我們先看斜面。力F推動斜面上的物體時,斜面會給物體一個作用力,這個作用力有兩個分量,一個是水平的分量f,另一個是垂直分量L。當F大於f時,物體沿水平方向加速運動,因此斜面對物體的作用力增加,於是f和L都增加,當L增大到大於物體重量G的時候,物體就會向上運動。這時我們若問,L與F有關係嗎?我們一定會說他們有關係,沒有F就不會有L。

我們可以看公式

L=Fcotθ

可見L與F是有關係的。

我們再看機翼。機翼在F力的推動下運動,這時空氣會給機翼一個作用力,這個有兩個分量,一個是水平的力f,另一個是垂直的力L。當F大於f時,機翼會水平加速運動,因此空氣對機翼的作用力會增加,於是f及L都會增加,當L增大到大於機翼的重量G的時候,機翼就會上升。這時我們若問,L與F有關係嗎?我們有的人就會說沒有關係,我們有的人則會說,他們有關係,沒有F就不會有L。

那麼到底有沒有關係呢?一些同學說,看下面的升力公式:

L=0.5CyρV^2S

公式中根本就沒有F,所以沒有關係。

在我看來L與F肯定是有關係的,Cy與迎角,也就是θ有關,0.5ρV^2S則與推力F有關。所以這個所謂的升力公式不過是斜面公式L=Fcotθ的變形而已!

我分析的對嗎?歡迎評論。

注意,對推力要廣義的理解,因為即便是用風來產生升力,那也是在用風的推力產生升力。

有人說,沒有發動機的推也產生升力呀,比如風也可以產生升力呀。我說,你那是用風的推力代替了發動機的推力,說明還是要有推力呀。比如斜面,你不推斜面上的物體,而推斜面本身,物體也可以被推到斜面的高處呀。所以還是一回事情,是需要推力的。


知乎小透明冒出來答題,瑟瑟發抖。

先說結論。機翼的確和斜面有相似處,也確實有點顯示出近似斜面的性質,但是流體和剛體又有細微不同,導致推力和升力在小迎角下是近似二次函數關係,而且再往上就會有更大偏差。

流體學的不精,數學也不好,就照本宣科,並盡量以通俗語言說了,免得暴露出我水平不行。以及,我很多東西是英文課本學的,又不想中英混雜,詞說的不準的話別怪我~

飛機在水平勻速飛行中,推力等於阻力,重力等於升力。分析升力阻力是比較常用的方式。升力和推力的關係就是升力和阻力的關係,下面講阻力就是等於推力。

你也提到,飛機升力公式是 [公式] ,飛機阻力公式是 [公式]

用法是這樣的:這兩個公式裡面都有 [公式] ,那是動壓,ρ是氣體密度,u是流速。動壓可以理解為單位體積氣體的動能,也就是風吹機翼強弱的度量。這兩個還有S,是飛機參考面積,一般是主翼面積,是飛機大小的度量。這兩個量定義了外部條件對升力阻力的影響,和推力可以說毫無關係,滑翔機也適用。推力只是平衡阻力,並不決定流速和翼面積。然而如果你看下,這兩個量乘起來單位正好是力。那麼接下來就很好辦了,比較CL升力係數和CD阻力係數這兩個無單位的係數的關係,就是升力和阻力的關係。升力阻力關係是 [公式]

下面會不怎麼區分翼型作為2維流,和機翼上3維流的差別。不知道這些不太影響理解,而且叫我講升力分佈,升力線法這些東西太冗長了,就作罷。

上數據。這是NACA0012和它在雷諾數1,000,000時的數據圖。來自http://airfoiltools.com

NACA0012翼型

NACA0012數據,左上為升力係數和阻力係數關係,右上為升力係數和迎角關係,左下為升阻比和迎角關係,右下為阻力係數和迎角關係。注意左上的拋物線形狀,和右上CL到最後的減小。

左上角就是升力和阻力的關係,可以在小迎角範圍內看出一個近似拋物線的關係。選了個對稱翼型,也就沒有彎度影響,拋物線比較好看。

下面講流體力學。翼型之所以產生升力阻力,是因為他改變了氣流的運動方向。只要分析出氣流的運動,就可以反推出升力阻力。然而,氣流不會像剛體那麼老實地運動。把空氣想像為一羣在火車站趕火車的人。機翼就是在人羣中豎了一堵牆。

找不到帶牆的圖了,拿這張代替。話說,柔性人牆在人羣中是個很有意思的氣動彈性問題喲~

你的分析是基於對剛體的理解。那就是一隊整整齊齊的解放軍叔叔。走過來,遇到牆,整整齊齊往另一個方向去了。牆受到的就是整整齊齊的反作用力,升力阻力就這麼簡單分出來了。

