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熱學/流體 標題:白努利的應用--飛機能升起
1:TERRY111榮譽點數13點(大學(院))張貼:2010-05-11 01:10:57:地點 台灣台北

白努力定律簡單的說就是"流體流速愈大 壓力愈小"
飛機能飛在空中即利用此原理
飛機向前飛 在機頭的空氣不管是背部或腹部 皆須同時到達機尾
因為飛機背部呈弧形 腹部成平面狀
所以背部的空氣流速快 相對腹部壓力就較小
所以壓力大的腹部空氣可以支撐飛機的重量 飛機也就飛起來了
這是水平狀態的應用

為何?  飛機向前飛 在機頭的空氣不管是背部或腹部 皆須同時到達機尾
???

 


2:何秉倫 (大學理工科系)張貼:2010-05-11 10:07:35:地點 台灣台北 [回應上一篇]
我認為啦...
把飛機視為一動體
將上下的氣流視為靜態的空氣分子
當動體穿越過空氣分子時,
空氣分子會沿著飛機的弧形曲面快速流動(可視為一慣性)
當然,我們知道白努力定律是流速快得壓力小
同一時間,上方氣流壓力會較小
所以飛機得以飛行
而筆者問的問題:"須同時到機尾"可能是一假設結果?

請指教



3:黃福坤(研究所)張貼:2010-05-11 10:45:27:來自 國立台灣師範大學 [回應上一篇]
1. 想一想假設無法同時抵達 會發生哪些狀況
2, 飛機起飛時 主要靠的是機翼和飛行方向有夾角 氣流推機翼所造成向上分量
高速飛行時 白努力原理是可提供的上升力之一 而不是全部!



4:林禹丞榮譽點數18點 (大學理工科系)張貼:2010-05-11 22:36:52:地點 台灣台北 [回應第1篇]

Bernoulli's principle的確是飛機升力的一部分
但之前看discovery有提到
飛機即使再巡航時
也就是飛機平飛時  機翼跟空氣流動方向還是有一夾角
航空上 稱之為 攻角

好吧回到板主的發問
小弟之前有看到某本普物書提到
他提到其實並非同時抵達
機翼上方的空氣甚至比較快到達!

剛剛google了一下
證實了一下之前的印象

http://en.wikipedia.org/wiki/Lift_%28force%29

請看到    "popular" explanation based on equal transit-time  那段
還有右邊的動畫
非常清楚的顯示了

真的是很popular
之前聽我物理老師也是如此解釋

至於原因的話
小弟也還不太清楚
流體力學好像很複雜
之前原本想買本流體力學來看看的說
後來打退堂鼓了
畢竟物理和數學上的背景都還不夠啊
看看板上的高手有沒有人會的
或者自己去查查資料吧


延伸


剛剛好奇看了一下影片
http://modular.mit.edu:8080/ramgen/ifluids/Flow_Visualization.rm(請用real player看)
影片中6:00後
有各攻角的氣流流動影片
可以去看看
所以可以發現 在0攻角時 是幾乎同時抵達
但是當有一定攻角時
上方較快抵達










 










 

[ 這篇文章被編輯過: 林禹丞 在 2010-05-11 22:38:18 ]

[ 這篇文章被編輯過: 林禹丞 在 2010-05-11 23:17:28 ]
5:力學電磁學都很糟榮譽點數35點 (高中職)張貼:2010-05-12 18:14:08:地點 台灣台北 [回應上一篇]

看「流體力學」的書可能不太夠,還要另外去翻「空氣動力學」的書,超音速後還得翻氣體動力學的書...

流體力學介紹一些重要的基本定理,但空氣動力學才能完整解釋機翼上的流場。

例如把一連串小渦流,模擬在薄翼上(vortex sheet method),來加速與減速上方與下方流場,以計算速度與壓力,就可解釋上下翼面不同時抵達末端的現象,這個基礎流體力學通常是不討論的。

實際上,由於空氣的黏滯性,流線末端或攻角過大時都會有分離的現象,流線開始打轉,壓力分佈就更複雜了。

總的來說,因為空氣等流體在理論上是連續的,二條流線最終都必須會合,只是對於非對稱翼或非零攻角,會合的位置通常無法剛好在機翼末端,而是在更後方或以打轉來收場。

(數值模擬中的機翼,攻角超過失速攻角)

http://www.youtube.com/watch?v=SffugtkQbfA

(不同外型的吹試結果,其中機翼既使未失速,末端也因空氣黏滯而打轉)

http://www.youtube.com/watch?v=mVvnSAVOvrQ

這種問題太複雜了,可能他們讀航太熱流組的,也很難三言二語解釋完吧。



[ 這篇文章被編輯過: 力學電磁學都很糟 在 2010-05-12 18:14:39 ]
6:TERRY111榮譽點數13點(大學(院))張貼:2010-05-14 11:36:58:地點 台灣台北 [回應上一篇]

機翼上表面的速率較快、下表面較慢,是伯努力定律能用的重點這個可以用流體的體積速率不變來解釋嗎?流過飛機上表面和下表面的氣體流體,就好像是水管被中間小障礙物擋住一樣而小障礙物前後氣體的質量要不變所以流過機翼表面的氣體流速不同,以維持相同時間相同質量到同一地點??

