飞机的原理并不仅仅一个升力问题,还有其他因素。
机翼的形状设计必须全面考虑。比如速度和机身重力分配等问题。流体力学解决了机翼形状设计的思路方向,但是必须考虑空气动力学的其他因素。机翼的前缘厚,后缘薄,使得升力面积大于向下分压力的面积,但是这使得机翼前后的压力不同,这需要由机身重力分配和尾翼来平衡前后压力的差别。
机翼可以大致分成前中后三部分:
前一部分是分流部份,把空气分为上下两部份,这部份根据飞机的设计速度、承载力、灵活性等有很大的差别,这一中份的上缘斜度大,风阻大但相对于下缘垂直向下看的面积较小。下缘的斜度小,风阻小但相对上沿来说垂直向上的面积略大,使上下受到的阻力分量抵消一部份。
中部上面气流速度快,压强小,下边平直,气流速度相对较慢,压强大。这一部份的面积较大,上下产生压力差较大,是主要升力来源。
上面图是一个小实验,用易拉罐剪成这样的形状,用风扇沿轴的方向吹,看看它会朝哪个方向转,就知道是风压影响大还是压强产生的压力差影响大了。
后部是翼襟,用于控制转向或低速度时增强升力。这部份由于向下斜度较大,高速飞行时产生负压区,也是升力的一部份来源。
总体来说,机翼前缘略有一点向下的压力,但是远远小于中部产生的升力。假如飞机只有主机翼并且静止时重心落在机翼上,则飞行时会产生向前翻滚的倾向,如果自己设计过飞机航模,对此就会有很深的体会。所以绝大多数飞机设计有尾翼,尾翼不仅平衡向前翻滚的力量,还提供飞机上前后重力不平衡时的机动调控。
此外,飞机在空中飞行时,机头的俯仰姿态也起很大的作用。
就因为上面凸起,受到风的阻力要比下面大,才使飞机产生像一个转轴,而上面凸起产生的阻力形成的转轴,正好使飞机(转轴)产生一个向上的仰角。仰角使空气与飞机产生的对流,就类似飞机沿着一个斜面在产生爬坡。如果这个坡的角度,即机翼上凸产生阻力大小设计的参数越合理,则飞机爬坡产生的举力越大。
飞机机翼是如何产生升力的?