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飞机之所以能够飞行,是因为四个基本力的相互作用和平衡。这四个力分别是:升力,它是向上的力,由机翼产生;重力,它是向下的力,来自飞机的重量;推力,它是向前的力,由发动机或螺旋桨提供;阻力,它是向后的力,来自空气阻力。当升力大于重力时,飞机就能升空;当推力大于阻力时,飞机就能前进。
机翼的特殊形状叫做翼型,它是产生升力的关键。翼型的设计非常巧妙:上表面弯曲凸起,下表面相对平坦,前缘圆润,后缘尖锐。当空气流过机翼时,由于上表面的弯曲程度更大,空气必须走更长的路径,因此流速更快。而下表面相对平坦,空气流速较慢。这种速度差异正是产生升力的基础。
伯努利定律是解释升力产生的科学原理。这个定律指出:当流体速度增加时,压力就会减小。用数学公式表示就是:压力加上二分之一乘以密度乘以速度的平方等于常数。在机翼上,上表面的气流速度快,所以压力低;下表面的气流速度慢,所以压力高。这个压力差就产生了向上的升力,使飞机能够克服重力飞行。
攻角是机翼与水平面的夹角,对升力有重要影响。当攻角为零度时,升力较小;攻角在四到六度时,升力适中,适合正常飞行;攻角在十二到十五度时,升力达到最大值;但如果攻角过大,超过临界角度,就会发生失速,升力急剧下降,非常危险。飞行员通过调节攻角来控制升力的大小,实现起飞、爬升、平飞等不同的飞行状态。
推力提供飞行所需的速度,而速度与升力密切相关。发动机或螺旋桨产生推力,推力克服空气阻力使飞机前进。根据空气动力学原理,升力与速度的平方成正比,也就是说速度越快,升力越大。飞机必须达到一定的起飞速度才能产生足够的升力克服重力升空,这个速度通常在每小时一百五十到三百公里之间,具体取决于飞机的重量和机翼设计。