伯努利原理和机翼升力
如何通过理论力学分析机翼的受力情况?
如何通过理论力学分析机翼的受力情况?在航空领域中,机翼是飞机产生升力的关键部件。
要确保飞机的安全飞行,深入理解机翼的受力情况至关重要。
理论力学为我们提供了有力的工具,帮助我们分析机翼在不同飞行条件下所承受的各种力。
首先,我们来了解一下机翼的基本结构和形状。
机翼通常呈现出流线型,上表面较为弯曲,下表面相对平坦。
这种特殊的形状是为了有效地产生升力。
当飞机在空气中运动时,机翼会受到空气动力的作用。
其中,最重要的两个力是升力和阻力。
升力是垂直于飞行方向向上的力,它使得飞机能够克服重力而升空飞行。
阻力则是与飞行方向相反的力,会阻碍飞机的前进。
从理论力学的角度来看,升力的产生可以用伯努利原理来解释。
根据伯努利原理,在流速快的地方压力低,流速慢的地方压力高。
当气流流经机翼时,由于上表面的弯曲程度较大,气流流速加快,压力降低;而下表面相对平坦,气流流速较慢,压力较高。
这样就形成了上下表面的压力差,从而产生了升力。
为了更精确地分析机翼的受力情况,我们需要引入一些力学概念和公式。
例如,通过计算空气的动量变化,可以得出作用在机翼上的力。
在理论力学中,我们可以将机翼看作一个有限的控制体,空气在流经这个控制体时会发生动量和能量的变化。
此外,机翼还会受到重力的作用。
重力始终垂直向下,其大小等于机翼的质量乘以重力加速度。
在分析机翼的受力平衡时,必须要考虑重力的影响。
除了升力、阻力和重力,机翼在飞行中还可能受到其他力的作用。
例如,由于飞机的姿态变化,机翼可能会受到侧力。
当飞机进行转弯或受到侧风影响时,就会产生侧力。
在实际的飞行中,机翼的受力情况是非常复杂的,会受到飞行速度、飞行高度、机翼的姿态、空气的密度和温度等多种因素的影响。
为了全面分析机翼的受力,我们需要运用理论力学中的多个原理和方法。
例如,在研究机翼的颤振问题时,就需要用到结构动力学的知识。
颤振是一种可能导致机翼结构破坏的危险现象,它与机翼的固有频率、空气动力特性以及结构的阻尼等因素密切相关。
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理伯努利定律是流体动力学中的一个基本定律,可以用来解释机翼产生升力的原理。
该定律表明了在流体中,速度较快的流体将会产生较低的压力,而速度较慢的流体将产生较高的压力。
在飞机的机翼上方,飞机的速度相对较快,因此压力相对较低,而在机翼下方,速度相对较慢,压力相对较高。
这种压力差导致了机翼上方产生了较低的气压,下方产生了较高的气压,从而形成了一个向上的力,即升力。
为了更好地理解机翼产生升力的原理,我们可以从以下几个方面来分析:1.伯努利定律的基本原理伯努利定律是流体动力学中的一个基本定律,它表明了流体的速度与压力之间存在着反比的关系。
在定常不可压缩流体中,沿着流线的总动压保持不变。
伯努利定律的公式可以表示为:P + 0.5ρv^2 + ρgh = constant其中,P表示压力,ρ表示密度,v表示流体的速度,g表示重力加速度,h表示流体元素的高度。
这个公式表明了在流体流动过程中,压力项、动能项和势能项之和保持不变。
2.机翼上下表面气流速度的差异在飞机的飞行过程中,机翼上下表面的气流速度存在差异。
由于机翼的特殊形状和飞行速度,机翼上表面的气流速度要比下表面的气流速度快。
这意味着根据伯努利定律,在机翼上表面产生了较低的气压,而在机翼下表面产生了较高的气压。
3.机翼形状和安装角度的影响机翼的形状和安装角度会影响机翼产生升力的效果。
通常,机翼的上表面是凸起的,下表面是平坦的,这种形状使得上表面的气流距离比下表面更长,从而导致上表面的气流速度更快。
另外,机翼的安装角度也会影响气流的速度分布,进而影响机翼产生升力的效果。
4.综合作用导致升力的产生当机翼飞行时,由于机翼的形状和安装角度的影响,以及周围气流的作用,机翼上下表面存在气压差,根据伯努利定律,这种气压差将导致产生一个向上的力,即升力。
同时,机翼产生升力的过程也受到了维诺定律和牛顿第三定律的影响,综合多种流体动力学原理共同作用,最终导致了机翼的升力产生。
飞机流体压强实验报告
通过本次实验,我们旨在验证流体压强与流速的关系,并探究这一原理在飞机飞行中的作用。
通过模拟实验,加深对飞机机翼产生升力的理解。
二、实验原理根据伯努利原理,流体在流动过程中,流速越快,压强越小;流速越慢,压强越大。
飞机机翼的设计利用了这一原理,使得机翼上方空气流速快、压强小,下方空气流速慢、压强大,从而产生向上的升力。
三、实验器材1. 两个塑料瓶盖2. 一张纸条3. 一个注射器4. 半盆水四、实验步骤1. 将两个塑料瓶盖放入半盆水中,确保瓶盖漂浮在水面上。
2. 用注射器对准两个瓶盖之间喷水,观察瓶盖的运动情况。
3. 改变注射器的喷水方向,观察瓶盖的运动变化。
五、实验现象1. 当注射器对准两个瓶盖之间喷水时,两个瓶盖相互靠近。
2. 当改变注射器的喷水方向时,瓶盖的运动方向也随之改变。
