论文：探究飞机飞的奥秘

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1、飞得更远吧———飞机飞起来的奥秘湖南省长沙市宁乡县第一高级中学563班：周树群指导老师：谢端良2012．1摘要：飞机不仅体积庞大，重量也是不可小视的。每当看到飞机承载数百名乘客和货物飞向蓝天时，都会觉得无比神秘。既然想要飞起来就要有力的支持，这是我学过物理后理解到的。所以需要研究让飞机飞起来的力是怎样来的了。一：发动机发动机的原理是由进气道的风扇吸进空气，然后由压气机一级一级的压缩到高压，供给燃烧室，和油箱过来的燃油混合后燃烧，产生高温高压的燃气，经燃烧室后面的涡轮再进行多级增压，最后以很高的速度从尾喷口喷出，产生很大的反推力，这就是飞机前进的动力。二：升力可是燃气

2、给飞机的力是向前的，飞机又是如何起飞又不会掉下来的呢？这便是飞机机翼的作用导致的。升力是由机翼提供的。机翼并不是一个简单的片片，它的形状是上表面是凸的而下表面是平的，根据流体连续性定理，如果一根管子分成一个Y形的分叉，假设上面两个叉一边粗一边细，那么从下面流过来的液体，单位时间内流过粗细不同的两个分叉的流体质量是相同的，那么很明显，细的一边液体的流速就会快些，这就是流体连续性定理。同理既然机翼的上表面是凸的，那么空气流过上表面经过的路程就比下表面要长，根据流体连续性定理，上表面的空气流速就会快些。再根据流体力学中的伯努利定理①，上表面的空气对机翼产生的压强就会小些，

3、而且这个压强的方向是向下的，但是下表面，空气对机翼的压强是向上的，而且这个压强比上面那个大，所以两个压强的合压强就是向上的，这就是飞机的升力来源。这个升力和空气相对于机翼的流速是成正比的，也就是和飞机的速度是成正比的。我们知道，机翼面积越大，升力越大；速度越大，升力也越大。换句话说就是：在升力一定的情况下，机翼面积越大，起飞速度可以越小。起飞速度低，有利于缩短滑跑距离，但当飞机起飞后速度增加，大面积机翼便成了累赘，不但重量大使载重量大大减少，而且会使阻力剧增，飞机的耗油量因此显著增加。这种低速时升力小、高速时阻力大的问题称为飞机的高低速矛盾。起飞速度越大，机翼面积可

4、以越小。机翼面积较小，飞机的结构重量就较轻，这是优点，但起飞速度大是很不利的，一方面要求机场跑道很长，这很不合算。于是就有了后面的襟翼，襟翼的一个主要作用就是协调这个矛盾，既不需要很大、很重的机翼，也能在较低的起飞着陆速度下产生足够的升力，使载重、速度、阻力和油耗达到综合性的最佳化。用整体一块的方式设计机翼不能同时满足大载重量、低起飞和着陆速度、低阻力和低耗油率的要求。由于襟翼具体作用是大大提高飞机起飞和着陆等低速阶段的升力，因而统称增升装置。那么襟翼为什么能增加升力呢？在速度一定的情况下，提高升力的办法主要有4种：一是改变机翼剖面形状，增加翼型弯度；二是增加机翼面

5、积；三是尽可能保持层流流动；四是在环绕机翼的气流中，增加一股喷气气流。襟翼就是通过改变翼型弯度、增加机翼面积、保持层流流动而增加升力的。①伯努利定理：非黏滞不可压缩流体作稳恒流动时，流体中任何点处的压强、单位体积的势能及动能之和是守恒的。三：阻力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，这里我们也需要对它有所了解。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擦，产生一个阻止飞机前进的力，这个力就是摩擦阻力。摩擦阻

6、力的大小，决定于空气的粘性，飞机的表面状况，以及同空气相接触的飞机表面积。空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大，摩擦阻力就越大。2.压差阻力——人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。3.诱导阻力——升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。其产生的过程较复杂这里就不在详诉。4.干扰阻力——它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和

7、发动机短舱、机翼和副油箱之间。以上四种阻力是对低速飞机而言，至于高速飞机，除了也有这些阻力外，还会产生波阻等其他阻力。四、影响升力和阻力的因素升力和阻力是飞机在空气之间的相对运动中（相对气流）中产生的。影响升力和阻力的基本因素有：机翼在气流中的相对位置（迎角）、气流的速度和空气密度以及飞机本身的特点（飞机表面质量、机翼形状、机翼面积、是否使用襟翼和前缘翼缝是否张开等）。1.迎角对升力和阻力的影响——相对气流方向与翼弦所夹的角度叫迎角。在飞行速度等其它条件相同的情况下，得到最大升力的迎角，叫做临界迎角。在小于临界迎角范围内增大迎角，升力增大：超过临界临界迎角后，再