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流体力学

螺旋桨飞机不是靠螺旋桨飞上天的!

之前,“风小扇”一直以为飞机飞行原理就是依靠伯努利定理。

伯努利定理:流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比

最初认识到伯努利定理,还是源于它好几次将人类头发卷进风扇的那段经历。后来它才知道,原来风扇在吹风时,由于气流引起压强变化,背后也会产生一定的吸引力。这个原理就是伯努利定理。就像在垂直放置的两张纸中间吹口气,两张纸会贴在一块;地铁驶过车站,站台边上有会明显被吸的力。

本以为螺旋桨飞机起飞也是靠这个简单的原理。螺旋桨旋转导致飞机上方气流速度大于下方,所以上方气压低,下方气压高,进而产生了升力!

机翼剖面图

但后来“风小扇”发现,其实螺旋桨飞机只有一小部分升力来自伯努利原理,让飞机起飞的升力更多来源于机翼!

机翼如何产生升力?

先简单回顾下牛顿第三定律:力的作用是相互的。

牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反

机翼就是通过把气体推向下方,从而得到一种向上反推的升力。原理与螺旋桨通过把气流推向后方而产生推力一样。

气流流过机翼(剖面图)

起飞需要机翼迎角 !

相对于发动机带动螺旋桨产生的推力,机翼产生升力的效果更高,就是因为机翼有很大的面积,能够以很低的速度转移大量的空气。而转向产生的升力就传递给了机翼。这也是机翼获得升力的机理。空气之所以会发生转向,关键之处在于机翼的迎角!

迎角导致气流转向

何为迎角?

我们截取机翼的剖面图来看,迎角就是机翼和水平气流的夹角,就像我们风扇或螺旋桨单支桨叶的扭角。如果机翼迎角为0,气流穿过机翼后,会又汇集水平气流。所以它必须在一定的迎角内,才能产生上升力。起飞时推力最大,尾翼向下偏转,给一个抬头力矩,迎角比较大,然后襟翼放下,增加升力,起飞爬升后,襟翼渐渐收起,等爬到一定高度后飞机改平,其实此时仍然有一定的迎角,这个是机翼设计时就有一定的迎角,为维持巡航时飞行器的升力!

螺旋桨飞机模型图

迎角真的很重要!

前年波音737的事故就是迎角传感器故障,导致飞控认为飞机迎角过大而开始自动调整飞机飞行姿态!然后就反复调整飞机进入俯冲,以增加速度,获得升力,但结果此时飞机并没有迎角偏大,结果飞机在飞行员控制下强行拉起,然后飞控又进入俯冲,最后飞机失去高度坠毁!

波音737的事故现场

尽管和螺旋桨飞机的升力来源和自己想不一样,“风小扇”还是决定留下来等待螺旋桨“岗位”的面试结果!

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