基本航空力學

文: (Nomad) Joe Chang


Bernoulli's Principle (浮力部分的詳解)

 

 

(Bernoulli這人中文我不知一般是怎麼翻譯的, 這裡就以原名來寫吧,

反正在這裡也只是提提他的理論,

要是大家對流體力學細節部分沒興趣的話...他是誰其實不是很重要的 ^_^)

 

雖說大家不一定會感興趣

不過還是多少提一提他的生平吧...

Bernoulli, Daniel (1700-1782), 瑞士的數學家

曾經得過10次法國學術年度獎項(Annual prize of the French Academy)

他對於數學, 物理, 及流體力學有著及卓越的貢獻

他著名的理論有, Bernoulli's Principle, Kinetic Theory, 和Bessel Functions等等...

 

今天我們要提到跟飛行及浮力有關係的, 則是他著名的Bernoulli's Principle

這個理論最重要的觀念其實只有一句話

也就是:當流體移動的速度越快, 它所承受的壓力也就越小

 

那, 有人或許看到這裡要問

上面說了一大串, 跟飛機的飛行到底有什麼重要的關係呢??

首先請先看下面這張圖

(以上圖片取自於 Engineering Fluid Mechanics, by Roberson/Crowe)

 

上面這張圖, 也就是一般飛機機翼的剖面圖(弧狀部分為前端, 尖狀為後端)

機翼的上方略成弧形, 且長度比機翼的下方來的長

當飛機以高速向前移動時, 空氣(流體)則會向後移動 (相對於機翼來說)

此時, 因為空氣不論通過機翼的上方或下方都需要同樣的時間

但, 因為上方機翼距離比下方長, 所以通過機翼上方的空氣速率就高過通過下方的空氣

(註...距離=速率/時間)

 

那再回頭看看剛剛提到的 Bernoulli's Principle

其中說到當流體移動的速度越快, 它所承受的壓力也就越小

所以

因為通過機翼上方的空氣較快, 所以它承受的壓力較小

因為通過機翼下方的空氣較慢, 所以它承受的壓力較大

最後結果就因為上方壓力小, 下方壓力大, 壓力大的往壓力小的地方移動

所以就會產生一股向上的力, 此即為浮力..

結果如下圖所示的

(以上圖片取自於, Building Science for a Cold Climate, by Neil B Hutcheon, and Gustav OP. Handegord)

 


由以上的理論我們另外可以得到幾個簡單但實用的結論

 

1. 當速度越快時, 浮力也越大 (前一章有提到過)

因為當速度越快時, 機翼上下空氣流速的差距也越大, 相對的壓力的變化也越大

 

2. 當速度越快時, 能飛的高度也增加

這原因同第一項

 

3. 高度越高浮力越低

這是因為高度越高時, 空氣越變的稀薄

換句話說, 通過機翼的空氣相對減少,

這時若要保持上升的話, 就需要增加推力(也就是引擎的動力)

但因為引擎推力有其上限, 所以飛行器最終會到達一個其高度上限

 


最後修改日期99-01-15, 版權所有者 Nomad (c)

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