飞机是如何实现倒飞的?

我记得曾经在 《未来总统的物理课》 那个本科生公开课里看到过一个解释,说多数物理书都把飞机飞行原理解释为伯努利原理,但实际上本质上并不仅仅是靠伯努利原理(机翼上部空气流速快压力小,下部流速慢压力大)。 而是机翼把空气向下压了 而飞起来的【http://www.youtube.com/watch?v=fLjaVL26hzI 53:50秒开始】,这样理解对吗?

这个是截图,左边的图意思是机翼相对机身的位置大概是这样,飞机前冲的时候就把空气压下去了。右边的图是常见的伯努利原理图。

但是如果是这样的话,那飞机倒飞从物理上要怎么解释
飞机倒飞的时候, 机翼相对机身的位置不就反过来了吗? 这样的话飞机前冲 等于把空气向上方排开了 会让飞机下坠的吧
画了个图,用红色标了一下飞机机身和垂直尾翼.....

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22个答案
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飞鱼BH1JSS飞行爱好者,航模控

2012-11-28 16:52

先来说说视频截图的事:
伯努利原理被很多人当做是机翼产生升力的重要原因,其实是有些“片面”了。

伯努利定律必须符合以下假设:
1、定常流(或称稳定流,Steady flow):在流动系统中,流体在任何一点之性质不随时间改变
2、不可压缩流(Incompressible flow): 密度为常数,在流体为气体适用于马赫数(M)<0.3(这个很慢的说,咱坐的客机都达到M0.8)
3、无摩擦流(Frictionsless flow): 摩擦效应可忽略,忽略黏滞性效应
4、流体沿着流线流动(Flow along a streamline):流体元素(element)沿着流线而流动,流线间彼此是不相交的
所以,用伯努利原理来解释机翼产生升力,有些牵强。

机翼能够产生升力的直接原因是机翼上下表面的压力差。

对于低速飞行、采用平凸翼型的飞机来说,机翼上表面会因为流速被加快,压力降低,从而产生翼型升力。楼上各位都说了,机翼产生的升力还需要另外一个重要因素,就是迎角。当机翼与气流方向有了一定迎角后,不仅机翼上表面会因为空气被弯曲翼型加速产生负压区,下表面还会产生正压区,总体升力会大大增加。飞机保持平飞不仅依靠翼型升力,还靠迎角升力。大家可以观察一下飞机的机翼弦线基本没有与机身平行的。很多战机的头锥略微向下,就是因为飞机平飞的时候,机翼“上翘”而机头正对气流。。。扯远了!

不过,这个迎角不能无限增大,当迎角过大时,上表面的气流会因为摩擦效应和粘滞性造成气流分离(气流不能连续的从机翼前缘流向后缘),升力就会急剧下降,再加上机翼下表面的正压区产生了巨大的阻力,飞机很快就会进入失速状态,像石头一样掉下来了。

再说倒飞的问题:
了解了机翼产生升力的原因:机翼上下表面的压力差以及翼型升力和迎角升力的事,想要倒飞就很容易了,即使飞机倒过来,机翼仍然保持与前进方向的正迎角,有足够的迎角升力就可以了。前段时间珠海航展上的百年灵空中漫步飞行表演队使用的是20世纪40年代的波音史提尔曼敞开式座舱双翼飞机(Boeing Stearman biplanes),机翼上表面凸出很大,不过在飞行员的高超控制下,一样可以倒飞。玩飞机(模拟、航模、真机)的有一句笑话:倒飞拉杆!记住了倒飞的时候一定要“推杆”哦(推升降舵,等于正飞的时候低头)。

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(可能我这个答案前半部分有些针对@I老蔡

下压气流与利用伯努利原理产生升力,这两者完全不矛盾。

做个受力分析就可知,从远场来看,作用于机翼的升力的反作用于气流使之向下偏。而且现实中气流对机翼的作用力从不是垂直向上的。
若机翼是一块薄板,比如风筝,气流下偏就简单取决于板与来流夹角;
若机翼是有厚度的,则就利用伯努利原理压差产生升力,此时气流对机翼水平方向作用力即阻力分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力,其量级一般也不会比升力低多少,在整个飞行过程中基本与推力相平衡。

