原理
在真實且可產生升力的機翼中,氣流總是在後緣處交匯,否則在機翼後緣將會產生壹個氣流速度為無窮大的點。
這壹條件被稱為庫塔條件,只有滿足該條件,機翼才可能產生升力。在理想氣體中或機翼剛開始運動的時候,這壹條件並不滿足,粘性邊界層沒有形成。
通常翼型(機翼橫截面)都是上方距離比下方長,剛開始在沒有環流的情況下上下表面氣流流速相同,導致下方氣流到達後緣點時上方氣流還沒到後緣,後駐點位於翼型上方某點,下方氣流就必定要繞過尖後緣與上方氣流匯合。
由於流體黏性(即康達效應),下方氣流繞過後緣時會形成壹個低壓旋渦,導致後緣存在很大的逆壓梯度。隨即,這個旋渦就會被來流沖跑,這個渦就叫做起動渦。
根據海姆霍茲旋渦守恒定律,對於理想不可壓縮流體在有勢力的作用下翼型周圍也會存在壹個與起動渦強度相等方向相反的渦,叫做環流,或是繞翼環量。
環流是從機翼上表面前緣流向下表面前緣的,所以環流加上來流就導致後駐點最終後移到機翼後緣,從而滿足庫塔條件。
由滿足庫塔條件所產生的繞翼環量導致了機翼上表面氣流向後加速,由伯努利定理可推導出壓力差並計算出升力,這壹環量最終產生的升力大小亦可由庫塔-茹可夫斯基方程計算:L(升力)=ρVΓ(氣體密度×流速×環量值)這壹方程同樣可以計算馬格努斯效應的氣動力。
根據伯努利定理——“流體速度越快,其靜壓值越小(靜壓就是流體流動時垂直於流體運動方向所產生的壓力)。”因此上表面的空氣施加給機翼的壓力F1小於下表面的F2。
F1、F2的合力必然向上,這就產生了升力。升力的原理就是因為繞翼環量(附著渦)的存在導致機翼上下表面流速不同壓力不同。
擴展資料:
優點
噴氣式客機的時速在810千米左右,機動性高。飛機飛行不受高山、河流、沙漠、海洋的阻隔,而且可根據客、貨源數量隨時增加班次。
據國際民航組織統計,民航平均每億客公裏的死亡人數為0.4人,是普通交通方式事故死亡人數的幾十分之壹到幾百分之壹,是比火車更為安全的交通運輸方式。
缺點
價格太貴。無論是飛機本身還是飛行所消耗的油料相對其他交通運輸方式都高昂的極多。
受天氣情況影響。雖然航空技術已經能適應絕大多數氣象條件,但是風、雨、雪、霧等氣象條件仍然會影響飛機的起降安全。
起降場地也有限制。飛機必須在飛機場起降,壹個城市最多不過幾個飛機場,而且機場受周圍凈空條件的限制多分布在郊區。由於從飛機場到市區往往需要壹次較長的中轉過程,由此給高速列車提供了800公裏以內距離的城際運輸市場空間。
因此飛機只適用於重量輕,時間緊急,航程又不能太近的運輸。
危險:雖然民航客機每億客公裏的死亡人數遠低於其他運具,但批評者認為飛機本身旅程亦遠比其他運具長,所以這個數值被拉低。在某些數據上飛機並不是特別安全。
飛機的事故率雖然比火車低,但是飛機壹旦失事,將會有極少人生還甚至無人生還。飛機與地面失去聯系,就無法安全飛行。
參考資料: