飞机到底是怎么飞起来的？

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-7-24 00:04
没有发动机的滑翔机又怎样解释呢？

滑翔机可以这样解释：假定在足够高的高空，在静止状态下投放一架滑翔机，开始是自由落体，随后滑翔机受气流作用，尾翼的气动中心到重心的位置和机翼的气动中心到重心位置比较，尾翼远大于机翼，重复一下就是尾力臂较大。在气流作用下先起作用迫使滑翔机机头迎向气流，这样就形成滑翔机的俯冲状态，接下来机翼升力远大于尾翼，滑翔机逐渐抬头，如果滑翔机的制作俯仰平衡足够好，滑翔机就进入平飞状态，说是平飞，其实滑翔机的机身轴线仍然与水平有一定的角度，滑翔机在重量作用下，其水平方向的分力，克服阻力推动滑翔机向前滑翔，当然高度在缓慢的降低，是滑翔状态，不是自由落体了。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-7-24 18:11
我希望用图解表达当对称翼型有一定迎角时，流线的路径，上下弧速度差如何产生（当然速度大压强小，速度小 ...

你自己看这个视频吧，画图太费时间

太平旧友

流线图视频很好，很难得，谢谢。
我仍然觉得用平凸翼型上弧路径长，气流同时由前端流过翼型，同时到达后端，路径长流速大，解释升力，在平凸翼型倒飞和对称翼型平飞如何获得升力，说服力不强。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-7-24 18:11
我希望用图解表达当对称翼型有一定迎角时，流线的路径，上下弧速度差如何产生（当然速度大压强小，速度小 ...

当对称翼型机翼有一个小迎角后，原来流经机翼下表面的一部分空气，从下方绕到上表面去了。这部分空气通过机翼表面的路程增大，到达机翼后缘的时间不变，所以流速也增大了。流速大的空气压强小，作用在机翼上表面的气压小于作用在下表面的气压，从而产生了压力差，机翼也就获得了升力。平凸翼型的原理也是一样的，只是气流的路径有差别。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-7-24 18:52
流线图视频很好，很难得，谢谢。
我仍然觉得用平凸翼型上弧路径长，气流同时由前端流过翼型，同时到达后端 ...

平凸翼型的流线图大致如图中下的绿色线条所示，情况是和对称翼型相似的。

太平旧友

明白了，非常感谢。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-7-24 18:52
流线图视频很好，很难得，谢谢。
我仍然觉得用平凸翼型上弧路径长，气流同时由前端流过翼型，同时到达后端 ...

把翼弦补上后，可以清楚看到，气流的分离已经不是在翼弦的前端开始，平凸翼型的情况也是相似的，所以气流的流速和路径变化不再是迎角为零的情况。另外，分析气压变化不应该从几条流线分析，要从气流分离处开始，看上下两个流速场的变化，这样才能得到正确的结果。

haimowang

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-7-24 19:08
平凸翼型的流线图大致如图中下的绿色线条所示，情况是和对称翼型相似的。

从平凸翼型倒飞的流线看，从翼弦看是由迎角的，于是流线呈较大的曲线流过，（平凸翼型）机翼的平直的一边，而这个较大的曲线流线不是由翼型的“凸起”造成的长路径，所以用平凸翼型平飞时，上弧路径“长”而气流同时到达后缘所以速度大，这种解释感觉还是牵强。不好意思，不是我钻牛角尖，是我的学生提出质疑时我解释不了，也没有说服学生。不讲平凸翼型，就是一个平板，与气流有迎角时，平板上方的气流就呈较大的曲线，与下方气流同时到达后缘，于是上方的气流流速的，平板获得升力。所以用“平凸翼型的上弧路径长，气流同时到达后缘，所以上弧流速大，（流速的压强小，流速小压强大）从而形成升力“。还是不准确的。

太平旧友

太平旧友 发表于 2018-8-2 16:25
从平凸翼型倒飞的流线看，从翼弦看是由迎角的，于是流线呈较大的曲线流过，（平凸翼型）机翼的平直的一边 ...

