在蔚蓝的天空中,飞机犹如一只翱翔的雄鹰,飞越云层,畅快飞行。飞机能够在空中飞行,除了依靠强大的动力推进外,还有两个神奇的力量在默默支撑着它,那就是升力和阻力。让我们一起揭开这些神秘的面纱,深入探究升力和阻力的奥秘。

图 1翱翔天空的国产大飞机—C919

首先,让我们来谈谈升力。升力是飞机飞行时产生的垂直向上的力量,使飞机能够在空中飞行。升力的产生离不开空气动力学的基本原理。当飞机在空气中飞行时,飞机的机翼形状设计使得上表面和下表面之间的空气流动速度和压力不同。以喷气式客机为例,它们通常采用对称翼型,通过机翼的上表面和下表面的曲率巧妙设计,使得飞机在飞行时产生了升力。机翼的上表面比下表面更为凸起,当飞机飞行时,空气在机翼上表面流动速度更快,下表面流动速度较慢。根据伯努利定律,流速较快的气体压力较低,因此机翼上表面的气压较下表面低,形成了一个向上的气压差,从而产生了升力。这个升力力量垂直向上,使得飞机能够克服重力向上飞行。

图 2伯努利原理示意图

有趣的是,升力的产生还和飞机的飞行速度、机翼面积、气温湿度等因素有关。例如,当飞机的速度增加时,产生的升力也会增加,这是因为流过机翼的气体量增多。另外,通过改变机翼倾斜角度、增大机翼面积等设计手段也可以增加升力的产生,进而影响飞机的飞行性能。

图 3飞机表面空气流动示意图

而与升力相对应的阻力则是飞机飞行过程中需要克服的另一种力量。阻力是指飞机在飞行中受到的阻碍其前进运动的力量,是飞机飞行中需要克服的重要阻力来源之一。阻力的大小受飞机速度、气流和飞机外形等因素的影响。飞机前进时,空气会与飞机表面摩擦,产生摩擦阻力;同时,由于空气的压缩和扰动也会产生压力阻力。除此之外,飞机的起落架、机翼、机身等部件也会受到气流的阻力影响。因此,要降低阻力,可以通过优化飞机外形、减小风阻系数、减小飞机匹配段等方式来减少阻力的产生。

图 4飞机飞行过程中的受力图

在飞机飞行中,升力和阻力是密不可分的。升力帮助飞机顺利起飞、保持飞行姿态,阻力则要求飞机消耗更多的能量来克服它,实现飞机在空中稳定飞行。因此,科学合理地利用升力并减小阻力对于提高飞机的飞行效率、节约燃料具有重要意义。

通过深入了解升力和阻力的原理,我们能更好地掌握飞机飞行的规律,进而帮助飞机设计师设计出更高效的飞机结构,帮助飞行员更好地驾驭飞机。飞机飞行的神秘之处,正是在于这些看似简单却又包含着复杂科学原理的力量交织之中。就像一幅天空中的画面,升力和阻力如同舞者,一前一后,共同谱写着空中的绚丽乐章。(孙萌)