 

這樣好像怪怪的
(希望能討論白努力定律就好 ,不要加入攻角的討論)
且現在主要問題是為何 通過機翼 上下表面的流線要同時到達




[ 這篇文章被編輯過: TERRY111 在 2010-05-14 11:51:45 ]
7:力學電磁學都很糟榮譽點數35點 (高中職)張貼:2010-05-14 14:33:03:地點 台灣台北 [回應上一篇]

理想上,空氣是連續的。

連續的意思是粒子與粒子之間,壓力大小、速度向量,都不會劇烈改變。

 

當粒子通過上翼面,路徑較長,當初是可以照原速慢慢走的,

但是剩餘路徑所"空出來"的空間,不就快要"沒"壓力了嗎?

慢吞吞粒子的後面仍有壓力,還會容許粒子繼續這樣慢慢走嗎?

這些壓力的變化訊號,是以音速在傳遞,前方粒子很快就能夠知道後面壓力不足,而被推動加速。

 

有些時候,翼面下的粒子甚至會被吸上來,或是一開始就在更後端旋轉起來,成為starting vortex,

也就是說,不一定要剛好在機翼尾端那點(trailing edge)會合在一起,全看連續壓力分佈的情形決定。

 

當然,機翼超音速以後,後方粒子就來不及把壓力傳遞給前方粒子,上面說的就不成立了,

可是超音速的狀況,想必不是你當初要討論的情形。

 



[ 這篇文章被編輯過: 力學電磁學都很糟 在 2010-05-14 14:54:21 ]
8:mnb1bnm榮譽點數3點 (高中職)張貼:2010-05-22 08:14:24:地點 中國Zhengzhou [回應第1篇]

闲着没事,把以前在其它地方发的一些帖子转贴一下:

文章提交者: mnb1bnm 加帖在 猫眼看人

我这个“ 民科” 基本同意 第 13 楼 牧云归:“ 真实的原因是机翼稍微上翘,压缩下面的气体,下面的气体给机翼以反作用力,让飞机飞起来的” 的说法。这种说法与 山水郎 在第 154 楼:“ 我们知道,机翼能够产生升力是因为机翼上下存在着压力差” 的说法有着共性。

另外,请问 山水郎 :

如果我说——让飞机上升的力是机翼与空气分子碰撞所受到的空气分子所施加的冲力的向上分力——这符合“ 流体力学试验” 吗?我的这种说法可以“ 直接申报” 什么奖?

“在科学上从来没有什么‘ 民主’ ,科学只认事实,决不会因为大多数人看不懂相对论而证明相对论是错的” 这句话是对的。不过,也决不会因为有人至今还在吹捧爱因斯坦相对论而证明爱因斯坦相对论是对的。

======================================

文章提交者: mnb1bnm 加帖在 猫眼看人

文章提交者:山水郎 加帖在 猫眼看人

真好笑 , 谁告诉你飞机飞的时候机翼都是向上翘的 ? 你坐过飞机没有 ? 飞机降低高度的时候难道机翼也上翘 ?

空气动力从本质上当然是气体分子的作用力 , 这还用的着你说 , 还想得奖 , 哈哈 .

看到最后我终于明白又是一个反对相对论的民科 , 可惜相对论已经被无数实验证实了 , 你就别做梦能推翻了 . 如果你想发财 , 还是去走别的路吧 .

=====

“真好笑 , 谁告诉你飞机飞的时候机翼都是向上翘的 ? 你坐过飞机没有 ? 飞机降低高度的时候难道机翼也上翘?”

