以数值计算来驳wowsjl提出的飞机飞行不靠伯努力原理

Torey

我就不说明什么是伯努力原理了。wowsjl提出机翼升力主要来源于2个效应，分别是气流冲击效应与康达效应。
那么，我就来数值计算一下“气流冲击效应”能带来多少“升力”

以最常见的翼龙飞机为例：

空气密度	1	kg/m3
翼展	1	m
弦长	0.2	m
翼面积	0.2	m2
机翼迎角	4	deg
Tan4 （正切值）	0.07
机翼迎风投影面积	0.014	m2
飞行速度	10	m/s
气流通过率（体积）	0.14	m3/s
气流通过率（重量）	0.14	kg/s
气流速度改变量(加速度)	0.7	m/s2
以微小时间dt为单位
气流质量	0.14*dt	kg
气流的动量改变量	0.14*dt*0.7	kg*m/s
气流受力大小	0.14*dt*0.7/dt	kg*m/s2

由牛顿第三定律可知，机翼受到同样大小方向相反的力，即为升力。
如果我们把上面的dt约去，可得升力大小为0.098牛顿 = 10g ！！
而由常理可知道，FPV的重载翼龙重量经常超过一千克，而飞行速度在8m/s左右，这样看来，所谓的“气流冲击效应”能带来的升力还不到飞机总重量的百分之一！

再来说说“康达效应” 。伯努力老人家说了：流过物体表面的流体，速度越大，静压强越小。这其中有一个假设：流过物体表面的流体一直贴着物体没有分离。为什么流体不会离开它所流过的物体表面呢？就是因为康达效应。换句话讲，是康达效应产生了流体贴壁流动的现象，进而，由天才的伯努力发现了“伯努力原理”。

关于康达效应，我给出一个大致的微观解释。
一切流体都是由分子微粒组成，分子间作用力使得流体有了内聚力和粘性。空气流过机翼表面的时候，由于空气和机翼表面分子间作用力，在机翼表面形成了附面层，而由于空气内分子间的作用力，空气分子在机翼前缘不会被“弹起来”，在掠过机翼最高点的后半段下降过程中也没有被“甩出去” 而是牢牢地被“吸”在了机翼表面，这就是空气分子间作用力的一种宏观表现。

如果还不太清楚的话，我举一个反例：
我们把沙粒作为空气分子微粒，流动的沙子，当作流动的空气。你拿机翼使前缘向上，手捧黄沙倾倒下来，你就会看到打在机翼下表面的沙粒改变了运动方向，并给了机翼一个向着机翼上表面方向的反作用力，这就是所谓的“冲击效应”。而流到机翼上表面的沙粒则直接被凸起的上表面前部弹开了，并没有所谓的“康达效应”，这是因为沙粒之间没有“分子间作用力”，体现不出来流体特有的粘性。

机翼的升力主要来源于由流速差而产生的压差，这个已经是科学界的公认。
具体到不同翼型、展弦比、机翼投影形状、高低雷诺数翼型…… 这其中所涉及的知识太多太多
玩航模，其实没必要细究这么深奥的空气动力学原理，只要记住这一条：尽量提高雷诺数！足矣！

补充说明，为何机翼迎角会产生升力，直接copy下面的一段跟贴：

那么，我来定性的解释一下机翼迎角为何会产生升力，增大迎角为何升力会增大。（空气动力学数值计算我已经搞不定了，全部还给老师了:em17:）

首先看看带翼型的机翼升力与迎角的关系。下面图片，我只画出机翼上表面，因为前面计算已经说明了，机翼下表面的冲击效应微乎其微，所以略去不计。


看完图片明白了吧？机翼迎角增大以后，对于流过它的空气而言，相当于凸出更多了，流过这个更加凸出的表面后气流速度增加更多，静压下降也更多，所以升力更大。如果我没记错的话，当年在学校风洞试验的时候，来流速度恒定的情况下，增加迎角后，位于机翼上表面后缘的静压计读数确实降低了。
而当机翼迎角很大的情况下，气流突然在机翼上表面后部分离，这时叫做“失速”（我们在来流里掺了烟气，所以看得一清二楚）这时，空气就变得像“沙粒”一样，“康达效应”消失了，伯努力原理也不再适用，机翼也没有了升力。

下面再说说KT机的平板机翼，这东西居然能产生升力？有这么神奇？
呵呵，其实，KT机的平板机翼，也是靠伯努力原理产生升力的。前提是必须有迎角。
正是这个迎角对气流产生了相当于“凸起的”机翼，看看下面的图片就明白了。



