飛機(jī)動力的物理學(xué)原理

飛機(jī)動力的物理學(xué)原理飛機(jī)動力的物理學(xué)原理，這可復(fù)雜了，光是發(fā)動機(jī)就可以拿來成為一門專門的學(xué)科，涉及到的機(jī)械，自動控制，空氣動力等等好多學(xué)科，我只能給你大概介紹一下。首先來說發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的原理是由進(jìn)氣道的風(fēng)扇吸進(jìn)空氣，然后由壓氣機(jī)一級一級的壓縮到高壓，供給燃燒室，和油箱過來的燃油混合后燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓?jīng)燃燒室后面的渦輪再進(jìn)行多級增壓，最后以很高的速度從尾噴口噴出，產(chǎn)生很大的反推力，這就是飛機(jī)前進(jìn)的動力。飛機(jī)的速度由發(fā)動機(jī)提供，推力產(chǎn)生速度嘛。然后看升力，升力是由大翼提供的。機(jī)翼并不是一個(gè)簡單的片片，它的形狀是上表面是凸的而下表面是平的，根據(jù)流體連續(xù)性定理，如果一根管子分成一個(gè)Y形的分叉，假設(shè)上面兩個(gè)叉一邊粗一邊細(xì)，那么從下面流過來的液體，單位時(shí)間內(nèi)流過粗細(xì)不同的兩個(gè)分叉的流體質(zhì)量是相同的，那么很明顯，細(xì)的一邊液體的流速就會快些，這就是流體連續(xù)性定理。同理既然機(jī)翼的上表面是凸的，那么空氣流過上表面經(jīng)過的路程就比下表面要長，根據(jù)流體連續(xù)性定理，上表面的空氣流速就會快些。再根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利定理，上表面的空氣對機(jī)翼產(chǎn)生的壓強(qiáng)就會小些，而且這個(gè)壓強(qiáng)的方向是向下的，但是下表面，空氣對機(jī)翼的壓強(qiáng)是向上的，而且這個(gè)壓強(qiáng)比上面那個(gè)大，所以兩個(gè)壓強(qiáng)的合壓強(qiáng)就是向上的，這就是飛機(jī)的升力來源。這個(gè)升力和空氣相對于機(jī)翼的流速是成正比的，也就是和飛機(jī)的速度是成正比的。有了這些就可以解釋了，飛機(jī)起飛的時(shí)候，在跑道的一頭開始推油門加速，速度越大，升力就越大，當(dāng)達(dá)到起飛速度的時(shí)候就是升力足夠讓飛機(jī)飛起來了，飛機(jī)就可以抬頭起飛。而在空中的時(shí)候，當(dāng)然是由發(fā)動機(jī)噴氣提供推力維持速度，進(jìn)而維持升力，保證飛機(jī)不會掉下來。一、到目前為止，除了少數(shù)特殊形式的飛機(jī)外，大多數(shù)飛機(jī)都由機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個(gè)主要部分組成機(jī)翼一一機(jī)翼的主要功用是產(chǎn)生升力，以支持飛機(jī)在空中飛行，同時(shí)也起到一定的穩(wěn)定和操作作用。在機(jī)翼上一般安裝有副翼和襟翼，操縱副翼可使飛機(jī)滾轉(zhuǎn)，放下襟翼可使升力增大。機(jī)翼上還可安裝發(fā)動機(jī)、起落架和油箱等。不同用途的飛機(jī)其機(jī)翼形狀、大小也各有不同。機(jī)身一一機(jī)身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設(shè)備，將飛機(jī)的其他部件如:機(jī)翼、尾翼及發(fā)動機(jī)等連接成一個(gè)整體。尾翼一一尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可動的升降舵組成，有的高速飛機(jī)將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機(jī)俯仰和偏轉(zhuǎn)，保證飛機(jī)能平穩(wěn)飛行。起落裝置一一飛機(jī)的起落架大都由減震支柱和機(jī)輪組成，作用是起飛、著陸滑跑，地面滑行和停放時(shí)支掌飛機(jī)。動力裝置一一動力裝置主要用來產(chǎn)生拉力和推力，使飛機(jī)前進(jìn)。其次還可為飛機(jī)上的其他用電設(shè)備提供電源等?，F(xiàn)在飛機(jī)動力裝置應(yīng)用較廣泛的有:航空活塞式發(fā)動機(jī)加螺旋槳推進(jìn)器、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。除了發(fā)動機(jī)本身，動力裝置還包括一系列保證發(fā)動機(jī)正常工作的系統(tǒng)。飛機(jī)上除了這五個(gè)主要部分外，根據(jù)飛機(jī)操作和執(zhí)行任務(wù)的需要，還裝有各種儀表、通訊設(shè)備、領(lǐng)航設(shè)備、安全設(shè)備等其他設(shè)備。