六、实验数据本次实验未采用精确的数据记录,主要观察现象和结论。
七、实验结论1. 流体流速越大的地方,压强越小。
2. 飞机机翼的设计利用了流体压强与流速的关系,使得机翼上方空气流速快、压强小,下方空气流速慢、压强大,从而产生向上的升力。
1. 本次实验中,两个瓶盖相互靠近的现象说明流体流速越快,压强越小。
2. 当改变注射器的喷水方向时,瓶盖的运动方向也随之改变,进一步验证了流体压强与流速的关系。
3. 飞机机翼的设计原理与本次实验结果一致,说明实验结论具有实际应用价值。
九、实验感想通过本次实验,我们深刻理解了流体压强与流速的关系,以及这一原理在飞机飞行中的作用。
同时,我们也认识到科学实验的重要性,只有通过实践,才能验证理论知识的正确性。
十、实验改进1. 在实验过程中,可以尝试使用不同形状的瓶盖,观察其对实验结果的影响。
2. 可以增加实验次数,提高实验数据的准确性。
3. 可以尝试使用更先进的实验器材,如流速仪等,更精确地测量流体流速和压强。
十一、参考文献[1] 张三,李四.流体力学原理与应用[M].北京:高等教育出版社,2018.[2] 王五,赵六.飞机设计原理[M].北京:航空工业出版社,2019.。
伯努利定律升力
伯努利定律是描述流体在运动过程中压力、速度和密度之间关系的基本定律之一。
在流体运动中,速度越大、压力越小,密度越小,这就是伯努利定律。
在飞行器的飞行过程中,伯努利定律可以用来解释升力的产生。
当飞行器在空气中运动时,它的机翼会切割空气,使空气在机翼表面产生速度差。
根据伯努利定律,速度越快的空气压力越小,因此在机翼上表面产生的气流速度快、压力小,而在下表面产生的气流速度慢、压力大,从而形成了一个压力差。
这个压力差会产生一个向上的升力,使得飞行器能够飞行。
升力的大小取决于机翼的形状、机翼面积、飞行速度和空气密度等因素。
在设计飞行器时,需要考虑这些因素,以便最大程度地利用伯努利定律产生升力,从而实现飞行器的稳定飞行。
巧妙的伯努利原理
巧妙的伯努利原理
巧妙的伯努利原理是指利用伯努利原理来解释一些看似矛盾的现象或者设计巧妙的装置。
1. 篮球穿过篮筐的问题:当篮球沿着篮筐高速飞行时,由于篮球上方的速度较大,根据伯努利原理,气流速度越大,气压越小。
因此,在篮球上方形成一个低气压区域,而篮筐周围的气压较高。
这种气压差会对篮球有一个向下的推力,帮助篮球穿过篮筐。
2. 鸟嘴的喷射:某些鸟类(如喜鹊)在饮水时,它们的嘴部会像水枪一样射出水柱。
这可以通过伯努利原理来解释。
当鸟嘴快速摆动时,鸟嘴顶部的气流速度较大,形成低气压区域。
这会使水从鸟嘴底部的水平方向流进,然后被迅速加速喷出,形成一个水柱。
3. 飞机的升力:根据伯努利原理,当空气在飞机的机翼上流动时,由于机翼上表面更加曲率的原因,气流速度较快,形成一个低气压区域。
而在机翼底面,气流速度较慢,气压较高。
这种气压差会产生一个向上的升力,使得飞机能够在空中飞行。
4. 马桶冲水原理:当我们打开马桶的冲水按钮时,水会从水箱中流入马桶盆部。
在水箱中形成的高气压会通过水箱底部的管道喷射出水流。
根据伯努利原理,由
于水流经过喷头时速度加快,形成一个低气压区域。
而在马桶盆部的水流速度较慢,气压较高。
这种气压差会产生一个冲力,将盆部的污物冲走。
飞机机翼产生升力的原理
飞机机翼产生升力的原理飞机机翼产生升力的原理是基于伯努利定律和牛顿第三定律。
机翼与气流之间存在一个由上下表面之间的压差所产生的升力。
首先,根据伯努利定律,当气流通过机翼上下表面时,由于机翼上表面更加凸起,气流在上表面流动速度较快,而在下表面流动速度较慢。
根据伯努利定律,流动速度较快的区域气流压力较低,而流动速度较慢的区域气流压力较高。
因此,在机翼上表面的气流速度较快,气流压力较低,在机翼下表面的气流速度较慢,气流压力较高。
根据牛顿第三定律,当气流与机翼表面发生相互作用时,产生一个与气流作用方向相反的等大反作用力。
气流在机翼的上表面流动时,由于流动速度快,压力低,从而使机翼表面受到向下的压力。
同样,在机翼的下表面,气流流动速度慢,压力高,因此机翼下表面受到向上的压力。
这两个力的合力即为升力。
此外,还需要考虑机翼形状对升力的影响。
机翼通常采用个人梯形翼型,即厚度向前增大,厚度向后逐渐减小,同时上表面与下表面都呈现出一定的曲率。
这样的设计有利于增加升力的产生。
当气流通过机翼时,由于上表面的曲率较大,气流流速相对较快,导致压力较低。
而下表面的曲率较小,气流流速相对较慢,导致压力较高。
这种形状设计使得机翼上表面产生的压差更大,从而增加了升力的大小。
升力的大小还与机翼的攻角有关。
攻角是机翼与来流气流方向之间的夹角。
当攻角增大时,气流相对机翼的上表面流动的速度也会增大,从而压差增大,升力也会增大。
然而,当攻角过大时,气流会分离并形成气流脱落区域,进而导致升力的减小和失速。
除了上述原理外,还有一种解释机翼产生升力的理论,即“流下假设”。
根据流下假设,机翼上下表面之间的气体流动是分离的。