——?蠢材一个。

飞机飞的时候机翼相对于其前进方向都是向上翘的。

可惜,爱因斯坦相对论也不是你们这些白痴能够保的住的。

=============================================

文章提交者: mnb1bnm 加帖在 猫眼看人

文章提交者: xggyyx 加帖在 猫眼看人

……

研究流体力学,着力于研究和分析单个的流体粒子所受到的作用力情况和运动情况,在实际中,是没有意义和不现实的,因为流体是亿万粒子的同时相互作用和相互影响,复杂程度,是难以想象的(尽管牛顿力学足够解释这些作用力和运动)。伯努力原理正是抛开微观复杂的粒子碰撞、摩擦、引力等等,从宏观上把握规律的一个成功手法。

======

事实上,“ 亿万粒子的同时相互作用和相互影响,复杂程度” 虽高,还不至于无法解决。

例如:

在同温同压、气体分子的组成不变的情况下,等体积的气体分子的数量、质量是一定的。

虽然在同温同压、气体分子的组成不变的情况下,定体积内的气体分子的运动速度和方向各不相同,但整体看来,气体分子的运动速度和方向应该是各同性的。因此,也可看作是同时静止的。

此时,其它物体如果存在相对于空气分子的运动,完全可以当作该物体与 " 静止的 " 气体分子的碰撞看待。

===================================

文章提交者: mnb1bnm 加帖在 猫眼看人

“飞机的升力绝大部分是由机翼产生,尾翼通常产生负升力,飞机其他部分产生的升力很小,一般不考虑。从上图我们可以看到:空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去。……”的说法“只是风洞实验室内”的情况。

真实的情况应该是:“空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过”后,不可能简单的“在机翼后缘重新汇合向后流去”,应该存在气体分子在与机翼碰撞后分别向后上、后下方的运动并因此在机翼附近产生喘流。

当然,如果被实验物体相对于风洞实验室实验段的截面很小时,上述问题可以忽略不计。

鸟类滑翔的原理与飞机的原理类似,鸟类飞行的动力于人们游泳的情况类似。

2007-10-9 8:21:46[版主留:隱藏的內容...]


9:Louis Lawrence榮譽點數1點 (大學)張貼:2010-06-25 00:41:19:地點 台灣台北 [回應第1篇]
曾經寫過一個題目是白努力跟飛機的,得到的答案是飛機上部空氣的速度會比腹部快,我想這大概是把飛機看成一個質點後的結論,如果說您確定原文說皆需同時到達機尾,可能是因為飛機本身很長也大,如果空氣分子數目相差太大壓力差也就變大了(因為壓力是來自空氣分子的撞擊)所以就有力舉,所以飛機可能會翻過來吧,以上小弟臆測,如果荒誕,還望可博君一笑
10:黃福坤(研究所)張貼:2010-06-25 09:34:13:地點 台灣台北 [回應上一篇]
 飛機飛行還和 機翼與飛行方向 攻角有關 歡迎參考 飛 行的物理

11:TERRY111榮譽點數13點(大學(院))張貼:2010-07-04 21:07:13:地點 台灣台北 [回應第7篇]

當粒子通過上翼面,路徑較長,當初是可以照原速慢慢走的,

但是剩餘路徑所"空出來"的空間,不就快要"沒"壓力了嗎?

慢吞吞粒子的後面仍有壓力,還會容許粒子繼續這樣慢慢走嗎?

以上這一段話看不懂,能在解釋一下嗎?


12:力學電磁學都很糟榮譽點數35點 (高中職)張貼:2010-07-06 08:29:26:地點 台灣台北 [回應上一篇]

(若不考慮空氣的可壓縮性、不考慮空氣的黏滯性...)

上下二條流線速度若相同,二顆粒子而無法同時抵達尾端,問號區域的壓力?

粒子間的壓力訊號以音速傳遞給前方(左方),瞬間就將整條流線的壓力降低、速度提高,

穩定下來後,不一定要剛好會合在機翼尾端,但上面的流速高壓力低。

 

一開始上下壓力非常不平衡的結果:

(starting vortex)


http://www.youtube.com/watch?v=V3Fz6QajeIw

 

若你只是需要簡單幾句話來解釋機翼升力的成因,最好還是別用前面的觀點。

 

「不管是背部或腹部 皆須同時到達機尾」或許是為了方便解釋,但實際上通常不是如此,

高攻角時,上下壓力差實在太大了,會合處(stagnation)不在尾端,而在上面(背部)。

零攻角,也不一定會會合在尾端,但上面的流速總是較高的(非對稱翼)。



[ 這篇文章被編輯過: 力學電磁學都很糟 在 2010-07-06 08:31:47 ]
13:TERRY111榮譽點數13點(大學(院))張貼:2010-07-23 16:59:57:地點 台灣台北 [回應上一篇]
問號區域的壓力較小

不會導致 機翼前端和後端壓力不均衡 而使機翼往前''轉'' 嗎?
14:力學電磁學都很糟榮譽點數35點 (高中職)張貼:2010-07-23 18:07:44:地點 台灣台北 [回應上一篇]

會。

壓力分部不均加上下洗氣流,會造成一股往前轉(低頭)的力矩。

以常用的NACA2412翼形為例,轉矩係數c_m約為 -0.05(低頭)。

 

(支點在四分之一弦長的位置)



[ 這篇文章被編輯過: 力學電磁學都很糟 在 2010-07-23 18:13:23 ]
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