视频字幕
飞机能够飞起来是因为四个基本力的相互作用。这四个力分别是:升力、重力、推力和阻力。升力是机翼产生的向上的力,重力是地球对飞机的向下引力,推力是发动机提供的向前的力,阻力是空气对飞机运动的阻碍力。当升力大于重力时,飞机就能上升;当推力大于阻力时,飞机就能向前飞行。这四个力的平衡关系决定了飞机的飞行状态。
伯努利定律是解释升力产生的重要原理之一。该定律指出:当流体速度增加时,压强会减小。我们可以通过管道实验来理解这个原理。在管道的窄处,流体速度增加,压强降低;在宽处,流体速度较慢,压强较高。将这个原理应用到机翼上:机翼上表面设计成弧度较大的形状,使得上方气流速度快、压强小;下表面相对平坦,气流速度慢、压强大。这样就在机翼上下表面形成了压强差,产生向上的升力。
牛顿第三定律也是解释升力产生的重要原理。该定律指出:作用力与反作用力大小相等,方向相反。机翼的作用是改变气流的方向,将流过的空气向下偏转。当气流经过机翼时,不仅上表面的气流被向下引导,下表面的气流也被向下推动,在机翼后方形成明显的下洗流现象。根据牛顿第三定律,机翼对气流施加向下的力,气流就会对机翼产生大小相等、方向相反的向上反作用力,这就是升力。机翼通过改变气流的动量来获得升力,这与伯努利定律共同解释了升力的产生机制。
机翼设计中有几个关键因素影响升力的大小。首先是机翼面积,面积越大升力越大。其次是飞行速度,速度的平方与升力成正比。第三是攻角,也叫迎角,这是机翼与水平方向的夹角。适当增加攻角可以显著提高升力,但攻角过大会导致气流分离,造成失速现象。空气密度也很重要,高海拔空气稀薄会减少升力。最后是机翼的形状设计,不同的翼型有不同的升力系数。升力的计算公式是:L等于二分之一乘以空气密度、速度平方、机翼面积和升力系数的乘积。理解这些因素有助于优化飞机设计和飞行性能。
推力是飞机前进的动力,主要来源于螺旋桨发动机或喷气发动机。飞机通过三个主要控制面来实现各种飞行动作。副翼位于主机翼上,通过差动偏转控制飞机的滚转运动,实现左右倾斜。升降舵位于水平尾翼上,控制飞机的俯仰运动,实现爬升和下降。方向舵位于垂直尾翼上,控制飞机的偏航运动,实现左右转向。飞行员通过操纵杆和脚舵来控制这些舵面,协调使用可以实现复杂的飞行动作。整个飞行系统将升力、推力、重力、阻力四个基本力,以及各种控制面的作用结合起来,使飞机能够安全可控地在空中飞行。