当空气从机翼上表面流向下表面时,会形成一个叫做流下层的气流。
而在下表面,由于气流速度较慢,流下层会分离并向下流动,形成一个被称为下层的气流。
而在上表面,由于气流速度较快,受到上层气流的引导,附着在机翼上表面,形成一个叫做上层的层流。
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理升力是飞机在空气中运行的力量之一,其产生的机理依据了伯努利定律。
伯努利定律是一种动力学,有助于研究物体在目标物体的作用力下的运动。
基于伯努利定律,机翼产生升力的原理是空气呈层状向机翼流过,每层空气的位置都有所不同,层与层的对比会引起空气粘性的反作用力,使空气按它的粘性反作用一段时间,从而相反地使下一层空气上升,使得空气压力下降,从而产生升力。
机翼上每一层空气,都有一个不同的速度,它就是应力差(即压力差)产生的。
空气在机翼下方比机翼上方移动更快,从而产生了压力差,进而引起了升力。
伯努利定理又称流体推力定理,它说,当两种流体或其中一种流动的液体由不同的速度流经一个不断变化的通道时,会发生一种力,使流动的液体倾向于趋向低速流动,从而产生推力。
该定理正是机翼生成升力的原理,它把这种力称为推力。
当飞机的机翼进入空气,机翼的下部比机翼的上部更加压缩,因此推力就是从机翼的下面向上的推动力,即下面被压缩的空气将释放出其急剧递减的压力以抵消机翼上面空气压力,这样在机翼下面就产生了一个较大的压力差,导致机翼向上抬升。
在空中,机翼重力的作用使飞机向下倾斜,但是受到空气的升力,飞机就会升起,因此重心的位置则由下面向前延伸。
此时,机翼受到重力和动力抵抗两个力的作用,而机翼前后端之间就会发生角度变化,使机翼在斜空中旋转,即机翼旋转角。
此时,空气在机翼前部和机翼后部的速度是不同的,与机翼旋转角度成正比,因此,就会在机翼下方形成抵抗力和助力力,即升力和前力,使飞机可以在空中稳定地运动。
因此,基于伯努利定律,机翼的升力生成的原理是,由于空气压力的差异,机翼下面的空气压力变小,导致推力产生,使飞机能够在空中稳定地运行。
该定理在飞机设计过程中起着非常重要的作用,以保证飞机能够高效、安全地进行操作。
飞机的升力仅仅只是由于伯努利原理产生的吗?
飞机的升力仅仅只是由于伯努利原理产生的吗?【陈锡的回答(58票)】:@张水的专栏文章升力是如何产生的- 飞机那点事- 知乎专栏是给出了很好的解释。
我再补充一些更细节的阐述。
主要观点:飞机升力的主要来源就是压力差;定性地说,机翼上表面速度高,所以压力低,这样导致飞机得到了升力,也是没有问题的;在产生正升力的时候,机翼上方的空气甚至要更早地到达后缘,“路程差同时说”根本是无稽之谈;伯努力定律是牛顿力学基本原理在流体运动这一特殊场景中,基于一大堆前提,经过推导得到的结论,所以它们是统一的。
不存在机翼的升力一部分来自伯努力定律的效应,一部分来自牛顿三定律的效应。
二者更不可能产生矛盾。
伯努力定律只适用于低速情况(0.2~0.3Mach 以下,空气近似不可压缩),此时可以认为伯努力定律主导了飞机产生升力的机理。
随着Mach数升高,压缩性效应逐步凸显时,就不能将产生升力的机理归于伯努力定律了。
在速度更高的情况下,空气的压缩性对升力有十分显著的贡献。
显著的意思是,相对于不可压缩状态,空气的压缩性使得上表面的压力降低得更多,并且这个压缩性的油水还很多。
简单的压缩性修正系数,能管用到0.7Mach差不多吧,此时这个系数已经是左右了(2014.10.16改正根号)。
更高级一点的修正呢,不说内容了,向名字致敬——卡门-钱学森公式。
----没耐心的看到这就行了----伯努力定律当然不错,牛顿定律当然也不错。
可气的是有人学艺不精把定律用错了,反而回头来诘难定律。
擀面杖吹火不好用,怪做擀面杖咯?在经典力学范畴内,所有稀奇古怪的定律都无非是牛顿定律在某些特定条件下的应用,所以这些定律的结论是不会和牛顿运动定律有矛盾的。
所以争什么升力是由伯努力产生的,还是牛顿产生的,或者说除了压力差还有伯努力,本身就犯了根本上概念的错误。
那好,我们现在来分析飞机的升力。
牛顿曰,有受力物体必有施力物体。
飞机受到的升力,是空气施加的。
为了不失一般化,我们这里不只讨论升力,我们讨论空气施加在飞机上的所有的力,称之为气动力。
知识大爆炸各种飞机的飞行原理及内容简书
知识大爆炸各种飞机的飞行原理及内容简书
飞机是指具有一具或多具发动机的动力装置产生前进的推力或拉力,由机身的固定机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。
飞机飞行原理:
1、飞机上升是根据伯努利原理,即流体(包括炝骱退流)的流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。
2、飞机的机翼做成的形状就可以使通过它机翼下方的流速低于上方的流速,从而产生了机翼上、下方的压强差(即下方的压强大于上方的压强),因此就有了一个升力,这个压强差(或者说是升力的大小)与飞机的前进速度有关。
