论文：探究飞机飞的奥秘.doc

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 20121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，上表面的空气对机翼产生的压强就会小些，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。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，再增大迎角，升力反而减小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多：超过临界迎角，阻力急剧增大。 2.飞行速度和空气密度对升力阻力的影响飞行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力与飞行速度的平方成正比例，即速度增大到原来的两倍，升力和阻力增大到原来的四倍：速度增大到原来的三倍，胜利和阻力也会增大到原来的九倍。空气密度大，空气动力大，升力和阻力自然也大。空气密度增大为原来的两倍，升力和阻力也增大为原来的两倍，即升力和阻力与空气密度成正比例。 3，机翼面积，形状和表面质量对升力、阻力的影响机翼面积大，升力大，阻力也大。升力和阻力都与机翼面积的大小成正比例。机翼形状对升力、阻力有很大影响，从机翼切面形状的相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝的位置到机翼结冰都对升力、阻力影响较大。还有飞机表面光滑与否对摩擦阻力也会有影响，飞机表面相对光滑，阻力相对也会较小，反之则大。. 五：总结通