作用在飞机上的空气动力

无人机工作原理-空气动力学

一、飞行小故事

伯努利原理：丹尼尔·伯努利在1726年首先提出在水流或气流里，如果速度小，压强就大，如果速度大，压强就小。由此我们可以解释飞机为什么能够飞上天，因为机翼受到向上的升力。飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。

二、飞行目标

1、通过实验理解伯努利原理。

2、动手制作雷鸟飞机，知道螺旋桨的迎风面，并且了解它产生的反冲力。

3、调试雷鸟飞机，尝试提高它的滞空时间。

三、飞行所需材料

一杯水、一个吸管、一把剪刀、一架雷鸟飞机

四、飞行练习

1、练习一：感知伯努利原理

我们接下来用一个小实验来体验一下伯努利原理，从而感知飞机上浮的原因。

左手拿着短的放在水中，右手拿着长的吹气，吸管吹气的那个地方空气速度很快，这样大气压力变小，但是短吸管下面的大气压力没有变化，就会把水压到吹气的地方。实验完成后注意整理材料哦。

2、练习二、雷鸟飞上天

我们组装雷鸟模型飞机，体验伯努利原理，让飞机上天。

步骤一：取出机翼，按照一下方法折叠。标注为

为正折向下折，标注为

反折向上折。注意动作要轻，切勿折断机翼。

你说说飞机在飞行过程中，空气在机翼的行走的路线吗？试试用皮尺测量机翼正反面翼的长度，用速度=路程÷时间来比较一下空气在机翼正反面的流速。

我们发现：空气在机翼上方路程比下方大，时间一样，所以流速要快。流速的快慢，形成了气压下方比上方大，就形成了向上的压力，飞机就会被往上推。

步骤二：定型主翼，先给翼型定型片贴上双面胶，再将定型片粘贴到机翼上反角背面，最后用加强胶带加固。

步骤三：安装翼台，将翼台安装到机身上，大约7CM，注意翼台前后不能搞错，安装好后将双面胶贴到翼台上；部分机架会太粗，可以用小刀刮一下。

飞行的主要组成部分及功能：大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成　：　１．　机翼—机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操作作用。在机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。不同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。２．　机身—机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。３．　尾翼—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动的升降舵组成，垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰和偏转，保证飞机能平稳飞行。４．起落装置—飞机的起落架大都由减震支柱和机轮组成，作用是起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。５．动力装置—动力装置主要用来产生拉力和推力，使飞机前进。飞机的升力和阻力 飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在了解飞机升力和阻力的产生之前，我们还要认识空气流动的特性，即空气流动的基本规律。流动的空气就是气流，一种流体，这里我们要引用两个流体定理：连续性定理和伯努利定理流体的连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。连续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间的关系。流体在流动中，不仅流速和管道切面相互联系，而且流速和压力之间也相互联系。伯努利定理就是要阐述流体流动在流动中流速和压力之间的关系。伯努利定理基本内容：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼通常产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。这里我们就引用到了上述两个定理。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力，从而翱翔在蓝天上了。机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正压力的作用，一般机翼上表面形成的吸力占总升力的６０－８０％左右，下表面的正压形成的升力只占总升力的２０－４０％左右。飞机飞行在空气中会有各种阻力，阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，它阻碍飞机的前进，按阻力产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力．１．摩擦阻力—空气的物理特性之一就是粘性。当空气流过飞机表面时，由于粘性，空气同飞机表面发生摩 飞机与空气动力学简介

第二章 飞机飞行时的气动力

2.1 机翼上空气动力的产生

2.1.1 机翼上产生升力的原因

图2-1 机翼上升力的产生

下面我们应用伯努利定理来解释机翼上产生升力的原因。在机翼周围沿着空气经过的路径取出一个假想的矩形截面的流动管道，如图2-1所示。由伯努利定理可知，机翼上表面的静压比机翼前方的气流静压小得多。但翼型下表面的流管面积与机翼前方的流管面积相比反而增大，因此机翼下表面的静压比机翼前方的气流静压大。由于机翼前方未受扰动的气流静压是一致的，所以上下表面之间就产生了一个压强差，下表面的静压比上表面的静压大，这个静压差在垂直于气流方向上的分量就是机翼产生的升力。

