飞机是如何飞起来的?

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飞机是如何飞起来的

我很喜欢坐飞机。第一次坐飞机,大概是在我 5、6 岁时,而且还是架直升机,之后陆陆续续坐过很多,少说也有十几个型号,用途也是从军用运输机,到邮政航班。但是我对各类飞机的动力学原理始终缺少基本的了解。这几天,我无意中再次听到别人聊起“飞机是如何飞起来”这个话题,于是一时兴起,把相关内容搜了搜,梳理了一番。

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一、飞翔的探索

人类自古以来就羡慕鸟儿能在天空中自由地飞翔。而无法到达的天空对人类来说也就成了一个非常神秘的地方。于是就有人幻想有能够腾云驾雾的神仙住在天上的宫殿中逍遥自在的生活。

明朝时还有一个叫万户的人手持风筝,坐在绑满炸药的椅子上,点燃引线,希望借助火药冲力飞入云霄,最终献出了生命。

直到19世纪末,20世纪初时,人类才真正意义上实现了飞行的梦想。1904年,美国的莱特兄弟发明了重于空气的依靠相对于机身不运动的机翼产生升力依此克服重力的,依靠自带动力产生推进力以此克服阻力的飞行器——飞机,并成功完成了首次短暂的试飞。当然关于是谁真正意义上第一个发明了飞机以及完成了人类历史首飞这个话题一直充满了争议,除了美国的莱特兄弟,还有俄国、法国、德国、巴西等国的发明人有过类似的尝试并不同程度的取得了成功。里约奥运会开幕式上,巴西人民直接将莱特兄弟同时代的本国飞机发明人杜蒙特成功试飞的过程展现在舞台上。

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二、 飞机的动力学原理

由于非科班出身,大学物理的知识也基本忘光,只好跑到 Wiki 、知乎、果壳 学习了半天,最后找到了下面这张图完美的解释了一切。

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要解释飞机为什么能飞起来,可以从很多角度入手。作为简单了解,我们可以从机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置分析。引用中国航空新闻网 (http://www.cannews.com.cn/2015/0820/132068.shtml ) 的几张动图,我们直观地来看一下飞机起降飞行过程中,是那些部件发挥的作用。

飞机飞行过程中,由于特殊的机体结构,机翼上部流过空气的行程更长,气流通道变窄,流动速度比从下部流过的气流快,因此压力小,产生升力(伯努利原理)。同时,飞机上升与迎角等因素也有很大关系。


升力

下面将飞机运动的几个关键过程简化为,俯仰、滚转、偏航。

俯仰运动靠升降舵控制

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滚转运动由副翼控

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偏航运动靠方向舵控制

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而飞机最主要的向前的动力就来自发动机了。发动机也分为多类,有涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、活塞发动机等等,这里不再展开。

三、 直升机的原理补充

第一架直升机诞生于1939年的美国,由原籍俄国的工程师西科斯基主持完成。

直升机的升力主要来自于主旋浆。其原理其实和固定翼的有共通的地方,主旋翼旋转每个桨叶也会产生上下压差,产生升力。值得注意的是自动倾斜器总成可随桨叶的旋转改变单片主旋翼桨叶的迎角。迎角越陡,提供的升力越大。 当机体前后两边的桨叶迎角不同时,得到的升力也是不同的,这就造成自动倾斜器倾斜,直升机也就可以驶向不同方向。

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尾桨的作用是用来克服反向力矩,保证飞机不会向着螺旋桨相反的方向转动。

四、我国的航空事业发展

这部分下次再聊。


和人类自己长出翅膀自由飞翔略有不同,乘坐飞机更像是骑在一只飞鸟上。但凭借它的安全、快速,人类不仅实现了拥抱天空的愿望,远距离差旅更不再是难事。

另外许多战斗机前面有根像针似的东西,那个叫空速管,用来测压测速,不是扎鸟用的!!

最后发一个翼装飞行的视频,本质是滑行。
http://baishi.baidu.com/watch/5741958462787005915.html?page=videoMultiNeed


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