飞机为什么可以飞起来?原理是怎样的?

看到很多人说伯努利原理:

机翼上沿和下沿之间,由于空气的流速不一样,产生了一个压强差,进而产生一个向上的升力。这是飞机起飞的原理的最常见的解释。但是实际上,这个力是存在的,但并不是起主导作用的因素。

为什么这么说呢?如果只看伯努利原理,那么升力产生的方向一定是垂直于机翼,指向机翼的上方的。而当飞机上下颠倒的时候,则机翼的受力就会指向下方,飞机也就无法继续飞了。然而实际上,飞机是可以倒飞的:

飞行表演中一正一倒飞在一起的两架飞机。

如果只考虑伯努利原理,那上面那一架飞机妥妥的早就该掉下来,顺便把下面一架也砸下来了。但是人家还好好飞着呢。

而且实际上,飞机机翼的上沿和下沿,其长度未必有很大差别:

图中是一种典型的商用飞机的机翼截面。

那飞机飞起来,到底是为什么呢?飞机升力的主要来源,其实并不完全是伯努利原理带来的压强差。伯努利原理带来的升力,在低速(200-300km/h)的情况下,可以说很重要。但是在高速情况下,就没有那么关键了。

在航空航天的领域,有一句俗语说得好:只要动力给的足,板砖都能飞上天。

只要向前的动力给的足,让机翼有一点点仰角(攻角),前方的气体就能给机翼一个很大的压力,从而让飞机获得升力。牛顿第三定律,是升力的另一个来源。

当然,不论是伯努利原理还是牛顿第三定律,都是对飞机原理的极大简化。流体是复杂的,有黏度、连续性等等一系列并不“理想”的性质,因此描述起来也很复杂。

常用来描述飞机机翼的流体力学特性的N-S方程。这里不做详解,感兴趣的可以去找教科书读一读,不感兴趣的也可以感受一下有多复杂。

最后,向给人类社会插上翅膀的航空航天工程师们致敬~

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