換成流體,因為人羣不像方隊,會亂跑,所以顯然不是分力那麼簡單。 [公式] ,先講CD0, 就是寄生阻力,和升力無關。這主要是摩擦阻力和形狀阻力。摩擦阻力很好理解,就和剛體的滑動阻力差不多。摩擦直接導致機翼附近流體動能損耗,速度變慢,形成阻力。形狀阻力是,一羣人要避開一堵牆,就算不改變人流方向,也要有人往旁邊擠避開牆,過去後再擠回來。這就要損耗動能,擁堵,使人羣通過後速度變慢,形成阻力。

來源維基,不同形狀的寄生阻力組成

CD0講完了,下面來講 [公式] 這項,就是誘導阻力,這是和升力相關的。e0是奧斯瓦爾德效率因子。也就是奧兄提出的,定義一個機翼效率的數字。橢圓翼效率最高,e0為1,其它形狀比如矩形低一點,但也可以通過扭轉機翼使升力分佈為橢圓,這裡不贅述。AR是展弦比,展弦比越高,誘導阻力越低。誘導阻力和升力相輔相成,形影不離,成近似平方關係。那麼就要講到誘導阻力是哪裡來的。

冗長預警

來源quora,解釋誘導阻力和升力分量的圖

這裡有個概念,機翼不僅會改變它後面的氣流,還會改變前面的,至少音速前是這樣。然後,機翼改變氣流的運動,是改變了它的方向,包括往前的部分也會向下偏。也就是說,由於機翼在產生升力,它周圍的氣流並不是水平運動的,而是往下偏轉。升力的定義是垂直於氣流方向的,所以氣流向下偏轉,升力就向後偏轉。這個偏轉角度叫它αi。由於它自己造成的氣流偏轉,升力向後的分量,就叫誘導阻力, [公式]小角度下可以假設CL不變,不因為損失分量而需要變大來平衡重力。那麼,誘導阻力在小角度下 [公式] 。所以也要注意,二次函數包含了很多小角度近似。如果展開寫,會有很多sin,cos,這還是不包含其它流體現象的時候。

下面解決αi和CL的關係。這裡有很多數學,我也講不深的那種。

解釋庫塔-儒可夫斯基定理的圖

庫塔-儒可夫斯基定理,確認了機翼到底有沒有造成氣流旋轉。再請出火車站。如圖a,如果人擠滿了,慢慢挪,這時有一堵牆,人到了牆盡頭會繞過來找地方站,然後繼續往前走。這堵牆完全不影響人羣的方向。沒有偏轉時,數學計算基本就算出這個氣流。但是,大佬們發現,氣流總會在機翼後緣平滑地離開機翼,並不會繞道到前面去。那麼這就不符合數學計算結果了。怎麼解決?那就在機翼上加個環量Г,把氣流扭一下,正好把氣流扭到機翼後緣離開機翼。這扭的量就是圖b。扭完之後得到圖c。大佬們發現,哎正好計算和實驗長得差不多,那計算就一定是對的了。後面的實驗發現,環量的多少和升力成正比,這就得到公式: [公式] 。證明不說了,總之它很優雅,直接把氣體密度,來流速度,環量相乘,就得到升力。我們所要知道的是,氣流偏轉的量和升力成比例。順便,馬格努斯效應就是這玩意最簡單粗暴的表現形式,可以看看,有助於理解。

簡單勢流計算有點太數學,跳過,總之這個環量就像在機翼這個位置放了一個變形了的漩渦,會造成整個氣流在機翼附近,前前後後都偏轉,而且這個偏轉角和升力成正比,請回我們的αi, 可以得到, [公式]

數學上不怎麼好理解。在3維機翼中,物理上來講就是,機翼造成氣流的偏轉,給了個角速度。那麼這和角速度一定會守恆。機翼一直擋著氣流,但是到了翼尖,就擋不住了,下面空氣壓力大,上面空氣壓力小,就會形成一個漩渦,順壓力而行,並把角速度釋放掉,這就是上圖很漂亮的翼尖渦流。渦流會往下吹機翼,讓機翼感受到的風往下偏,而不是純往後,αi就是這麼來的。這也是為何展弦比AR最大,誘導阻力就越小。細長的機翼大部分面積離翼尖更遠,就不怎麼受翼尖渦流影響。

到現在差不多說完了,小角度下阻力和升力的關係是 [公式]

------------------我是大小迎角分割線\\\\\\

大迎角下,二次函數就不適用了。這就是傳說中的失速。總的來說,失速就是氣流不乖乖跟機翼走了。再說火車站的牆。如果這面牆順著人羣方向放,迎角很小,那麼人們會很無所謂地順著牆走。這時就是二次函數的升力阻力。大迎角下,人們會開始發牢騷,這牆真礙事,推牆也更狠了,但還是順著牆走,升力阻力都增大。然而,如果你太霸道,把這牆橫在路中間,人們就不會跟著牆走了。而是繞過牆直接往後走。還會有人覺得,哎牆後面避開人羣,是個休息的好地方,直接坐下了。這時牆背後就沒有人擠了,大家都坐下了。然而牆前面還是有一堆人擠,牆受到的向後的力變超大。氣流不跟著機翼走,開始邊界層分離,尤其是前緣分離,就是失速的表現。阻力會急劇增大,升力也有所損失。如果你回到第二張數據的圖,右上角就可以看到升力在大迎角會減小,左下角會看到阻力在大迎角急劇增大。