二、飛機(jī)的升力和阻力飛機(jī)是重于空氣的飛行器，當(dāng)飛機(jī)飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機(jī)的空氣動力，飛機(jī)就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機(jī)升力和阻力的產(chǎn)生之前，我們還要認(rèn)識空氣流動的特性，即空氣流動的基本規(guī)律。流動的空氣就是氣流，一種流體，這里我們要引用兩個(gè)流體定理:連續(xù)性定理和伯努利定理流體的連續(xù)性定理:當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個(gè)粗細(xì)不等的管道時(shí)，由于管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任一切面的流體的質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量是相等的。連續(xù)性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關(guān)系。流體在流動中，不僅流速和管道切面相互聯(lián)系，而且流速和壓力之間也相互聯(lián)系。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關(guān)系。伯努利定理基本內(nèi)容:流體在一個(gè)管道中流動時(shí)，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。飛機(jī)的升力絕大部分是由機(jī)翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機(jī)其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般不考慮。從上圖我們可以看到:空氣流到機(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上、下表面流過，在機(jī)翼后緣重新匯合向后流去。機(jī)翼上表面比較凸出，流管較細(xì)，說明流速加快，壓力降低。而機(jī)翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。這里我們就引用到了上述兩個(gè)定理。于是機(jī)翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機(jī)翼的升力。這樣重于空氣的飛機(jī)借助機(jī)翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力，從而翱翔在藍(lán)天上了。機(jī)翼升力的產(chǎn)生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正壓力的作用，一般機(jī)翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右，下表面的正壓形成的升力只占總升力的20-40%左右。飛機(jī)飛行在空氣中會有各種阻力，阻力是與飛機(jī)運(yùn)動方向相反的空氣動力，它阻礙飛機(jī)的前進(jìn)，這里我們也需要對它有所了解。按阻力產(chǎn)生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力和干擾阻力。摩擦阻力一一空氣的物理特性之一就是粘性。當(dāng)空氣流過飛機(jī)表面時(shí)，由于粘性，空氣同飛機(jī)表面發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個(gè)阻止飛機(jī)前進(jìn)的力，這個(gè)力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小，決定于空氣的粘性，飛機(jī)的表面狀況，以及同空氣相接觸的飛機(jī)表面積?？諝庹承栽酱?、飛機(jī)表面越粗糙、飛機(jī)表面積越大，摩擦阻力就越大。壓差阻力一一人在逆風(fēng)中行走，會感到阻力的作用，這就是一種壓差阻力。這種由前后壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機(jī)的機(jī)身、尾翼等部件都會產(chǎn)生壓差阻力。誘導(dǎo)阻力一一升力產(chǎn)生的同時(shí)還對飛機(jī)附加了一種阻力。這種因產(chǎn)生升力而誘導(dǎo)出來的阻力稱為誘導(dǎo)阻力，是飛機(jī)為產(chǎn)生升力而付出的一種“代價(jià)”。其產(chǎn)生的過程較復(fù)雜這里就不在詳訴。干擾阻力一一它是飛機(jī)各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力。