动能和压力能。一定质量的空气，具有一定的压力即静压，能推动其他部分的空气或物体而做功，可见静压是一种能量，称为压力能，它是势能的一种。静压越大，压力能就越大。此外，流动空气还具有动能，流速越大，动能也越大。

为此，伯努利原理可以更确切地表述为：稳定气流中，在同一流管的各切面上，空气的静压和动压之和保持不变。这个不变的数值，就是全压。由此可见，动压大，则静压小；动压小，则静压大。伯努利定理本质上是能量守恒定律在流体运动中的具体运用。

思考题

1.飞机的机翼为何做成上凸下平的形状？

2.影响飞机升力与阻力的因素有哪些？

3.飞机机翼后缘都装有长短和宽度不同的、可向下翻转的翼片，这些翼片有何作用？

4.一张纸片从空中飘落，它总是左右摇摆着落下，为什么？