------------------我是正式回答分割線------------------

順便再說一下,對於飛機,推力和升力一樣重要,是兩個設計飛機時最重要的參數。

這時我們設計無人機時的一些限制條件計算,兩個軸分別就是翼面積和推重比。翼面積決定升力,推重比就是推力。

另外,軍迷們討論穩盤性能,最重要的一個限制條件就是推重比。那就是因為轉彎時需要更大升力,提供向心力。比如一個3G的轉彎就要提供3倍升力。就算不考慮失速,那阻力也是9倍左右。如果飛機要保持這個轉彎,發動機就要能提供9倍推力。這就是為啥戰鬥機菊花那麼大。

嗯,按我水平就只能寫這麼多了。沒有教授講得好,各位能看到這也是很可以,感謝您的耐心~

如果還有興趣,推薦看一下維基百科講升力的詞條,比我寫的全面多了。

最後還有興趣,推薦買本安德森流體力學基礎及其應用~


我這樣理解:

首先肯定是有關的,你的分析是對的。

因為升力公式你給出了

L=0.5CyρV^2S

同時有阻力公式

F=f=0.5CdρV^2S

所以兩個相除

L=KF

K是升阻比

我不是很專業,僅供參考


本人流體力學專業研究生,試著答一下。

在機翼形狀和攻角一定的情況下,速度較低的時候(沒有產生流動分離的時候),升力與飛行速度的關係可以表示為:

[公式]

阻力與飛行速度的關係可以表示為:

[公式]

(其中 [公式] [公式]分別是升力係數、阻力係數,由翼型和攻角決定)。從這個式子可以看出,此時升力和阻力都只與速度有關(因為密度 [公式] 和 面積[公式] 認為是常數)。

題主說,「因為」 [公式] 與推力 [公式] 有關,所以 [公式][公式] 有關。那麼[公式] 與推力 [公式]的關係是什麼呢?

實際上,只有在飛機勻速運動的情況下,水平方向受力平衡才能得到:

[公式]

這時候升力和推力纔有「關係」。並且這個關係其實只是一個特殊情況下的一個結論並不是什麼物理本質上的聯繫。升力不是推力的結果,推力也不是升力的原因。只是恰好在滿足一定條件的時候,兩者可以使得機翼保持勻速運動。

所以分析物理問題的時候要弄清楚每一個具體公式的使用前提,以及各種物理現象之間的因果關係。不能僅僅因為兩者之間存在某種數學上的聯繫就認為其中一個是另一個的原因


公示裏沒有F但是有V V怎麼來的 還不是F=ma推動飛機加速來的

其實我是反對F與L有關係 理由有兩個

1.斜面是固體 空氣是流體 機翼會失速 只有在不失速之前可以近似 非常粗糙的這麼看

2.兩個力方向正交 沒關係


有人說,沒有發動機的推也產生升力呀,比如風也可以產生升力呀。我說,你那是用風的推力代替了發動機的推力,說明還是要有推力呀。比如斜面,你不推斜面上的物體,而推斜面本身,物體也可以被推到斜面的高處呀。所以還是一回事情,是需要推力的。 @再看我就把你喝掉

注意,f及L都是因為重力G使斜面給物體的力。


L=Fcotθ,這個成立的前提必須搞清楚啊,這個是必須有一個斜面,且斜面是絕對光滑的情況下,通過牛頓定律推出來的。在上述機翼的情況下,不存在這個斜面,所以這個等式(這個完全不能叫做公式)不成立。

升力和推力要勉強說有關係,那顯然也是間接有關係,沒有直接關係。間接有關係的條件也只是推力的變化可以使空速變化,空速變化導致升力變化。也就是說,如果推力不能使空速有變化,那推力就和升力連間接關係也沒有,比如,地面發動機試車,比如在真空中等等。。。

最後,這問題我回答的都覺得尷尬,掉智商。


題主的問題,應該是:

你升力和翼面的流速壓力關係我不管,反正,斜面力分析肯定適用。

能對麼?


力是改變物體運動的唯一方式,要想飛機產生升力,機翼必須要與遠前方來流產生相對運動,如果要產生相對運動,一個是你說的空氣自然流動,這個我們拋開不談,你問的肯定也不是這個,另一個就是機翼通過靜止空氣,使機翼運動的唯一辦法就是有水平拉力,這個水平拉力就是推力,所以推力與升力有直接關係。但是不是正比關係,不同推力可以產生相同升力,同一推力也可以產生不同升力,這個可以隨著機翼引角變化。


我覺得,你說的是'正確的廢話'

升阻比,怎麼理解升阻比?

你說的內容應該就是在介紹'升阻比'的概念,但是,有點羅嗦,也有點不容易被人理解和接受


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