牛頓第二定律:當(dāng)一個(gè)物體收到一個(gè)恒定力的作用時(shí),其加速度和物體的質(zhì)量成反比,和物體的所施加的力成正比。這里所涉及的就是克服牛頓第一定律的慣性的因素。其包含方向和速度的改變,有兩層含義:從靜止到運(yùn)動(dòng)(正加速度)和從運(yùn)動(dòng)到停止(負(fù)加速度或者減速)。
牛頓第三定律:無(wú)論何時(shí)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力量,那么另一個(gè)物體也對(duì)這個(gè)物體施加力量,這個(gè)力的大小是相等的,而方向是相反的。開火時(shí)槍的反作用力是牛頓第三定律的形象化例子。游泳冠軍在折回時(shí)對(duì)游泳池壁施加反作用力,或者嬰兒學(xué)步-都會(huì)失敗,但是現(xiàn)象都表現(xiàn)了這個(gè)定律。飛機(jī)上,螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)向后推動(dòng)空氣,所以,空氣向相反的方向推螺旋槳-飛機(jī)前進(jìn)。在噴氣式飛機(jī)上,引擎向后推動(dòng)熱空氣氣流,作用于引擎的反向等大小的作用力推動(dòng)引擎,使得飛機(jī)前進(jìn)。所有交通工具的運(yùn)動(dòng)都形象的演示了牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律。
馬格努斯效應(yīng)
通過(guò)觀察氣流中旋轉(zhuǎn)的圓柱可以很好的解釋升力的原因?拷鼒A柱的局部速率由氣流速度和圓柱的旋轉(zhuǎn)速率共同決定,距離圓柱越遠(yuǎn)其速率越低。對(duì)于圓柱,頂部表面的旋轉(zhuǎn)方向和氣流方向一致,頂部的局部速率高,底部的速率低。
如圖2-2所示,在A點(diǎn),氣流線在分支點(diǎn)分開,這里有個(gè)停滯點(diǎn);一些空氣向上,一些空氣向下。另一個(gè)停滯點(diǎn)在B點(diǎn),兩個(gè)氣流匯合,局部速度相同,F(xiàn)在圓柱面前部有了升流,后面有降流。
表面局部速度的差別說(shuō)明壓力的不同,頂部壓力比底部低。低壓區(qū)產(chǎn)生向上的力稱為“馬格努斯效應(yīng)”。這種機(jī)械降低的循環(huán)演示了旋轉(zhuǎn)和升力之間的關(guān)系。
正迎角的機(jī)翼產(chǎn)生的氣流使得機(jī)翼尾部的停滯點(diǎn)稱為尾部邊緣的尾巴,而前面的停滯點(diǎn)前導(dǎo)機(jī)翼邊緣的下方。
壓力的伯努利原理
牛頓發(fā)表其定律的半個(gè)世紀(jì)之后,一個(gè)瑞士數(shù)學(xué)家伯努利先生解釋了運(yùn)動(dòng)流體(液體或者氣體)的壓力是如何隨其運(yùn)動(dòng)速度而變化的。特別的,他說(shuō)道運(yùn)動(dòng)或者流動(dòng)的速度增加會(huì)導(dǎo)致流體壓力的降低。這就是空氣通過(guò)飛機(jī)機(jī)翼上曲面所發(fā)生的。
可以使用普通管子里的水流來(lái)作個(gè)模擬。在恒定直徑的管子中流動(dòng)的水對(duì)管壁施加一致的壓力;但是如果管子的一段直徑增加或者降低,在那點(diǎn)水的壓力是肯定要變化的。假設(shè)管子收縮,那么就會(huì)壓縮這個(gè)區(qū)域里的水流。假設(shè)在一樣的時(shí)間流過(guò)收縮部分管子的水量和管子收縮前是一樣的,那么這個(gè)點(diǎn)的水流速度必定增加。
因此,如果管子的一部分收縮,它不僅增加流速,還降低了所在點(diǎn)的壓力。流線型的固體(機(jī)翼)在管子中同一點(diǎn)也會(huì)得到類似的結(jié)果。這個(gè)一樣的原理是空速測(cè)試和機(jī)翼產(chǎn)生升力能力分析的基礎(chǔ)。
伯努利定理的實(shí)踐應(yīng)用是文氏管。文氏管的入口比喉部直徑大,出口部分的直徑也和入口一樣大。在喉部,氣流速度增加,壓力降低;在出口處氣流速度降低,壓力增加。如圖2-4
機(jī)翼設(shè)計(jì)
在討論牛頓和伯努利的發(fā)現(xiàn)的章節(jié)里,我們已經(jīng)一般性的討論了飛機(jī)比空氣重而機(jī)翼為什么能夠維持飛行的問題;蛟S這個(gè)解釋能夠最好的簡(jiǎn)化為一個(gè)最基本的概念,升力就是機(jī)翼上空氣流動(dòng)的結(jié)果,或者用日常語(yǔ)言來(lái)說(shuō),就是因?yàn)闄C(jī)翼在空氣中的運(yùn)動(dòng)。
由于機(jī)翼利用其在空氣中的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生力量,下面降會(huì)討論和解釋機(jī)翼結(jié)構(gòu)以及前面討論的牛頓和伯努利定律的材料。
機(jī)翼是一種利用其表面上運(yùn)動(dòng)的空氣來(lái)獲得反作用力的結(jié)構(gòu)。當(dāng)空氣收到不同的壓力和速度時(shí),其運(yùn)動(dòng)方式多種多樣。但是這里討論的是限于飛行中飛行員最關(guān)心的那些部分,也就是說(shuō)機(jī)翼是用來(lái)產(chǎn)生升力的?匆幌碌湫偷臋C(jī)翼剖面圖,如機(jī)翼的橫截面,就可以看到幾個(gè)明顯的設(shè)計(jì)特征。如圖2-5
請(qǐng)注意機(jī)翼的上表面和下表面的彎曲(這個(gè)彎曲稱為拱形)是不同的。上表面的彎曲比下面的彎曲更加明顯,下表面在大多數(shù)具體機(jī)翼上是有點(diǎn)平的。在圖2-5中,注意機(jī)翼剖面的兩個(gè)極端位置的外觀也不一樣,飛行中朝前的一端叫 前緣,是圓形的,而另一端叫尾緣,相當(dāng)?shù)募猓叔F形。
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