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为什么飞机要飞到万米高空 飞机的原理是什么

更新时间:2022-05-19 17:19:26

导语:在目前所有的交通中,飞机飞的高度是最高的了。飞机是飞的又高又快,而且是比较安全的交通方式。那么,大家清楚为什么飞机要飞到万米高空?飞机的原理是什么?下面是小编精心准备的内容希望对大家有所帮助!

为什么飞机要飞到万米高空

因为从安全层面和经济层面考虑,飞机飞到万米高空是比较合理的。空中虽然没有路线,但他是有航线的。世界上地面的汽车一样,它是需要受到空中系统的管制的。不可能自己想怎么飞就怎么飞,乱飞是极为不安全的。按照普遍的情况来看的话,在1万米左右的高空不管从安全层面,还是经济角度的方面来看都是非常好的!

首先在1万米左右的高空,都是属于平流层了,几乎不会看得到飞鸟。我们都知道,一只飞鸟对于飞机来说那是致命的。另外这一层的空气是比较稀薄的,那么飞机在飞行的时候,遇到了气流就比较稳定,这阻力也比较少。所以它的油耗量要比在其他层次少一些,经济角度来看就非常划算了。

但也并不是不分时间的都需要在这样的一个高度飞行,如果遇到了比较糟糕的天气状况或者是飞机本身出现了故障。那么它就会根据地勤发出的指令,对于飞行的高度作出一定的调整。

飞机的原理

与气球、飞艇等利用空气浮力升空的飞行器不同,飞机是密度大于空气的飞行器,其主要的升力来源是机翼在空气中运动所产生的动力。

在了解飞机升力的产生之前,我们需要认识空气流动的特性,即空气流动遵循的两个定理:连续性定理和伯努利定理。

人们假设空气的流动是在一个个看不见的管道中进行的,这些管道被称为“流管”。所谓连续性定理,即当空气在流管流动时,同一时间内,流经各个截面的空气质量是相同的。伯努利定理则说的是:空气在流管中流动时,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。

切出机翼的横截面,我们可以发现其上表面的弯曲程度要比下表面的大。气流流过机翼时,空气在前缘被分为两部分,分别从机翼上下表面流过。根据连续性定理,在某一瞬间分离的空气,又会同时到达机翼的后缘,汇合后继续向后方流去。由于机翼上表面向上弯曲,空气流动的空间缩小,速度就加快。而机翼下表面空气流动的空间扩展,速度变慢。再根据伯努利定理,上表面相对较快的气体对机翼的压强会小于下表面较慢的气体对机翼的压强,综合的效果就使机翼受到了一个向上的合力(升力),使飞机凌空而起。

飞机理论发展史

要知道,伯努利和牛顿都没有想过用自己的理论可以解释飞机的升力。他们各自生活的时代距离飞行时代还有很长一段时间。当莱特兄弟成功将飞机飞上天后,同时代的科学家迫切地需要理解空气动力学中的升力,解释飞行背后的秘密,这两种理论才因此被重新发现和套用。

20世纪初期,有几位英国科学家推进了升力的技术和相关的数学理论。他们认为,空气是一种完美的流体,这意味着它不可压缩,粘度为零。虽然这与空气的实际特性有区别,但对需要理解和控制机械设备飞行的科学家而言,做出这样的假设也是可以理解的,因为这会使数学计算变得更简单、更直接。但这种简化也需要付出相应的代价:在理想的不可压缩气体中,无论算出的翼型在数学上多么成功,实际应用时都会表现出各种缺陷。

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)也曾致力于研究升力问题。1916年,爱因斯坦给出了一个基于不可压缩和无摩擦流体(也就是理想流体假设)的解释。虽然没有提到伯努利的名字,但他给出了一个与伯努利原理基本一致的解释。他说,流体压力在速度较慢的地方更大,反之亦然。为了利用这些压力差,爱因斯坦提出了一种机翼顶部略带隆起的设计,这样的形状可以增加隆起部位的气流速度,从而降低那里的压力。

爱因斯坦或许认为,基于理想流体的分析同样适用于现实世界的流体。1917年,在理论的基础上,爱因斯坦设计了一种被称为猫背翼的翼型。随后,他把设计方案带给柏林的飞机制造商LVG 。这家公司围绕设计方案制造了一架新的飞行器。但试飞员却报告说,这架飞机在空中摇摆不定,就像“一只怀孕的鸭子”。1954年,爱因斯坦表示,当初短暂涉及航空业的行为更像是“年轻人的愚蠢行为”。

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