从平凸翼型倒飞的流线看，从翼弦看是有迎角的，于是流线呈较大的曲线流过（平凸翼型）机翼的平直的一边，而这个较大的曲线流线不是由翼型的“凸起”造成的长路径，所以用平凸翼型平飞时，上弧路径“长”而气流同时到达后缘所以速度大，这种解释感觉还是牵强。不好意思，不是我钻牛角尖，是我的学生提出质疑时我解释不了，也没有说服学生。不讲平凸翼型，就是一个平板，与气流有迎角时，平板上方的气流就呈较大的曲线，与下方气流同时到达后缘，于是上方的气流流速大，平板获得升力。所以用“平凸翼型的上弧路径长，气流同时到达后缘，所以上弧流速大，（流速大压强小，流速小压强大）从而形成升力“的解释还是不准确的。
上文有些打字错误，重复一次更正。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-8-2 16:31
从平凸翼型倒飞的流线看，从翼弦看是有迎角的，于是流线呈较大的曲线流过（平凸翼型）机翼的平直的一边， ...

不知道你的学生是几年级，是否能理解有关的数学计算问题，为了简化问题，就用作图法直观地解释好了。
从图中可以看到，平凸翼型倒过来放，如果有迎角时气流分离点在L处，从上面（蓝色曲线）经过的路程要大于从下面（绿色曲线）经过的路程，这跟前面看到的视频截图情形是一样的。
对称翼型的情况如上图。
通常的机翼翼型相对厚度要比上面两个图中的翼型薄，对于平凸翼型来讲，零迎角时气流从上下两个面经过的路程差更小，而当迎角发生变化时，气流分离点移动后造成的路程差更明显，当机翼前缘比较厚时，这种变化的路程差也更大一些。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-7-24 18:30
滑翔机可以这样解释：假定在足够高的高空，在静止状态下投放一架滑翔机，开始是自由落体，随后滑翔机受气 ...

这个解释不是很好。
在人类探索航空飞行的过程中，从模仿飞鸟扑翼飞行到认识固定翼滑翔飞行，并制造了大量的试验飞机验证的过程中，最终认识到了要能持续飞行，飞机必须要有足够的动力这一必备条件。滑翔机没有动力装置，它是不能自己从地面升空的，因为停在水平地面上的滑翔机没有速度，机翼没有足够的升力克服重力。在空中的滑翔机是通过减小重力势能转化为动能飞行的，所以，在静气流中飞行的滑翔机，它的高度要不断降低，最终会落到地面上。滑翔机要长时间留空飞行，必须有额外的能量补充，通常是通过自然界产生的上升气流利用达到长时间飞行，这种上升气流又分为热上升气流和运动上升气流。热气流是因为地表的冷热不均而形成的，热区的空气温度高密度小，冷区的空气温度低密度大，密度小的空气在浮力作用下上升，密度大的空气则下沉，相邻的热区和冷区之间就形成了小气候环流，这就是热上升气流的成因。运动上升气流则是地表附近的水平运动空气（风）遇到障碍而发生运动方向改变形成的，如风吹向上坡，空气就会沿着山坡上升，形成运动上升气流。
飞机机翼升力原理已经告诉了我们，只有机翼和空气发生相对运动，机翼表面形成压力差，升力才会产生，而产生升力的同时，机翼也要受到阻力作用，消耗能量。飞机发动机的作用就是产生克服阻力的动力，是飞机保持向前运动，保持机翼产生升力的条件。所以，前面有人说飞机飞起来的原因是，发动机把飞机自由落体阻力扩大到能托起飞机，这个就是明显的错误，而你延续自由落体来解释，尽管基本道理没错，但不是解释飞机飞起来的最恰当方法。

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-8-3 01:16
不知道你的学生是几年级，是否能理解有关的数学计算问题，为了简化问题，就用作图法直观地解释好了。
从 ...