這種阻力容易產(chǎn)生在機(jī)身和機(jī)翼、機(jī)身和尾翼、機(jī)翼和發(fā)動機(jī)短艙、機(jī)翼和副油箱之間。以上四種阻力是對低速飛機(jī)而言，至于高速飛機(jī)，除了也有這些阻力外，還會產(chǎn)生波阻等其他阻力。三、影響升力和阻力的因素升力和阻力是飛機(jī)在空氣之間的相對運(yùn)動中（相對氣流）中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有:機(jī)翼在氣流中的相對位置（迎角）、氣流的速度和空氣密度以及飛機(jī)本身的特點(diǎn)（飛機(jī)表面質(zhì)量、機(jī)翼形狀、機(jī)翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等）。迎角對升力和阻力的影響相對氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫做臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，升力增大:超過臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多:超過臨界迎角，阻力急劇增大。飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例，即速度增大到原來的兩倍，升力和阻力增大到原來的四倍:速度增大到原來的三倍，勝利和阻力也會增大到原來的九倍?？諝饷芏却?，空氣動力大，升力和阻力自然也大?？諝饷芏仍龃鬄樵瓉淼膬杀?，升力和阻力也增大為原來的兩倍，即升力和阻力與空氣密度成正比例。［轉(zhuǎn)自鐵血社區(qū)］機(jī)翼面積，形狀和表面質(zhì)量對升力、阻力的影響一一機(jī)翼面積大，升力大，阻力也大。升力和阻力都與機(jī)翼面積的大小成正比例。機(jī)翼形狀對升力、阻力有很大影響，從機(jī)翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機(jī)翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置到機(jī)翼結(jié)冰都對升力、阻力影響較大。還有飛機(jī)表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響，飛機(jī)表面相對光滑，阻力相對也會較小，反之則大。直升機(jī)與普通飛機(jī)有哪些區(qū)別：直升機(jī)和飛機(jī)有些共同點(diǎn)，都是利用空氣動力的飛行器，但直升機(jī)有很多獨(dú)有特性。直升機(jī)飛行原理和結(jié)構(gòu)與其他飛機(jī)不同飛行特點(diǎn)是飛機(jī)靠它的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，而直升機(jī)是靠它頭上的槳葉(螺旋槳)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。直升機(jī)的結(jié)構(gòu)和飛機(jī)不同，主要由旋翼、機(jī)身、發(fā)動機(jī)、起落裝置和操縱機(jī)構(gòu)等部分組成。根據(jù)螺旋槳個(gè)數(shù)，分為單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式。單旋翼式直升機(jī)尾部還裝有尾翼，其主要作用:抗扭，用以平衡單旋翼產(chǎn)生的反作用力矩和控制直升機(jī)的轉(zhuǎn)彎。直升機(jī)頭上窄長的大刀式的旋翼，一般由2,5片槳葉組成一副，由1,2臺發(fā)動機(jī)帶動，其主要作用:通過高速的旋轉(zhuǎn)對大氣施加向下的巨大的力，然后利用大氣的反作用力(相當(dāng)與直升飛機(jī)受到大氣向上的力)使飛機(jī)能夠平穩(wěn)的懸在空中。[2(直升飛機(jī)的平衡：(1)直升飛機(jī)的大螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力平衡重力。普通飛機(jī)是靠翅膀產(chǎn)生升力起飛的，而直升飛機(jī)是靠螺旋槳轉(zhuǎn)動，撥動空氣產(chǎn)生升力的。直升飛機(jī)起飛時(shí)，螺旋槳越轉(zhuǎn)越快，產(chǎn)生的升力也越來越大，當(dāng)升力比飛機(jī)的重量還大時(shí)，飛機(jī)就起飛了。在飛行中飛行員通過改變大螺旋槳旋轉(zhuǎn)的速度就可以調(diào)節(jié)高度了。(2)直升飛機(jī)的橫向穩(wěn)定。直升飛機(jī)如果只有大螺旋槳旋，那么根據(jù)動量守衡，機(jī)身就也會旋轉(zhuǎn)，因此直升飛機(jī)就必須要一個(gè)能夠阻止機(jī)身旋轉(zhuǎn)的裝置。而飛機(jī)尾部側(cè)面的小型螺旋槳就是起到這個(gè)作用，飛機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或保持穩(wěn)定航向都是靠它來完成的。