飛機(jī)是指具有一具或多具發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或拉力,由機(jī)身的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力,在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器。飛機(jī)是常見的一種航空器。按照其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型又可被分為噴氣飛機(jī)和螺旋槳飛機(jī)。
飛機(jī)是20世紀(jì)初重大的發(fā)明之一,公認(rèn)由美國(guó)人萊特兄弟發(fā)明。他們?cè)?903年12月17日進(jìn)行的飛行作為“次重于空氣的航空器進(jìn)行的受控的持續(xù)動(dòng)力飛行”被國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)(FAI)所認(rèn)可,同年他們創(chuàng)辦了“萊特飛機(jī)公司”。
自從飛機(jī)發(fā)明以后,飛機(jī)日益成為現(xiàn)代文明不可缺少的交通工具。它深刻的改變和影響了人們的生活,開啟了人們征服藍(lán)天歷史。
在真實(shí)且可產(chǎn)生升力的機(jī)翼中,氣流總是在后緣處交匯,否則在機(jī)翼后緣將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣流速度為無窮大的點(diǎn)。這一條件被稱為庫(kù)塔條件,只有滿足該條件,機(jī)翼才可能產(chǎn)生升力。在理想氣體中或機(jī)翼剛開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,這一條件并不滿足,粘性邊界層沒有形成。通常翼型(機(jī)翼橫截面)都是上方距離比下方長(zhǎng),剛開始在沒有環(huán)流的情況下上下表面氣流流速相同,導(dǎo)致下方氣流到達(dá)后緣點(diǎn)時(shí)上方氣流還沒到后緣,后駐點(diǎn)位于翼型上方某點(diǎn),下方氣流就必定要繞過尖后緣與上方氣流匯合。由于流體黏性(即康達(dá)效應(yīng)),下方氣流繞過后緣時(shí)會(huì)形成一個(gè)低壓旋渦,導(dǎo)致后緣存在很大的逆壓梯度。隨即,這個(gè)旋渦就會(huì)被來流沖跑,這個(gè)渦就叫做起動(dòng)渦。根據(jù)海姆霍茲旋渦守恒定律,對(duì)于理想不可壓縮流體在有勢(shì)力的作用下翼型周圍也會(huì)存在一個(gè)與起動(dòng)渦強(qiáng)度相等方向相反的渦,叫做環(huán)流,或是繞翼環(huán)量。環(huán)流是從機(jī)翼上表面前緣流向下表面前緣的,所以環(huán)流加上來流就導(dǎo)致后駐點(diǎn)終后移到機(jī)翼后緣,從而滿足庫(kù)塔條件。由滿足庫(kù)塔條件所產(chǎn)生的繞翼環(huán)量導(dǎo)致了機(jī)翼上表面氣流向后加速,由伯努利定理可推導(dǎo)出壓力差并計(jì)算出升力,這一環(huán)量終產(chǎn)生的升力大小亦可由庫(kù)塔-茹可夫斯基方程計(jì)算:L(升力)=ρVΓ(氣體密度×流速×環(huán)量值)這一方程同樣可以計(jì)算馬格努斯效應(yīng)的氣動(dòng)力。根據(jù)伯努利定理——“流體速度越快,其靜壓值越?。o壓就是流體流動(dòng)時(shí)垂直于流體運(yùn)動(dòng)方向所產(chǎn)生的壓力)。”因此上表面的空氣施加給機(jī)翼的壓力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上,這就產(chǎn)生了升力。升力的原理就是因?yàn)槔@翼環(huán)量(附著渦)的存在導(dǎo)致機(jī)翼上下表面流速不同壓力不同。