飞机为什么能飞起来是什么原理_飞机为什么不会掉下来[动画演示]

飞机机翼原理

古代，人们常常幻想自己可以像鸟儿一样飞起来，如今，坐在飞机上往返于城际之间已经成为了日常，我们在感叹科技发展的同时，不禁好奇：飞机为什么能飞起来？得到的答案会是：因为飞机有机翼，那么，为什么机翼能让飞机飞起来呢？是什么让飞机不会掉下来呢？下面就来说说飞机飞起来的原理并通过动画来做一下演示。


　　

飞机的定义

　　如果我问你，什么是飞机？你会给出怎样的答案呢，飞机的定义是：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，按照其使用的发动机类型又可被分为喷气飞机和螺旋桨飞机。按此定义，靠旋转翼产生升力的直升机不是飞机。飞机、直升机还有导弹等能在空中飞的物体叫飞行器。


　　

飞机为什么能飞起来？

　　飞机为什么能飞起来呢？飞机飞行与风筝飞行是一个道理，只不过不用你拉着跑了，其向前的动力由发动机提供，它相对于空气的速度越大，角度越大，其竖直方向的分力也越大，也就是升力越大，当然，角度越大，其水平方向的分力也越大，空气阻力也就越大，要达到相同的水平速度，对发动机的功率要求也就越大。相反，角度越小，其竖直方向的分力越小，升力也越小，要想达到相同的升力，速度要求就越高。这就需要飞机的角度取值在一个合理的最佳范围内。


　　为了使飞机达到足够的速度，需要通过发动机给飞机加速。而加速的过程是缓慢的，毕竟飞机是一个庞然大物，即便有的发动机一台的推力就可以达到四十、五十吨，但是推动一台几百吨重的飞机往前移动，加速度依旧是很慢，所以需要一段很长的跑道逐渐加速，直到速度达到之后才可以起飞。

　　飞机之所以能飞起来，归根结底来自机翼提供的升力，固定翼飞机如此，旋转翼飞机也是一样的道理。至于升力的产生原理，这个就牵涉到大学里的一门比较难懂的课程《流体力学》中的一个知识——伯努利原理。


　　伯努利原理的实质是流体的机械能守恒，或者用公式来表达就是流体的动能、重力势能与压力势能之和为常数。用这个原理我们可以推论出流体流速非常快时，压强就会变得很小；相反的，流速慢时，压强相对较大。用这条推论就可以解释为什么飞机机翼会产生升力。

　　飞机静止的时候，流过机翼表面的速度为0，此时飞机的升力也为0。当飞行员启动飞机发动机，飞机开始向前运动，机翼切割空气产生相对气流，此时机翼开始产生升力，并且升力随着飞机滑跑速度的增大而快速增大。直到某一时刻，飞机的升力等于飞机自身的重力的时候，飞行员拉杆使飞机抬头，飞机便可以上天了。

　　当飞机飞行时，机翼在空气中运动，将前方的空气分割成上下两层，上表面气流通道窄，气流速度快，压力变小。下表面气流通道较宽，气流速度较慢，相对压力较大，于是产生升力。

　　所以，飞机只有在飞行的时候，机翼才可以产生升力。

　　

图解飞机飞起来的原理

　　大多数飞机由五个主要部分组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。


　　飞机的飞行要解决两个问题：一是上升；二是前进。前进靠的是发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力。 上升是根据伯努利原理，即流体（包括气流和水流）的流速越大，其压强越小；流速越小，其压强越大。还有，升力和迎角等都有很大关系。

　　气流流过的压力差产生了升力



　　飞机运动的三轴简化：俯仰、滚转、偏航。

　　滚转是副翼控制▼


　　俯仰运动靠升降舵控制▼


　　偏航运动靠方向舵控制▼


　　

直升机是如何保持平衡的？

　

　（1）直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力。

　　直升飞机的桨叶大概有2—3米长，一般有5叶组成。普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的，而直升飞机是靠螺旋桨转动，拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时，螺旋桨越转越快，产生的升力也越来越大，当升力比飞机的重量还大时，飞机就起飞了。在飞行中飞行员调节高度时，就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了。

　　

（2）直升飞机的横向稳定。

　　因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋，那么根据动量守衡，机身就也会旋转，因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飞机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用，飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼，就必须把直升飞机的机身加长，所以，直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。

　　

决定飞机升力大小的因素

　　不难想象，大飞机重量大，要想飞上天，所需升力自然就要比小飞机所需升力大。飞机升力的大小又跟哪些因素有关系呢？


　　飞机升力的大小还跟以下几个因素有关：

飞机的机翼面积、空气密度、飞行速度以及飞行迎角。

　　机翼面积越大，升力越大。其实，前文在解释升力形成时提到的压力差，本质上是压强差，压强与面积的乘积才是压力的大小。这样自然机翼面积越大，飞机升力就越大。

　　空气密度和飞行速度是决定飞行条件动压的两个条件。空气密度越大，则空气给予飞机的升力也越大，这很容易理解。飞行速度越大，那么由伯努利原理给出的压强差就越大，升力也就越大。

　　飞行迎角可以理解为飞机机体的方向与气流方向的夹角。在飞机起飞的过程中，我们能看到飞机抬头，这就是飞机的迎角了。通常来说，在一定范围内，飞机迎角越大，升力就越大；但是迎角达到一定程度后，升力就会突然下降，这就是飞机的失速。失速是非常危险的，倘若不及时减小迎角，就会因为失速失去升力而急剧坠落，以致发生飞行事故。历史上有多次飞机失事都源自失速。