我的学生是高一年级的。流体流速快，压强小，流速慢压强大；这已没有疑问。机翼的升力就来源于机翼上、下流速差产生升力，也没有疑问。如果气流从机翼前端“同时”分离，并“同时”到达机翼后端，机翼的形状和姿态，造成上方流线路径长，下方流线路径短，形成流速差，产生升力也无问题；平凸翼型平飞，上弧路径长，气流流速快，仍然没有问题，问题在于：平凸翼型倒飞时，翼型上方已经是平直的了，下方是弧形应该是下方路径长，但是气流仍然是机翼上方流线路径长，为什么？学生疑问在：气流在机翼前缘同时分离，是否真的同时到达后缘？气流在机翼上下，流经的路径，或长、或短，与弧形凸起向上、向下无关，是否主要是由机翼迎角起决定作用？

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-8-3 02:10
这个解释不是很好。
在人类探索航空飞行的过程中，从模仿飞鸟扑翼飞行到认识固定翼滑翔飞行，并制造了大 ...

我解释的是滑翔机，如何形成滑翔的。滑翔时相对气流运动才能获得升力，向前要克服阻力，克服阻力的来源是滑翔机的重力在水平方向上的分力。滑翔的能量来源于重力势能。
您解释的是滑翔的长时间留空，一部分能量由上升气流补充。我解释的时滑翔机凭借自己的总体结构获得滑翔能力，能够用自己的结构把重力势能，转换成用来克服阻力前进的能力，从而实现滑翔。

唐山悟空

门板为什么能飞，因为动力足

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-8-3 09:11
我的学生是高一年级的。流体流速快，压强小，流速慢压强大；这已没有疑问。机翼的升力就来源于机翼上、下 ...

让你的学生画一个平凸翼型，然后分别实际测量气流分离点到后缘的曲线长度，对比哪个更长，我图中已经给出了数据，你好好看看。
气流是否同时到达后缘问题，请他好好学习运动的合成和分解、运动的相对性原理。这里我可以可定地说不同时到达后缘，只有理想流体才会同时到达，为什么等他学习了大学课程流体力学后再慢慢理解。

lgq5106

太平旧友 发表于 2018-8-3 09:29
我解释的是滑翔机，如何形成滑翔的。滑翔时相对气流运动才能获得升力，向前要克服阻力，克服阻力的来源是 ...

一开始我就已经讲了滑翔飞行的问题，飞机的重力势能转化动能，由于克服阻力耗能最终在“静气流”中飞行会落地，这个你没看？进而解释实际滑翔机为什么能长时间飞行，你只看这个？

lgq5106

用视频的截图来说明或许更有说服力吧。


原图为对称翼型的情形，蓝色是平凸翼型倒飞的情形。右边数据计算是作图软件的得到的结果，右上方从左到右分别是气流分离后经过机翼上表面的弧线长度，下方因为两种翼型下表面情况相同，所以只计算一组数值。从结果可以看到，两种翼型都是气流经过上表面的路程大。


选取上下两个相等的流速场（红线为分界），两个蓝色区域的流线不同，呈上密下疏分布，其他地方疏密程度大致相同。根据流量不变原理，流线密的地方速度大，流线稀疏的地方流速慢。由伯努利原理可知，流速慢的地方流体压强大，流速快的地方流体压强小，所以，机翼上下两个表面的压力差主要决定于这两个区域，这两个区域刚好位于弦长的1/4处附近，即翼型的焦点处，通常我们分析升力时，认为升力的作用点就在这个位置附近。
分析机翼的升力，不能只按自己对翼型形状的感觉猜测，也不能只看贴近机翼表面的一两处气流，应该结合整个流体场流速情况分析。

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-8-3 13:29
让你的学生画一个平凸翼型，然后分别实际测量气流分离点到后缘的曲线长度，对比哪个更长，我图中已经给出 ...

您没有针对我的问题回答，平凸翼型倒飞时机翼上面流线长，我们看到了，但是它是迎角形成的，平面仍然向上，翼型本身没有对上面的气流流线长做出贡献。这和平凸翼型正飞时上弧造成流线长是不同的。用平凸翼型上弧造成流线长的解释，在倒飞时说服力不够。

太平旧友

lgq5106 发表于 2018-8-3 13:32
一开始我就已经讲了滑翔飞行的问题，飞机的重力势能转化动能，由于克服阻力耗能最终在“静气流”中飞行会 ...

我解释的滑翔形成过程是针对另一位爱好者提出的，没有发动机的滑翔机如果飞行的问题的回答。与您前面的解释无关。我对滑翔形成过程有什么错误欢迎您指正。