3、当飞机前进的速度越大,这个压强差,即升力也就越大。
所以飞机起飞时必须高速前行,这样就可以让飞机升上天空。
当飞机需要下降时,它只要减小前行的速度,其升力自然会变小,小于飞机的重量,它就会下降着陆了。
伯努利原理实例范文
伯努利原理实例范文1.飞机的升力:飞机的机翼上表面相对平坦,而下表面则弯曲。
当飞机在飞行时,机翼上下表面的气流速度不同。
根据伯努利原理,气流速度越大,气压就越小。
因此,在飞机上表面,气流速度较小、气压较大,而在下表面,气流速度较大、气压较小。
由于上表面的气流速度较小,压力较高,从而形成下表面气流速度较大、低压的区域。
这种压力差带来的上升力使得飞机能够飞行。
2.鹦鹉螺:鹦鹉螺是一种海洋生物,它通过释放水流来获取能量。
它通过伯努利原理来实现这一点。
鹦鹉螺的壳内有一个腔室,当它在水中快速旋转时,腔室内的水流速度增加,从而使腔室内的压力降低。
而鹦鹉螺的口部正好与腔室相连,口部的压力较大。
由于压力差,水流会从高压区域进入低压区域。
鹦鹉螺利用这种现象释放出高速的水流,达到获取能量的目的。
3.汽车轮胎:当汽车以一定速度行驶时,空气会流过轮胎并造成空气的流动。
根据伯努利原理,当空气流经轮胎的上表面时,速度较大,气压较低;而当空气流经轮胎的下表面时,速度较小,气压较高。
由于上表面气压较低,下表面气压较高,因此轮胎受到一个向上的力,即升力。
这种升力的作用使得车辆更加稳定,并能降低燃油消耗。
4.地面与飓风:在地面上的飓风被认为是空气的旋转。
根据伯努利原理,当风速增加时,气压会下降。
因此,当风向中心靠近地面时,风速增大,气压降低。
而远离地面的部分的风速较小,气压较高。
这种压力差会使得空气流向中心,并使得飓风持续旋转。
5.烟囱效应:烟囱效应是指在烟囱内的空气加热后,产生了热空气的浮力。
根据伯努利原理,烟囱内的空气温度升高,密度降低,从而使烟囱内形成了气流速度增加、气压降低的区域。
与室外相比,烟囱内形成了气流速度较大、气压较小的区域。
这种压力差会使得烟囱内的烟气被抽走,从而实现了通风和排烟的效果。
上述是一些使用伯努利原理的实例,展示了它在流体动力学中的应用。
这一原理为我们解释了许多自然现象和实际问题的运动机制提供了有力的工具。
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理
根据伯努利定律解释机翼产生升力的原理伯努利定律是描述流体力学基本原理的定律之一,它可以解释机翼产生升力的原理。
机翼在飞机飞行中起到了至关重要的作用,它能够产生升力,使飞机克服重力,维持飞行高度。
下面我将详细解释伯努利定律和机翼产生升力的原理。
一、伯努利定律的基本概念伯努利定律是由瑞士数学家伯努利在18世纪提出的,它描述了在旋转粘性流体中流速增加,流体压力就下降,反之亦然的规律。
简单来说,伯努利定律可以用如下公式表示:P + 1/2ρv² + ρgh =常数其中,P代表流体的静压力,ρ代表流体的密度,v代表流体的流速,h代表流体的高度,常数是当流体在一条流线上沿着其流动方向上的取值。
这个公式表明,流速增加,压力就下降,反之亦然。
二、机翼产生升力的原理机翼产生升力的基本原理是通过改变气流的流动状态而产生的。
飞机在飞行时,机翼上下表面的气流速度不同,根据伯努利定律,气流速度增加,气流的静压就降低,这就产生了升力。
1.空气在机翼上表面的流速较大,压力较小。
因为机翼上表面较为平坦,使得空气流经此处速度加快。
根据伯努利定律,流速增加,静压减小。
2.空气在机翼下表面的流速较小,压力较大。
由于机翼下表面比较凸起,使得空气流经此处速度减慢。
根据伯努利定律,流速减小,静压增加。
3.由于上下表面的流速和压力不同,就产生了一个向上的升力。
这种原理被称为卡门效应。
卡门效应是指:当一条流体在经过非对称的构形时,就产生升力的效应。
机翼的形状使得上表面流速增加,下表面流速减小,最终产生升力。
三、机翼形状与升力的关系除了卡门效应外,机翼的形状也对产生升力有着重要的影响。
一般来说,椭圆形状的机翼是产生升力最有效的,因为椭圆形状的机翼能够使得气流在机翼上和下表面形成流动的最佳状态。
此外,横截面呈薄翼型的机翼也能够减小气流的阻力,进一步提高机翼的升力效果。
四、机翼表面的气流流动状况除了机翼的形状,机翼表面的气流流动状况也对产生升力有着重要的影响。
飞机发明的原理
飞机发明的原理
飞机的发明原理是基于物理学中的动力学和流体力学原理。
飞机通过产生气流的力量来提供升力,从而实现飞行。
首先,飞机利用了伯努利定律,该定律指出了飞行器在空气中产生升力的原理。
在机翼上方,空气速度较快,而在下方则较慢。
由于速度越大的气体压力越小,机翼上方的低气压区使得机翼受到向上的压力,即升力。
这个升力力量让飞机能够在空中飞行。
其次,飞机的推进力来自于发动机,其中最常见的是喷气式发动机和螺旋桨发动机。
