航飞知识手册之十：伯努利定律和翼型，空气流动中的奥秘？

您当前的位置：首页 > 航飞知识

航空知识手册之十：伯努利定律和翼型

伯努利定律

空气接触到物体，如机翼时，会发生偏转现象，部分空气会从机翼的上表面流过，另一部分则从下表面流过。在这一流动过程中，速度和压力会经历复杂的变化。若要产生升力，机翼上下表面的平均压力必须存在差异。

伯努利的理论阐述了流体流动速度与流动中各点压力之间的关联。这一理论在运动与能量定律中扮演着至关重要的角色。在管道和轮船等场合的流体流动研究中，它构成了最根本的理论基础，同样，在空气动力学和飞行领域，其地位亦不容忽视。

设想一个在均匀流动或顺畅流动中的空气颗粒，若该颗粒在各个方向上所受的推力均等，则该颗粒将保持一种平衡态势。一旦存在任何不平衡的推力，该颗粒的平衡状态将被扰乱。依据牛顿第二运动定律，该颗粒将发生加速或减速。若尾部的推力超过前部的推力，其速度将上升；相反，若尾部的推力不及前部的推力，其速度则会下降。微团在靠近低压区域时速度会加快，而在接近高气压区域时则会减慢。对此现象，我们还可以换一种说法，即流体速度一旦下降，其压力便会相应上升。微团并非独立存在，而是流动体系中的组成部分，这一规律对每一个微团都适用。因此，当流动靠近低压或高压区域时，其速度会相应地增加或减少。这一原理的数学表述形式为伯努利定理，具体用以下公式来体现，其中ρ代表的是压强。

常熟的空气密度保持不变，因此压力与速度成为了可变的因素。若一方上升，另一方则相应下降。这一原理在文氏管中得到广泛应用，该装置常用于航空领域进行气流测量，同时在日常生活中，它也能通过调节水龙头或橡胶软管来产生高速水流。

流体在收缩管道中流动，管道内部空间完全被填满。单位时间内，有固定质量的流体进入，同时也有等量的流体从出口流出。管道的收缩部分横截面较小，因此流经该区域的流体速度必须提升，以确保在相同时间内排出等量的流体。依据伯努利原理，速度的提升将导致收缩区压力的下降。在收缩区域中，耳朵内的空气变得狭长，而当它进入管道较宽的部分时，又恢复到了原本的形态，这一过程便造就了流线。

物体在流动过程中，若流动形态为流线型，便会产生类似的流动形态变化，并且伴随着流速与压力的相应调整。而这股流经机翼的气流，其流动特征与上述情况极为相似。

翼型和机翼升力系数

机翼的效能很大程度上取决于翼型的设计，其中翼型的弯曲程度和厚度在其中扮演着关键角色。

飞行器的主体及其类似形状的构件亦能产生些许升力，其强度与形状及迎角密切相关。针对航天任务中的载人飞行器，人们特别设计了一种无翼的“升力体”。然而，对于常规飞行器而言，机体对升力的贡献往往可以忽略不计。机身确实会产生一些力量，这些力量与升力相当，它们会影响到飞行器的稳定性能。此外，这些力量通常与使飞行器在特定迎角下保持平衡的安定面所施加的力方向相反。类似的不稳定因素，即横侧向的不稳定，可以通过垂直安定面来遏制。垂直安定面是一个与机身垂直安装的小型翼面，它能够产生侧向力，从而纠正飞行器的偏航和侧滑现象。