所以襟翼的基本设计思路就是,在确定一定范围的推重比之后,在不同来流环境(高度、速度)下,变化翼型与攻角(翼型弧的弦与来流的夹角)使得升阻比与推重比相适应。襟翼给你的感觉是下压得明显了,其实只是增长了翼型弦长,增大了攻角以在低速下增升,也包含利用伯努利原理,与巡航时的机翼并无本质区别。至于减速,在降落及降落滑跑时飞机上表面会升起扰流板,至于机动,横航向滚转机动主要靠接近翼梢的副翼,就更与襟翼无关了。

综上,下压气流与利用伯努利原理产生升力只是两个不同层面的叙述而已,都对。上下表面压差产生就是使来流下洗的效果。

至于保持上下颠倒平飞:
=============订正的分割线==============
(看到后来的众多回答,才感到自己实在是考虑不周误人子弟,居然把最简单的层流翼型也忘了,就请允许在下做个补丁吧)
对于采用对称或中线弧度很小的层流翼型的低速飞机来说,这种翼型在低速下有良好的适应性,倒飞时的攻角值也与正飞时相近,也不需要过多的操纵力,保持倒飞是可以的。

对于采用菱形翼型或相近设计的超音速飞机来说,在超音速下只要偏离较小的攻角即可产生与重力平衡的升力,对机翼升力的要求是能满足的。当然除了有些超音速飞机比如乘波飞行器XB-70女武神之类的,由于升力产生原理略有不同,应该不能倒飞。除了升力要求,还有配平要求,对于大型飞机如协和,无尾的设计可能较难提供足够的配平操纵力,即便能配平,操纵性也会受到很大限制,在超音速下气动中心后移,舵效降低,更增加了配平的难度。而对于重视机动性的三代战机来说,无论是推力还是操纵性都有很大富裕,在低速和高速下都应能保持倒飞状态。

对于亚音速客机运输机来说,翼型的首要优化目标就是亚音速巡航性能,其只考虑适用于小范围的正攻角。在倒飞姿态下,以负攻角产生的升力,很可能其峰值都无法平衡重力,即便升力峰值大于重力,其对应攻角下的阻力也会相当大,极有可能大过推力,推力不足就会失速坠落。倘若以上升阻条件都奇迹般的满足,是否能配平,就看这个合适的攻角有多大了,有可能平尾操纵面达到最大偏转角,都无法提供足够的低头力矩,甚至连安定面的抬头力矩都无法抵消,把安定面操纵面看作一个整体的弧面翼型的话,就是平尾也和机翼一样进入了负攻角产生负升力的阶段,应该说这情况是可能性挺大的。
所以客机保持倒飞是死路,要是万一驾驶员大脑抽风了一不小心进入了颠倒姿态如何改出呢。我之前是说“在失速坠落过程中,由于机翼和平尾的负升力,飞机会产生一个抬头力矩,使机头向下对准地面,同时用高度换速度就有可能获得改出机会。”嗯,这个是随便说说的,也许对小飞机还是有机会的吧。其实,应该趁还有一定速度未进入失速时继续滚转到正常姿态,客机机翼是下单翼具有上反效应,在滚转稳定性上有天然优势,滚转转动惯量小,做滚转机动也更有效些。对后面可能进入失速也是滚转到正常姿态较好,因为正攻角下的升力总归要比负攻角下的大。当然要注意主动制动避免进入荷兰滚模式。如果你执意直接倒挂进入失速,可能机翼会承受设计值以外的过载,可能因为气动弹性因素造成的副翼失效或反效而无法做滚转,更有可能会高度不够反应而直接拥抱大地。所以咱就在FlightGear上拥抱了好几次了。

=====感觉废话真够长,歪楼不够远之补丁结束分割线=======

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只开过模拟飞机飘过。。。
我说一下楼主的前一个理解吧。。。
飞机机翼把空气压下去是有提供升力的,飞机的襟翼干的就是这种事。

这货就是襟翼
襟翼下摆可以提供给飞机额外的升力。
飞机在低速的时候使用这种额外的升力,因为在低速的时候伯努利原理提供的力不够大,不足以全部用来支持起飞。所以起飞时候光加速是不够的,飞行员还会压下襟翼,以抬起机头,又进一步达到了楼主说的把空气压下去的效果。