喷气式发动机通过喷射高速排出的燃烧气体,产生反作用力,从而推动飞机向前推进。
而螺旋桨发动机则是通过螺旋桨叶片的旋转产生气流,从而形成推进力。
在飞行过程中,飞机需要通过舵面来控制方向。
舵面包括副翼、升降舵和方向舵。
副翼用于控制飞机的滚转,即左右倾斜;升降舵则用于控制飞机的俯仰,即上下翻转;方向舵则用于控制飞机的偏航,即左右转向。
此外,飞机的设计还考虑到空气动力学的效应,例如阻力和气动稳定性。
阻力是飞机飞行时受到的空气阻碍力,设计时需要尽量减小阻力,以提高飞行效率。
而气动稳定性则是指飞机在飞行中能够自动保持稳定的能力,这是飞机设计中需要考虑的重要因素之一。
总之,飞机的发明原理是基于气流动力学原理,并通过发动机
推进产生推力,以实现在空中的飞行。
同时,舵面的运用和气动稳定性的考虑也是飞机设计中重要的因素。
伯努利原理的应用
伯努利原理的应用
伯努利原理是流体力学中的一个重要定律,描述了流体在不同速度下的压力变化关系。
它在许多领域都有广泛的应用,以下是一些常见的应用场景:
1. 飞机的升力:飞机上方的机翼比下方更加曲率,因此飞机上方的气流速度更快,根据伯努利原理,上方气流的压力较低,形成向上的升力,使飞机能够在空中飞行。
2. 烟囱效应:烟囱顶端的气流速度更快,压力更低,而烟囱底部的气流速度较慢,压力较高,根据伯努利原理,产生了相应的气流差异和气流上升的效应,促进了烟囱中烟气的排放。
3. 血液循环:伯努利原理可以应用于人体血液循环的研究中。
心脏的血液泵送作用使得动脉血在血管中流动,而在狭窄的血管部分,血液速度加快,根据伯努利原理,血液压力相应降低,保证了血液能够流动到全身各个部分。
4. 喷气装置:喷气装置是将压缩空气转化为动力的关键装置,利用伯努利原理可以有效增加气流的速度。
例如火箭喷气发动机、汽车喷射式汽车发动机等,通过喷气装置将高速喷气气流产生的反作用力驱动物体前进。
5. 笛声原理:在乐器中,如笛子、口琴等,通过空气在缝隙中高速流动产生的压力差异而发声。
根据伯努利原理,空气在缩小的管道中速度增加,压力降低,从而使乐器发出不同的音调。
除了以上应用外,伯努利原理在风洞实验、气候预测、涡流技术、风力发电等领域也有广泛应用。
总的来说,伯努利原理在研究和应用流体力学方面发挥着重要的作用。
伯努利原理的应用案例
伯努利原理的应用案例案例1:飞机的升力产生•案例描述:伯努利原理对于飞机升力产生起着重要作用。
当飞机在空中飞行时,飞机机翼上方的气流速度相对较快,而机翼下方的气流速度相对较慢。
根据伯努利原理,气流速度越快,气压越低。
因此,飞机的机翼上方气压较低,而机翼下方气压较高。
这种气压差导致了机翼上方形成了向上的升力,使得飞机能够在空中飞行。
•操作步骤:1.飞机起飞时,增加速度。
2.飞机机翼上方的气流速度增加。
3.机翼上方的气压降低,机翼下方的气压升高。
4.由于气压差,飞机机翼上方形成了向上的升力。
5.飞机受到升力的作用,保持在空中飞行。
•案例意义:伯努利原理的应用使得飞机能够在空中飞行,为人类提供了快速、便捷的交通方式,推动了社会的发展。
案例2:喷气式发动机的工作原理•案例描述:喷气式发动机是一种应用了伯努利原理的发动机。
它通过喷出高速气流产生推力,从而驱动飞机飞行。
喷气式发动机的工作原理如下:首先,发动机内燃机燃烧燃料产生高温高压气体;然后,将高温高压气体经喷嘴喷出,形成高速气流;最后,根据伯努利原理,高速气流使得喷气式发动机后方气压降低,产生向前的推力,推动飞机飞行。
•操作步骤:1.发动机内燃机燃烧燃料,产生高温高压气体。
2.高温高压气体经喷嘴喷出,形成高速气流。
3.高速气流使得发动机后方气压降低。
4.根据伯努利原理,气压差产生向前的推力。
5.推力推动飞机飞行。
•案例意义:喷气式发动机的工作原理使得飞机能够以极高的速度飞行,推动了飞机制造业和航空事业的发展。
案例3:鸟类飞翔的原理•案例描述:伯努利原理也适用于鸟类的飞翔。
鸟类的翅膀形状和工作原理使得它们能够在空中飞翔。
鸟类翅膀的上表面相对平坦,而下表面呈现弧形。
当鸟类扇动翅膀时,翅膀上方的气流速度相对较快,而翅膀下方的气流速度相对较慢。
根据伯努利原理,气流速度越快,气压越低。
因此,鸟类翅膀上方气压较低,而翅膀下方气压较高。
这种气压差导致了鸟类能够在空中飞翔。
最新流体力学飞机升力产生的原因
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(常量)C V P =+221ρ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,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。
飞机的起飞原理
伯努利方程原理以及在实际生活中的运用2011444367 陈高威在我们传输原理学习当中有很多我们实际生活中运用到的原理,其中伯努利方程是一个比较重要的方程。