从图2-1翼剖面流线图中所示的作用在机翼上的力可见，除了升力Y外还有与飞行方向平行且方向相反的阻力Q，两者的合力就是机翼上的总空气动力R。

总空气动力R与翼弦的交点称为“压力中心”。

实验证明： 221vSCYy （2-1）

式中：yC为升力系数，与机翼形状及攻角等因素有关，由试验取得。

S为机翼面积。

2.1.2 失速和失速攻角

随着攻角的增加，机翼上产生的升力也逐渐增大。气流从机翼前缘就开始分离，尾部有很大的涡流区。这时升力突然大大降低，阻力迅速增大。这种现象称为“失速”，如图2-2所示。图中翼剖面上的弯折的箭头表示突然降低的升力。飞机刚刚出现失速时的攻角称为失速攻角，也称临界攻角。失速攻角一般为15°—16°，有时可达20°。飞机一旦进入失速，就会发生螺旋(也称尾旋)下降的现象，造成危险；同时，还会使飞机发生抖振。因此，飞机不应以大于或接近“失速攻角”的攻角飞行。

图2-2 失速

1— 升力突然下降；2—翼弦

失速是一种具有潜在危险的反常飞行现象。不论飞行速度大小，过多、过猛地拉杆，只要飞机的攻角超过临界攻角，就会发生失速。失速速度是判断飞机是否失速的重要标志。每一种飞机都规定了各种飞行状态的失速速度，飞行速度都不能小于相应的失速速度。

飞机在天空中旋转的原理

飞机在天空中旋转的原理可以通过以下几个方面进行解释：

一、空气力学原理：

飞机在天空中旋转的原理基于空气力学原理。当飞机在飞行中执行转弯动作时，其翼面在空气中产生升力和阻力并与相对的气流作用力。通过控制舵面和引擎反作用力，飞行员可以改变飞机的姿态和方向。

二、机翼产生升力：

机翼是飞机旋转的关键部分之一。机翼通过其独特的设计可以产生升力，这个升力对于飞机转弯非常重要。当飞机飞行时，机翼上方的气流速度更快，而机翼下方的气流速度相对较慢。由于伯努利定理，快速流动的气流在机翼上方产生低气压区，而较慢的气流在机翼下方产生高气压区。这种压力差使得空气从高气压区流向低气压区，从而产生升力。通过控制飞机的俯仰角度和机翼的升降舵，飞行员可以增加或减少升力，从而控制飞机的上升、下降和转弯动作。

三、机身和尾部控制：

除了机翼和升降舵之外，飞机的机身和尾部控制也是飞机旋转的关键组成部分。飞机的机身和尾部控制包括方向舵和副翼。方向舵位于飞机尾部，用于改变飞机的航向。副翼则位于机翼外侧，用于产生滚转力矩，从而让飞机开始旋转。通过控制这些舵面，飞行员可以实现飞机的水平和垂直转弯。

四、惯性力和动力系统：

除了空气动力学原理和舵面控制之外，飞机旋转还涉及到惯性力和动力系统。惯性力是飞机在旋转过程中产生的一种力，它使飞机倾向于保持直线飞行。为了克服惯性力并实现旋转，飞行员需要使用动力系统，如发动机和推力矢量控制器。这些动力系统可以提供瞬时的动力和推力，从而克服惯性力，并使飞机能够旋转。

综上所述，飞机在天空中旋转的原理是基于空气力学原理、机翼产生升力、机身和尾部控制以及惯性力和动力系统的相互作用。飞机通过调整升降舵和副翼的位置，控制机身和尾部的舵面，以及使用动力系统克服惯性力，实现在空中的旋转动作。这些原理的有效运用使得飞机能够在空中完成各种转弯动作，为飞行提供了更大的灵活性和操控性。