飞机飞行原理之空气流动基本规律

简介: 飞机飞行原理之空气流动基本规律

前言

飞行器飞行的主要环境就是大气环境,流体就是空气,所以我们要清楚物体在流体流动时具有的一些特性,如何利用空气流动的基本规律让很重的物体飘起来,甚至有规律的飞行起来。下面就是一些空气流动的基本规律,相对运动原理、连续性原理、伯努利原理,对于其他流体这些规律同样也适用。

1、空气流动基本规律之相对运动原理

空气不动,飞机飞行时,作用在飞机上的空气动力和飞机不动、空气吹过时作用在飞机上的空气动力是等效的。

2、空气流动基本规律之连续性定理

连续性定理也可称为质量守恒定理。

假设空气状态为低速流体,并且其不可压缩密度不变,连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道,则在单位时间内,流经任意切面的流体质量相等。

微信图片_20221017091338.png

很明显,横截面积,且单位时间内流过两个切面的流体质量相等,,而,,则。对于低速流体,流体不可压缩,即:,可得:。所以横截面积和流动的速度成反比。即,低速流体在一个管道中流动时,管道剖面大的地方流速小,管道剖面小的地方流速大。

3、空气流动基本规律之伯努利定定理

伯努利定理也可称为能量守恒定理。一个小实验,拿两张纸中间留一个小的缝隙,然后用嘴对着缝隙吹气,会发现下面的纸会慢慢自动的飘起来,这个实验背后就是蕴含着伯努利原理。

微信图片_20221017091340.png

静压

平时感受到的大气压就是空气的静压,静压随着海拔高度的增加而降低。流体给予与流体流动方向平行的物体表面的压力。

动压

流体流动受到阻力时,由于动能转变为压力能而引起的压力。动压与动能十分相似,一个运动的物体具有动能,当然流体也就具有动压了。

动能的计算式为:微信图片_20221017091507.gif

动压的计算式为:微信图片_20221017091510.gif

从能量守恒角度看伯努利定理

对于低速的流体来说,沿管道各点的流体的动压与静压之和等于常量。即,微信图片_20221017091551.gif

故静压大的截面,动压小,密度不变的情况下,意味着流速慢;相反,静压小的截面,动压大,流速也就快。

结合连续性定理综合看伯努利定理

微信图片_20221017091343.png

根据连续性定理,微信图片_20221017091555.gif

根据伯努利定理,微信图片_20221017091557.gif

结合两个表达式得,结论1当低速流体流过这个粗细不等的流管时,横截面积减小,但流速增加了,而给予侧面的静压会减小。结论2若微信图片_20221017091601.gif,则,微信图片_20221017091605.gif

总结

庞大笨重的飞机能够在空中灵活的飞行,以上三个基本原理功不可没。三个定理说明密度比空气大的物体,只要设计成特殊的结构,并且让外部流动的空气达到一定的速度,就会让该物体受到动压而移动甚至飞起来。

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