在我们实际生活中有着非常重要广泛的作用,下面就伯努利方程的原理以及其运用进行讨论下。
伯努利方程p+ρgh+(1/2)*ρv ²=c 式中p、ρ、v分别为流体的压强,密度和速度;h为铅垂高度;g为重力加速度;c为常量。
它实际上流体运动中的功能关系式,即单位体积流体的机械能的增量等于压力差说做的功。
伯努利方程的常量,对于不同的流管,其值不一定相同。
相关应用(1)等高流管中的流速与压强的关系根据伯努利方程在水平流管中有p+(1/2)*ρv ²=常量故流速v大的地方压强p就小,反之流速小的地方压强大。
在粗细不均匀的水平流管中,根据连续性方程,管细处流速大,所以管细处压强小,管粗处压强大,从动力学角度分析,当流体沿水平管道运动时,其从管粗处流向管细处将加速,使质元加速的作用力来源于压力差。
下面就是一些实例伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒。
由伯努利方程可以看出,流速高处压力低,流速低处压力高。
三、伯努利方程的应用:1.飞机为什么能够飞上天?因为机翼受到向上的升力。
飞机飞行时机翼周围空气的流线分布是指机翼横截面的形状上下不对称,机翼上方的流线密,流速大,下方的流线疏,流速小。
由伯努利方程可知,机翼上方的压强小,下方的压强大。
这样就产生了作用在机翼上的方向的升力。
伴随着科学技术的高速发展,给交通事业也带来了蓬勃的生机。
特别是航天事业的发展。
自1877年,在美国的代顿地区,莱特兄弟驾驶人类历史上第一架飞机飞行成功开始,到现在航天飞机宇宙飞船的上天,都给历史留下了美好的一页。
但是,现今还有许许多多的人不理解飞机为什么能飞?为了让人们更好的了解飞机起飞原理,更好的接受科学知识,我特别制作了飞机起飞的模型。
一、模型的结构图和尺寸飞机起飞模型的结构图飞机起飞模型的结构图二、实验模型的原理说明飞机能起飞依靠的是伯努力原理和机翼的升力。
机翼模型压强实验报告
一、实验目的1. 通过实验验证流体压强与流速的关系。
2. 了解飞机机翼产生升力的原理。
3. 探讨不同设计对机翼模型升力的影响。
二、实验原理根据伯努利原理,流体在流速越大的地方压强越小,流速越小的地方压强越大。
在飞机飞行过程中,空气流过机翼时,上表面弯曲,空气流速较大,压强较小;下表面平直,空气流速较小,压强较大。
这种压强差产生向上的升力,使飞机得以飞行。
三、实验材料1. 机翼模型2. 电子台秤3. 电风扇4. 测量工具(卷尺、秒表等)5. 实验记录表格四、实验步骤1. 将机翼模型静立在电子台秤上,记录初始重量。
2. 使用电风扇对机翼模型进行吹风,调节风力大小,观察电子台秤的示数变化。
3. 记录不同风力下电子台秤的示数,分析升力变化。
4. 改变机翼模型的设计,如改变上表面弯曲程度或下表面形状,重复上述实验步骤。
5. 对比不同设计下机翼模型的升力变化。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示,随着电风扇风力的增大,电子台秤的示数逐渐减小,说明机翼模型受到的升力逐渐增大。
2. 当风力较大时,电子台秤的示数明显减小,说明机翼模型受到的升力较大。
3. 改变机翼模型的设计后,实验结果显示,弯曲程度较大的上表面和凹形的下表面能够产生更大的升力。
六、实验结论1. 流体压强与流速之间存在反比关系,流速越大的地方压强越小。
2. 飞机机翼产生升力的原理是利用流体压强与流速的关系,通过设计上表面弯曲、下表面平直的形状,使空气流过上表面时流速较大、压强较小,流过下表面时流速较小、压强较大,从而产生向上的升力。
3. 优化机翼模型的设计可以增加升力,提高飞行性能。
七、实验讨论1. 实验过程中,应注意控制电风扇风力的稳定性,以免影响实验结果。
2. 实验中,可以尝试使用不同材质的机翼模型,观察升力的变化,进一步探讨材料对升力的影响。
3. 可以将实验拓展到其他流体力学领域,如船体设计、汽车尾翼等。
八、实验总结本次实验通过模拟飞机机翼模型在气流作用下的受力情况,验证了流体压强与流速的关系,了解了飞机机翼产生升力的原理。
飞机机翼产生升力的原理
飞机机翼产生升力的原理飞机机翼是飞机的重要组成部分,它能够产生升力,使飞机能够在空中飞行。
那么,飞机机翼产生升力的原理是什么呢?下面我们来详细解释一下。
首先,要了解飞机机翼产生升力的原理,我们需要了解卡门涡街理论。
卡门涡街理论是解释飞机机翼产生升力的一个重要理论。
根据卡门涡街理论,当气流通过机翼上下表面时,由于上表面的气流速度较快,下表面的气流速度较慢,就会形成一个涡流。
这个涡流会在机翼后部与自由气流相互作用,产生一个向下的气流,从而产生了一个向上的升力。
其次,飞机机翼的形状也是产生升力的重要因素。
一般来说,飞机机翼的上表面比下表面要凸起,这就造成了上表面的气流速度比下表面快,从而产生了压力差,形成了升力。
此外,机翼的前缘和后缘的形状也会影响升力的大小,通常前缘比较圆滑,后缘比较尖锐,这样能够减小气流的湍流损失,提高升力的效率。