但是为什么高速的时候不行呢?
因为依靠这种方法收到的阻力会非常大。大家坐汽车感受过把手伸出窗外的阻力吧(危险,严禁模仿)。飞机的高速飞行如果还摆下襟翼速度会提升不上来。这个时候伯努利原理提供的升力已经足够大了,就可以收回襟翼了。。


后面的问题我没见过。倒着开飞机我不会。。。容易失去平衡开始疯狂旋转。。所以要领没有掌握。。
(果壳的几个飞行员好久不见了。。。)

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秋尹SAMA制药工程荒废生 北上务工人员 IT售前

2013-04-09 09:45


我对倒飞的理解。。。。。

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倒飞。。。。。。看着标题,我还以为飞机能向后开,原来你们说反过来,我的理解能力不是一般差。。。。

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支持者: Ryu.Hayabusa

可以控制机身的俯仰角,但是效率没有正飞时高。

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世外竹园胡搞瞎搞胡搞瞎搞

2012-11-28 10:30
支持者: Ryu.Hayabusa

除了翼型 还有迎角
另外不是所有飞机都能倒飞
还有 经常倒飞的飞机 譬如特技机 人家是对称翼型 就是说正反都一样

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冯.霍恩海姆纳米物理学博士生

2012-11-28 12:09
支持者: Ryu.Hayabusa

攻角其实是机翼提供升力最主要的因素,倒飞时只要保持机翼的攻角仍然能提供向上的升力。

所以就算你是开个胶合板,只要有攻角就能提供升力。有些飞机采用的层流翼型(如P-51)上下几乎是对称的,无攻角时几乎不提供升力。

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遥控大猫谷粉, 死宅, 重度果黑, 自由控

2012-11-28 14:43
支持者: Ryu.Hayabusa

以模型为例……正飞转倒飞基本肯定要掉高度,然后水平尾翼压下去补升力……


另外如果主翼的翼型过于强调提供正飞的升力……比如那种低速教练机……就很难做倒飞了……

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看过《绝世天劫》没?
刚才仔细看了下,当飞机从正飞转为倒飞的时候会下降的,电影里基本上每次倒飞时间都很短(几乎就是在空中转了360度),然后都会下降。

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之前看过,倒飞时间短跟供油有关

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倒飞的时候,机翼并不是正常平飞时的180度翻转,
【而是与水平面也有一定的正交角(攻角?maybe),这句说得我都乱了】,
总之,倒飞的时候机翼剖面与相对气流的相对作用与正常平飞的状态下是一致的,(一样的上吸下压,上下是相对于水平面说的,)区别在于效率。

懂了么有?我这标点符号写的有些错乱

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另外倒飞还和飞机油箱有关,一般来说,能倒飞的飞机都有一个倒飞油箱,或者压力供油,保证倒飞时燃油供应。客机基本不能倒飞(坠机除外)。

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推力足够,冰箱飞上天(那东西没有翅膀的)

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看标题还以为说飞机向后飞呢,心说这世界啥时候那么科幻了...=_=b

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建议楼主去下个鹰击长空的游戏玩玩,那里面的东西很清晰~

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ZnO微电子学X士

2013-04-09 21:54

好吧,我还以为是从前往后的倒飞…………

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你在天朝的地方帖个youtube的链接-、- 有何用意-、-?

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图太粗糙了,看不懂,楼主搞点好图来啊

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LZ的说法符合我一贯的直觉,就是说压差比较牵强、迎角是主要因素;然后倒飞也是利用迎角。

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扬帆大海给排水工程师,DIY爱好者,技术宅

2012-12-04 15:16

只开过模拟飞行的飘过。。。
其实吧,很好理解。飞机能飞起来其实是很多种力的综合结果。
你想啊,风筝这种完全就是一个板的东西,只要你拉着它使劲跑,都可以飞上天。
理论上飞机只要动力够强劲。你把机翼做成平板都可以飞。
飞机想要获得更多升力,一般的操作有3种:1、拉杆抬起机头。2、推油门加速。3放下襟翼改变机翼形状。

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