同時(shí)為了不使尾槳碰到旋翼，就必須把直升飛機(jī)的機(jī)身加長，所以，直升飛機(jī)有一個(gè)像蜻蜓式的長尾巴。3(直升飛機(jī)能量方式：根據(jù)能量守恒定律知道:能量從一種形式轉(zhuǎn)化成為另一種形式。在低速流動的空氣中，參與轉(zhuǎn)換的能量只有壓力能和動能。一定質(zhì)量的空氣具有一定的壓力，能推動物體做功;壓力越大，壓力能也越大;流動的空氣具有動能，流速越大，動能也越大。飛機(jī)不僅廣泛應(yīng)用于民用運(yùn)輸和科學(xué)研究，還是現(xiàn)代軍事里的重要武器，所以又分為民用飛機(jī)和軍用飛機(jī)。民用飛機(jī)除客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)以外還有農(nóng)業(yè)機(jī)、森林防護(hù)機(jī)、航測機(jī)、醫(yī)療救護(hù)機(jī)、游覽機(jī)、公務(wù)機(jī)、體育機(jī)，試驗(yàn)研究機(jī)、氣象機(jī)、特技表演機(jī)、執(zhí)法機(jī)等。飛機(jī)還可按組成部件的外形、數(shù)目和相對位置進(jìn)行分類。按機(jī)翼的數(shù)目，可分為單翼機(jī)、雙翼機(jī)和多翼機(jī)。按機(jī)翼相對于機(jī)身的位置，可分為下單翼、中單翼和上單翼飛機(jī)。按機(jī)翼平面形狀，可分為平直翼飛機(jī)、后掠翼飛機(jī)、前掠翼飛機(jī)和三角翼飛機(jī)。按水平尾翼的位置和有無水平尾翼，可分為正常布局飛機(jī)（水平尾翼在機(jī)翼之后）、鴨式飛機(jī)（前機(jī)身裝有小翼面）和無尾飛機(jī)（沒有水平尾翼）；正常布局飛機(jī)有單垂尾、雙垂尾、多垂尾和V型尾翼等型式。按用途可分為戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、攻擊機(jī)、攔截機(jī)。按推進(jìn)裝置的類型，可分為螺旋槳飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)；按發(fā)動機(jī)的類型，可分為活塞式飛機(jī)、渦輪螺旋槳式飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)；按發(fā)動機(jī)的數(shù)目，可分為單發(fā)飛機(jī)、雙發(fā)飛機(jī)和多發(fā)飛機(jī)。按起落裝置的型式，可分為陸上飛機(jī)、水上飛機(jī)和水陸兩用飛機(jī)。還可按飛機(jī)的飛行性能進(jìn)行分類：按飛機(jī)的飛行速度，可分為亞音速飛機(jī)、超音速飛機(jī)和高超音速飛機(jī)。按飛機(jī)的航程，可分為近程飛機(jī)、中程飛機(jī)和遠(yuǎn)程飛機(jī)。下面給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的使用升力系數(shù)計(jì)算升力的方程12L=C[x—xpxFxAL=lift（升力）Cl=liftcoefficient（升力系數(shù)）（rho）=airdensity（空氣密度）V=airvelocity（流速）A=wingarea（機(jī)翼面積）舉個(gè)例子，讓我們計(jì)算一架翼展12米、弦長1.2米（機(jī)翼面積=15平方米）的飛機(jī)升力。它在以161公里/小時(shí)的速度在海平面上飛行，這個(gè)數(shù)度相當(dāng)于每秒飛行45米。讓我們假設(shè)機(jī)翼采用等截面的NACA1408翼型，飛機(jī)機(jī)翼的攻角是4度。我們知道：A=15平方米（rho）=1.2公斤/立方米（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面）V=45米/秒Cl=0.55（NACA1408翼型、攻角為4度時(shí)的升力系數(shù)）這樣我們就計(jì)算出了升力:升力=0.55x.5x.0023769x147x147x160升力=1025公斤機(jī)翼翼型:機(jī)翼橫切面的形狀機(jī)翼前緣:翼型最前端的一點(diǎn)叫機(jī)翼前緣機(jī)翼后緣:翼型最后端的一點(diǎn)叫機(jī)翼后緣弦線:連接機(jī)翼前緣和機(jī)翼后緣的線叫弦線迎角：飛機(jī)在飛行過程中，相對氣流與機(jī)翼弦線的夾角叫做迎角升力是如何產(chǎn)生的，飛機(jī)的升力主要由機(jī)翼來產(chǎn)生，氣流通過機(jī)翼表面時(shí)，在機(jī)翼上下表面形成壓力差產(chǎn)生了升力當(dāng)迎角為正，升力為正，迎角為負(fù)，升力也為負(fù)。（具體原理以后再說）明白了這些，就可以想到升降舵在飛機(jī)的尾部，不也就相當(dāng)于一對小機(jī)翼了么，如果要讓飛機(jī)往上升，