另外,飞机机翼的攻角也会影响升力的大小。
攻角是指机翼与气流的夹角,当攻角增大时,产生的升力也会增大。
但是当攻角过大时,会造成气流分离,导致升力减小,甚至失去升力。
因此,飞行员需要根据飞行的需要来控制飞机的攻角,以保证飞机产生足够的升力。
最后,气流的速度也是产生升力的重要因素。
根据伯努利定律,气流速度越快,气压就越低,从而产生了升力。
因此,飞机在起飞和飞行过程中,需要保持足够的速度,以确保机翼能够产生足够的升力,使飞机能够顺利地飞行。
总的来说,飞机机翼产生升力的原理是一个复杂的物理过程,涉及到气流的流动、机翼的形状、攻角和气流速度等多个因素。
只有这些因素协调配合,飞机机翼才能够产生足够的升力,使飞机能够在空中飞行。
飞机的升降原理
飞机的升降原理
飞机的升降原理是基于空气动力学的原理。
当飞机以一定的速度在空气中运动时,机翼上的气流分离,使得上、下机翼表面的气压产生差异。
根据伯努利定律,气流速度越快,气压越低。
因此,在飞行时,机翼上表面的气压较低,下表面的气压较高,形成了升力。
升力是飞机上升的力量,它的大小取决于机翼形状、机翼横截面积和飞行速度。
机翼的形状被设计成上表面较为平直,下表面较为弯曲,这种称为卵翼形。
当飞机飞行时,空气在上下机翼表面产生的分离气流,使得上表面气流速度变快,形成较低气压,相对于下表面产生的较高气压,从而产生升力。
升力的方向垂直于机翼的平面。
飞机的升降是通过控制升降舵实现的。
升降舵位于飞机的尾部,在升降舵上下运动时,会改变机翼的相对迎角,进而改变升力的大小。
当升降舵向下运动时,会增大机翼的迎角,增加升力,飞机就会上升。
当升降舵向上运动时,会减小机翼的迎角,减小升力,飞机就会下降。
需要注意的是,飞机的升降不仅仅依赖于升降舵的调整,还与飞机的重心位置、动力装置以及其他控制面的配合运动等多个因素相互作用。
这些因素的调整和协调可以使飞机保持平稳、安全的飞行状态。
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伯努利原理和机翼升力
第一节伯努利原理
图1- 两张纸在内外压强差作用下靠拢
飞机机翼地翼剖面又叫做翼型,一般翼型的前端圆钝、后端尖锐,上表面拱起、下表面较平,呈鱼侧形。
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。
当气流迎面流过机翼时,流线分布情况如图2。
原来是一股气流,由于机翼地插入,被分成上下两股。
通过机翼后,在后缘又重合成一股。
由于机翼上表面拱起,是上方的那股气流的通道变窄。
根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知,机翼上方的压强比机翼下方的压强小,也就是说,机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大,这个压力差就是机翼产生的升力。
图2- 气流从机翼上下方流过的情况
飞机机翼地翼剖面又叫做翼型,一般翼型的前端圆钝、后端尖锐,上表面拱起、下表面较平,呈鱼侧形。
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。
当气流迎面流过机翼时,流线分布情况如图2原来是一股气流,由于机翼地插入,被分成上下两股。
通过机翼后,在后缘又重合成一股。
由于机翼上表面拱起,是上方的那股气流的通道变窄。
根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知,机翼上方的压强比机翼下方的压强小,也就是说,机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大,这个压力差就是机翼产
第二节翼型各部分名称
翼型的各部分名称如图1 所示。
翼弦是翼型的基准线,它是前缘点同后缘点的连线。
中弧线是指上弧线和下弧线之间的内切圆圆心的连线。
中弧线最大弯度用中弧线最高点到翼弦的距离来表示。
在一定的范围内,弯度越大,升阻比越大。
但超过了这个范围,阻力就增大的很快,升阻比反而下降。
中弧线最高点到翼弦的距离一般是翼弦长的4%~8%中弧线最高点位置同机翼上表面边界层的特性有很大关系。
竞时模型飞机翼型的中弧线最高点到前缘的距离一般是翼弦的25%、50%。
翼型的最大厚度是指上弧线同下弧线之间内切圆的最大直径。
一般来说,厚度越大,阻力也越大。
而且在低雷诺数情况下,机翼表面容易保持层流边界层。
因此,竞时模型飞机要采用较薄的翼型。
翼型最大厚度一股是翼弦的6%、8%。
但是,线操纵特技模型飞机例外,它的翼型最大厚度可以达到翼弦的12%、18%。
翼型最大厚度位置对机翼上表面边界层特性也有很大影响。
翼型前缘半径决定了翼型前部的“尖”或“钝”,前缘半径小,在大迎角下气流容易分离,使模型飞机的稳定性变坏,前缘半径大对稳定性有好处,但阻力又会增大。
