9.10飞行的基本原理

（二）伯努利定理
能量守恒定律是伯努力定理的基础。 同一流管的任意截面上，流体的静压与动压之和保持不变。
P79 P80 实验
●动压、静压和总压
结论同一流管： 截面积大，流速小，压力大。
截面积小，流速大，压力小。
二、飞机 机翼上的升力
●升力的产生原理
流过上表面的气流
流过下表面的气流
前方来的气流被机翼分为了两部分：一部分从上表面流过， 一部分从下表面流过。
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• 这样机翼上下表面的压力差就产生了升力，机 翼向前运动，空气必然会产生阻力，阻力和升 力的合力形成了图中的向上、向后的力，叫做 空气动力。翼型的最前一点叫做前缘点，最后 的点叫做后缘点，他们代表整个机翼的前缘和 后缘，前缘点和后缘点的连线叫做翼弦，如果 机翼抬起它的前缘，翼弦就和气流的方向形成 一个角度，这个角度就叫做迎角，迎角是翼弦 和相对气流方向的夹角。翼弦向上形成正迎角， 向下形成负迎角。
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●升力的产生原理
上下表面出现的压力差，在垂直于（远前方）相对 气 流方向的分量，就是升力。 机翼升力的着力点，称为压力中心(Center of Pressure)
迎角
迎角：翼弦和相对气流方向的夹角。
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•
翼型就是把机翼沿平行机身中轴方向切下的剖面， 机翼的翼型是流线型的，上表面弯曲大下去表面弯曲 小或者平面。 • 当飞机平飞时，流过机翼下面的气流，行走的路线 要比流过机翼上表面的气流行走的路线短，而他们在 同一时间内流过机翼，因而机翼下面的气流流速慢， 根据伯努利定理，机翼下的静压力大，而流经机翼上 表面的气流路程长流速快，因而压力小，于是在机翼 上部产生大面积的低压区域，这个低压比周围的大气 压力低，因而把机翼吸引向上，而下表面由于和气流 平行，机翼平滑通过，他的压力和前方大气压力相差 不大。
1 2
S1,v1
S2,v2
设：单位时间内流过截面的流体质量为m，则有：
m1 1v1 S1；m2 2v2 S2
则根据质量守恒定律可得：
1v1S1 2v2 S2 v1S1 v2 S2 C常数
结论：空气流过一流管时，流速大小与截面积成反比。
●日常生活中的连续性定理
山谷里的风通常比平原大 河水在河道窄的地方流得 快，河道宽的地方流得慢
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然而，对于重于空气的航空器如飞机，又是靠什么力 量飞上天空的呢？ • 飞机最重要的部分当然是机翼了，飞机能飞在空中全 靠机翼的浮力。
（一）连续性定理
流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的 流体质量相等。 质量守恒定律是连续性定理的基础。
（一）连续性定理
流体流过流管时，在同一时间流过流管任意截面的 流体质量相等。
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• 流过机翼的气流与河床中的流水类似，由于机翼一般 是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过 机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较 快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽 地方的流水，流速较上表面的气流慢。根据流体力学 的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大 气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压 强高，换一句话说，就是大气施加与机翼下表面的压 力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大， 二者的压力差便形成了飞机的升力。
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2018/9/14
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• 对于固定翼的飞机，当它在空气中以一定的速 度飞行时，根据相对运动的原理，机翼相对于 空气的运动可以看作是机翼不动，而空气气流 以一定的速度流过机翼。空气的流动在日常生 活中是看不见的，但低速气流的流动却与水流 有较大的相似性。日常的生活经验告诉我们， 当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在 河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流 速快。
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• 流体力学的基本原理告诉我们，流动慢的大气压强较大，而流 动快的大气压强较小，白纸上面的空气被吹动，流动较快，压 强比白纸下面不动的空气小，因此将白纸托了起来。这一基本 原理在足球运动中也得到了体现。大家可能都听说过足球比赛 中的“香蕉球”，在发角球时，脚法好的队员可以使足球绕过 球门框和守门员，直接飞入球门，由于足球的飞行路线是弯曲 的，形似一只香蕉，因此叫做“香蕉球”。这股使足球偏转的 神秘力量也来自于空气的压力差，由于足球在踢出后向前飞行 的同时还绕自身的轴线旋转，因此在足球的两个侧面相对于空 气的运动速度不同，所受到的空气的压力也不同，是空气的压 力差蒙蔽了守门员。
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然而，对于重于空气的航空器如飞机，又 是靠什么力量飞上天空的呢？ • 机翼是怎样产生升力的呢？ • 让我们先来做一个小小的试验：手持一张白纸 的一端，由于重力的作用，白纸的另一端会自 然垂下，现在我们将白纸拿到嘴前，沿着水平 方向吹气，看看会发生什么样的情况。哈，白 纸不但没有被吹开，垂下的一端反而飘了起来， 这是什么原因呢？
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飞机有迎角时的升力情况，当有了向上的迎角后， 气流流过上表面时被压缩，相当于管道变狭窄，速度 增加，静压力进一步降低，而在下表面气流受到阻隔， 流速变小，压力增高，这种情况与风筝获得升力的情 况相似，因而随着迎角的增大，升力增大，同时阻力 也在增大，但应注意迎角不能无限制的增大，因为若 迎角太大，机翼就相当于在气流中竖起的平板，气体 的流线不能连贯，在机翼上表面产生涡流，这种升力 会突然降低，阻力具体增加，这种现象叫做失速，失 速对于任何飞机来说都是危险的，现代民航机都装有 失速警告系统，防止飞机迎角过大，进入失速状态。
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§3.3 飞行基本原理
一.飞机升力的产生 •
任何航空器都必须产生大于自身重力的升 力才能升空飞行，这是航空器飞行的基本原理。 前面我们提到，航空器可分为轻于空气的航空 器和重于空气的航空器两大类，轻于空气的航 空器如气球、飞艇等，其主要部分是一个大大 的气囊，中间充以比空气密度小的气体（如热 空气、氢气等），这样就如同我们的玩具氢气 球一样，可以依靠空气的静浮力升上空中。