飞机怎么生肖?
这,题目可有点刁钻古怪了哈,要回答这个问题,就得从飞行的基本原理说起了—— 物体为什么会运动呢?因为力(F=ma),而什么是力呢?牛顿说过,力是改变物体运动状态的原因;那什么是运动状态呢?牛顿又说,运动状态包括速度(v)和加速度(a),这两个量组成一个向量\vec{v} ,而这个向量的方向正好就是该物体运动的方向。
好,现在回到飞机上 \vec{F_t}\cdot\vec{m}=\vec{f_c}\cdot\vec{m}+\vec{f_\omega}\cdot\vec{m}\\
其中 \vec{F_t} 是作用于飞行员(或者飞机)的总冲击力,它包含气动外载荷(风阻等)、结构载荷(机身受到的压缩和拉伸力以及由此产生的转动效应)、液压传动、电机转矩等等。而 \vec{f_c} 和 \vec{f_\omega} 分别是气流上压和旋涡引起的力(这里只考虑上下压而不是前后压是因为机翼上下的压力差是由迎角决定的)。
这个方程是个动力学方程,如果没有外力(比如阻力,这时飞行器就处于自由飞行状态),且没有考虑非线性(也就是空气不是理想流体),那么解这个微分方程就可以得到一系列的速度分布,而这些速度分布正是产生升力的原因所在。
至于为什么有升力,这是因为上式右边第二项存在一个与迎角无关的项目,而第一项在低转速下往往比第二项小得多,因此在这个方程的边界条件中,当迎角很小时,\vec{f}_c\ll\vec{f}_\omega,此时上式可近似为: m\frac{dv}{dt}=-\alpha v^3+\beta v^2 其中 \alpha=\frac{\partial f_c}{\partial v} 是导数,而 \beta 则是对应的微分矩阵元素。
好了,有了这个方程,再加上一些边界条件(这些边界条件涉及空气动力特性和结构特性,在这里我就不写了)就可以求出速度分布了。当然,实际的情况要比这个复杂许多,比如要考虑非线性气流(也就是空气不是理想的流体),也要考虑由副翼、襟翼带来的非周期横滚力矩,不过总体思路就是这样。
最后顺便说一句,之所以选飞行动力学的问题是因为这个比较简单,而且能体现出比较完整的分析过程,其实飞安问题里有很多值得深挖的内容,只是太专业太深奥(特别是需要大量计算),在此就不多啰嗦了。