流体力学论文飞机升力产生的原因.doc

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1、机翼升力原理的分析摘要：关于机翼升力产生的原因，一直以来有多种理论和实验来说明，本文我们将通过对几种理论的分析来说明机翼升力产生的真正原因，同时我们也要分析这些弊端，与本文的观点对照，去伪存真。【关键词】：机翼升力，理论一．飞机升力产生的伯努利原理图1表示机翼与气流的关系，飞机机翼一般前端圆钝，后端尖锐，上表面拱起，下表面较平前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。机翼所产生的升力源于机翼相对于空气的运动。我们假设以机翼为参考系，空气相对于机翼运动，翼弦与气流方向的夹角叫做迎角。空

2、气流过机翼前缘，分成上下两股，分别沿机翼上下表面流过。由于机翼有一定的正迎角，上表面又比较凸出，所以上表面流线弯曲大，流管变细，流速加快，压力减小；下表面流管变粗，流速减慢，压力增大。于是机翼上下表面出现压力差，上下表面压力差在垂直于相对气流方向的总和就是机翼的升力。流体在流动时，除应遵守质量守恒定律外，还应遵守能量守恒定律。这条定律在空气动力学中称为伯努利原理，其数学表示为方程中P为静压，1/2ρV*2为动压，因此伯努利方程可以表述为：稳定气流中，在同一流管的任一截面上，空气的动压和静压之和保持

3、不变。即流速变大压强变小，反之流速变小压强变大。二、对机翼升力的误解1.教材对飞机升力的解释人教版教材是这样引导学生的：几十吨重的飞机为什么能够腾空而起？秘密在于机翼。你观察过飞机的机翼吗？它的截面是什么形状？将飞机升力产生的焦点指向机翼的形状。接着这样解释：飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于有气流迎面流过机翼，气流被机翼分成上下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同的时间内，机翼上方气流流过的路程较长，因而速度较大，它对机翼的压强较小；下方气流通过的路程较短，因而速度较小，

4、它对机翼的压强较大。因此在机翼的上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。在学生学过这部分知识后，若教师提问：机翼的升力是怎样产生的？学生都认为是由机翼的形状产生的，甚至许多教师也是这样认为的。实际上这样的观点是不全面的，会对学生造成误导，产生这样的原因是由教材的不恰当表述造成的。2.学生实验中的发现引出的问题课后，好奇心使一些学生反反复复用电吹风机对着机翼模型吹气，发现了无法解释的现象：当机翼模型的凸面向下时，用电吹风吹气，机翼模型也能产生升力“飞”起来。按照教材的解释，此时产生的升力方向向下，

5、机翼模型重力方向也向下，二者的合力向下，机翼模型不会升起来，事实上它却升了起来，显然教材的解释出现了问题。按照教材的说法，也无法解释早期双翼飞机的平板形机翼是如何产生升力的。现代许多战斗机机翼是上下对称的菱形，它们是怎样产生升力的？飞行表演时机腹向上的倒飞如何解释？显然教材对飞机升力的解释有一定的片面性，需要改进表述方法。三．飞机升力产生的其他原因1.康达效应指的是，气流流经机翼曲面时，气流会紧贴机翼表面（这当然也有一点伯努利效应的含义）。这样，机翼的形状有效地改变了气流的方向，使离开机翼的气流相

6、对飞机作向下的高速运动。机翼推开气流，但这个运动受力的反作用力作用于机翼上，相当于气流也在推开机翼，这个力使得机翼向上举起。2.气流冲击效应是指实际上，飞机产生升力的一个重要原因还与气流的冲击角度有关。捏住纸的上边缘两角，使纸自然下垂，对着纸的上边缘上方水平吹气，纸会飘起来，这是伯努利效应的结果；但正对着下垂的纸面水平吹气，纸也会飘起来，这是气流冲击效应的结果。当气流相对于机翼从前下方以一定的角度吹时，机翼就会产生向上的升力，机翼模型凸面向下也能“飞”起来就是这个原因。为此，现代飞机的机翼与其自身

7、有一个大约4°的倾角，当飞机从将场起飞时，机头总是高高抬起形成更大的迎角，以获得较大的气流冲击效应。气流的冲击力在机翼上分解为对飞机的阻力和向上的升力，飞机的发动机产生的推力克服阻力使飞机前进，向上的升力使飞机腾空而起。机翼迎角的作用换而言之就是改变气流的运动方向，好像把空气向下推，因而空气对机翼产生向上的反作用力，把机翼向上推，产生升力。飞机倒飞表演时总是机头高昂，形成较大的迎角，只要迎角合适，产生的升力照样能使飞机在空中飞行。3.物理学中流体力学定量计算升力的公式为，其中Y为升力，C为升力系数

8、，S为机翼的特征面积，ρ为空气密度，v为空气流体的速度。升力系数C与机翼横截面的形状，气流与机翼所成的角度(即迎角)等有关。可见在对飞机升力的贡献中机翼形状只占一部分，机翼形状所产生的伯努利效应只能解释很小的一部分升力。如果飞机仅仅根据“伯努利原理”来飞行，现代的许多战斗机就飞不上天，更无法倒飞表演，而能飞起来的飞机机翼形状必须非常“拱起”。四．飞机升力与飞行速度有关升力与飞机的速度有关，飞机必须达到一定的飞行速度，才能产生足够的升力与飞机重量相平衡。对飞机的起飞来说，无风、顺风与