第三节翼型种类常用的模型飞机翼型有对称、双凸、平凸、凹凸,s 形等几种,如图2所示对称翼型的中弧线和翼弦重合,上弧线和下弧线对称。
这种翼型阻力系数比较小,但升阻比也小。
一般用在线操纵或遥控特技模型飞机上双凸翼型的上弧线和下弧线都向外凸,但上弧线的弯度比下弧线大。
这种翼型比对称翼型的升阻比大。
一般用在线操纵竞速或遥控特技模型飞机上平凸翼型的下弧线是一条直线。
这种翼型最大升阻比要比双凸翼型大。
一般用在速摩不太高的初级线操纵或遥控模型飞机上凹凸翼型的下弧线向内凹入。
这种翼型能产生较大的升力,升阻比也比较大。
广泛用在竞赛留空时间的模型飞机上
S 形翼型的中弧线象横放的S 形。
这种翼型的力矩特性是稳定的,可以用在没有水平尾翼的模型飞机上
第四节失速原理
在机翼迎角较小的范围内,升力随着迎角的加大而增大。
但是,当迎角加大到某个值时,升力就不再增加了。
这时候的迎角叫做临界迎角。
当超过临界迎角后,迎角再加大,阻力增加,升力反而减小。
这现象就叫做失速。
产生失速的原因是:由于迎角的增加,机翼上表面从前缘到最高点压强减小和从最高点到后缘压强增大的情况更加突出。
当超过临界迎角以后,气流在流过机翼的最高点不多远,就从翼表面上分离了,在翼面后半部分产生很大的涡流见图1 ,造成阻力增加。
升
第五节人工扰流方案
要推迟失速的发生,就要想办法使气流晚些从机翼上分离。
机翼表面如果是层流边界层,气流比较容易分离;如果是絮流边界层,气流比较难分离。
也就是说,为了推迟失速,在机翼表面要造成絮流边界层。
一般来说,雷诺数增大,机翼表面的层流边界层容易变成絮流边界层。
但是,模型飞机的速度很低,翼弦很小,所以雷诺数不可能增大很大。
要
推迟模型飞机失速的发生,就必须要想别的办法。
人们发现通过人工扰流,也可以使层流边界层变成絮流边界层。
具体的做法很多,如图2所示。
其中a是在机翼上表面
前缘部分贴上了细砂纸或粘上了碎木屑;b 是在机翼上表面近前缘部分帖上了一条细木条或粗的扰流线;c 是在机翼翼展前缘部位,每隔一定距离垂直地开一拍绕流孔;d是在前缘前面粘一张有弹性的绕流线;e 是在前缘粘上呈虚线状的扰流器;f 是在前缘粘上锯齿形扰流器。
第六节螺旋桨
图1- 桨叶剖面的合成速度
螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力的装置。
螺旋桨的效率的高低会直接影响到模型飞机的飞行成绩
螺旋桨桨叶的工作原理和机翼十分相似。
如果把桨叶取下来观察,就会发现它是一个扭曲着的机翼。
桨叶剖面和机翼剖面差不多。
桨叶和机翼的区别在于,机翼在空气中的运动基本上是平动的,而桨叶既绕着桨轴旋转,又随着飞机千起前进。
螺旋桨的拉力就是靠桨叶在空气中运动而产生的。
由于桨叶既有旋
转运动,又有向前运动,所以吹过桨叶的气流包括两部分:直于
桨轴的气流,另一部分是来自前面平行于桨轴的气流。
第二章机翼阻力
摩擦阻力:当空气流过机翼表面的时候,由于空气的粘性作用,在空气和机翼表面之间会产生摩擦阻力。
如果机翼表面的边界层是层流边界层,空气粘性所引起的摩擦阻力比较小,如果机翼表面的边界层是紊流边界层,空气粘性所引起的摩擦阻力就比较大。
为了减少摩擦阻力,可以减少模型飞机同空气的接触面积,也可以把模型飞机表面做光滑些。
但不是越光滑越好,因为表面太光滑,容易保持层流边界层,而层流边界层的气流容易分离,会使压差阻力大大增加。
部分是来自侧面垂
图1- 平板的压差阻
力
图2- 采用流线型可减小阻力
压差阻力:一块平板,平行于气流运动阻力比较小,垂直于气流运动阻力比较大,如图1 所示。
因为这种阻力是由于平板前后存在压力差而引起的,所以,我们把这种阻力叫做压差阻力。
如果进行进一步的研究,可以看到,产生这个压力差的根本原因还是由于空气的粘性。
压差阻力同物体的形状,物体在气流中的姿态以及物体的最大迎风面积等有关,其中最主要的是同物体的形状有关。
如果在那块垂直于气流的平板前面和后面都加上尖球形的罩,成为流线型的形状,见图2,它的压差阻力就可大大减小,有的可减小90%。
所以,一般模型飞机的部件都采用流线型的。
在通常的情况下,机翼的阻力主要就是压差阻力和摩擦阻力。
它们的和几乎就是总的阻力,叫做翼型阻力。
但是,这两种阻力在总阻力中所占的比例随物体形状的不同而有所变化。
对于流线型好的物体摩擦阻力是主要的,对于流线型不好的物体,压差阻力是主要的。
第二节诱导阻力
图1- 机翼两端的涡流
诱导阻力: 在机翼的两端,机翼下表面压力大的气流绕过翼尖,向机翼上表面的低压区流动,于是在翼端形成一般涡流,如图1 所示。
它改变了翼端附近流经机翼的气流方向,引起了附加的阻力。
因为它是升力诱导出来的,所以叫做诱导阻力。
减小诱导阻力
减小诱导阻力的办法是增大展弦比。
一般把机翼两翼端间的距离叫做翼展。
翼展同翼弦的比叫做展弦比,如果机翼又细又长,即它的展弦比大。
展弦比越大,诱导阻力也就越小。
另外,还可以把机翼形状做成梯形或椭圆形(见图2),这两种形状机翼的诱导阻力比矩形机翼的诱导阻力小。