只要搞懂这个方程,就能让自己飞起来吗?

只要搞懂这个方程,就能让自己飞起来吗?

首页模拟经营方程式赛车特技更新时间:2024-07-26

古往今来,多少人曾经幻想过能够插上翅膀,像雄鹰那样搏击长空,自由翱翔!然而,真正使梦想变成现实的,还是20世纪的事。

1903年,美国俄亥俄州代顿市的两位自行车修理工,威柏·莱特和奥维尔·莱特两兄弟,在极其困难的条件下,自制了一架“飞行号”动力飞机。这年12月17日上午10时35分,奥维尔·莱特驾驶着自己的“飞行号”,离开地面在空中飞行了12秒,飞行距离120英尺。这次具有历史意义的飞行,宣告人类开始进入了展翅蓝天的时代!

莱特兄弟与飞机发明

今天,大型的运输机已能把数十吨,甚至上百吨的物品送上蓝天,飞行的速度最快可达音速的几倍;飞行高度可以高达几万米;而且还能中途不着陆,航行于世界的任何两地。那么,是什么神奇的力量帮助人类实现展翅蓝天呢?这是一个有趣而又令人困惑的问题。

大家知道,鸟之所以会飞,全因为有一副强有力的翅膀。翅膀拍击空气,产生了向上升起的力。而自然界中有些植物的种子,则是完全另一种类型。它们有着比人类滑翔机还要完善的“滑翔装置”。

槭树的翅果,在风力的作用下,它能带着比本身重许多的物体一起飞升

读者们肯定有不少人玩过一种叫“竹蜻蜓”的玩具。这是一叶削成螺旋桨似的竹片,两翼截面形状一边厚一边薄,中间固定着一根约10厘米长的小棍。玩的时候把小棍夹在两只手的手心,用力地搓动,使上面连着的竹片跟着急速旋转。然后猛然放手,“竹蜻蜓”腾空而起,越升越高,直至最后转动变慢,旋即失去平衡,曳然落地!

“竹蜻蜓”能够升往空中,是因为当那螺旋桨似的翅翼转动的时候,会产生一种升力,把自身举托到上空。这种神奇升力形成,完全是由于“竹蜻蜓”翅翼的断面不对称的缘故。

“竹蜻蜓”一个翼的断面

当翅翼转动时,气流同时流经翼面的上方和下方。流经下翼面的气流,前后速度没有改变,而流经上翼面的气流,则由于隆起部分使气体的通路相对变窄,因而气流速度相应变大。根据流体运动的伯努利原理,速度大的相应压强小,速度小的相应压强大。这就是说,下翼面受到的压力,大于上翼面受到的压力,这上下翼面的压力的差异,正是“竹蜻蜓”升力的由来。

不过,运动的翼在受到升力的同时,也受到空气的阻力。阻力的大小与翼形息息相关!

下面一个极为有趣的实验,可以帮读者更深刻地理解这一点。人们可以轻而易举地把面前的烛焰,吹得飘向前方,甚至把它吹灭。但并不是所有人都能把前面的烛焰,吹得使它飘向自己!说不定这会使你感到难以置信,但事实是完全可能的。下图将告诉你如何达到这一目的。

试验方法是,在嘴巴与烛焰之间放一张方形的卡片。试验结果是,你越用力吹气,烛焰飘向你越明显!读者不信可以试试!

上述实验表明,方形卡片不仅阻碍了正向气流的运动,而且还会产生一股反向的制动力。如果实验中我们在嘴巴和烛焰之间放的不是方形卡片,而是像鱼类形体那样的流线型物体,那么空气将会像没有受到阻碍似地向前流动。

下图是另一个实验,中间是用纸张做成的近似流线型的阻碍体,钝的一头朝向你。现在任你怎么吹气,烛焰只能乖乖地向前飘去!

下面我们回到“飞天”的问题。人类要实现展翅蓝天的愿望,首先需要一个良好的机翼。而一个良好的机翼至少要满足两点要求:一是必须能产生足够的升力,二是具有流线型的外体。

然而,怎样才能做到这一切呢?在通往蓝天的征途上,人类不能不感谢“俄罗斯航空之父”儒可夫斯基创下的业绩。

尼古拉·儒可夫斯基(ИиколайҖуковский,1847—1921)毕业于莫斯科大学应用数学系。他知识渊博,多才多艺,在航空方面具有很深的造诣。

儒可夫斯基

在儒可夫斯基时代,滑翔机试验刚刚起步,一切全凭在实践中摸索,当时许多科学家都认为,飞行只能从一次又一次的失败中去谋求真理!

儒可夫斯基则认为,必须建立一种飞行理论。他致力于气体绕流的研究,孜孜不倦地探索了几十年,终于在1906年,成功地解决了空气动力学的主要课题,创立了机翼升力原理,找到了设计优良翼型的方法。他匠心独运,引进了一个以复数(z=x yi)为自变量的函数。

这个函数可以把z平面的一个图形,变换为w(ω=u vi)平面的另一个图形。儒可夫斯基证明:z平面上,与过a、-a的圆相切的圆,通过变换将变为

平面上的飞机翼型截面。这个证明为设计各种优良的翼形提供了资料,避免了实践上的盲目性!儒可夫斯基一生成果极多,早在1890—1891年发表的《关于飞行理论》等论文,便预言了在飞行中翻筋斗的可能性。

1906年,正当儒可夫斯基的奠基性论文《论连接涡流》发表之际,他的预言实现了!一位俄罗斯陆军中尉聂斯切洛夫,完成了世界上第一次空中“翻筋斗”的特技表演。

1921年,为表彰儒可夫斯基对航空事业的巨大功绩,列宁发布命令,尊称他为“俄罗斯航空之父”。

来源:《给孩子的数学故事书》

作者:张远南 张昶

部分图源于网络

版权归原作者所有

查看全文
大家还看了
也许喜欢
更多游戏

Copyright © 2024 妖气游戏网 www.17u1u.com All Rights Reserved