[ 本帖最后由 Torey 于 2012-7-24 16:03 编辑 ]

hunt2046

论坛也就固定翼板块气氛好一点了

天穹

所以有人说牛顿耽误了飞机发展:em15:

wowsjl

你还是没明白我说的意思。。哎~

wowsjl

不说啥了，我画张图

世界第二

:em26:

wowsjl

wowsjl

楼主所画的图超出了伯努利的范围，而把升力的表现归结于是伯努利原因导致的，楼主甚至花的图都不具备伯努利原理，这也反过来说，伯努利不是升力的主要提供者，因为LZ自己都花出来一张可以不要伯努利就能飞的机翼。这也恰恰就是我的观点

Torey

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:06 发表
楼主所画的图超出了伯努利的范围，而把升力的表现归结于是伯努利原因导致的，楼主甚至花的图都不具备伯努利原理，这也反过来说，伯努利不是升力的主要提供者，因为LZ自己都花出来一张可以不要伯努利就能飞的机翼。这 ...

:em15: 这个你说对了，我画的那个图，是为了定量计算“冲击效应”能带来多大的升力，当然不会把伯努力原理画进去。不过，也许是我没有表述清楚，现在已经增加说明了。

话说回来了，对于空气来说，伯努力原理岂能一张图或者几个公式就能定量表达清楚……

[ 本帖最后由 Torey 于 2012-7-24 15:24 编辑 ]

Liushootin

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:03 发表
1110964

wowsjl

我明白分歧在什么地方了，你们的概念里只要是升力表现就统统归结于这个是伯努利原理，而不知道到底什么是伯努利，而在我的概念年里，伯努利原理只不过是由于翼型本身的几何布局带来的升力系数，这里面去掉了所有的额外的东西，我想这个才是真正的伯努利原理，而现代航空业把伯努利的名字已经成为飞机升力的代表，根本不想分清楚，就像一个品牌一样，而这个牌子下面装的是什么东西，大家都不知道。。

Liushootin

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:27 发表
我明白分歧在什么地方了，你们的概念里只要是升力表现就统统归结于这个是伯努利原理，而不知道到底什么是伯努利，而在我的概念年里，伯努利原理只不过是由于翼型本身的几何布局带来的升力系数，这里面去掉了所有的额 ...

以下是百度百科的到的，请注意，升力的定义是垂直于气流流速方向，我想这足以说明一切了。
升力系数-概述　　物体（如飞机）飞行时因为其本身的形状而受到气流所作用的向上的力与物体相应的动压和参考面积之积的比率升力系数用c表示,动压用q表示,参考面积用s表示,升力用L表示,则c=L/(qs)　它是一个无量纲的量
编辑本段计算公式　　Cy = Y/(qS)
　　式中，
　　Cy：升力系数
　　Y ：升力（升力垂直于气流速度方向，向上为正）
　　q ：动压，q=ρv*v/2 (ρ为空气密度，v为气流相对于物体的流速）
　　S ：参考面积（飞机一般选取机翼面积为参考面积）

wowsjl

原帖由 Liushootin 于 2012-7-24 15:30 发表
以下是百度百科的到的，请注意，升力的定义是垂直于气流流速方向，我想这足以说明一切了。
升力系数-概述　　物体（如飞机）飞行时因为其本身的形状而受到气流所作用的向上的力与物体相应的动压和参考面积之积的比率 ...

请问你想证明什么？我可重来没有反驳过公式和定律，我想说的是，你还是没明白我在说什么。

Liushootin

另外这个是长期捍卫你理论的风筝飞行原理，也是由于压强差而不是你所说的空气阻力。

wowsjl

我说，你还是没明白我在说什么，就很毛躁的去反驳我的观点，请看看我到底在说什么

Liushootin

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:32 发表



请问你想证明什么？我可重来没有反驳过公式和定律，我想说的是，你还是没明白我在说什么。

你不是想证明大家下意识的把伯努利定律当成升力的原因吗？
而我想说明的是，升力的方向与气体流速有关，而气体的压强跟气体的流速有关，而压强差跟压强有关，到头来我们说的还是伯努利定律。

Liushootin

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:38 发表
我说，你还是没明白我在说什么，就很毛躁的去反驳我的观点，请看看我到底在说什么

你可以概括的清晰的把你的观点再说一遍

wowsjl

好吧，我这样说吧：在所有教科书上当问起 飞机为什么会飞的问题，答 案就是因为机翼有一个特殊的几何切面，你们会看到有一个上面弧度大，而下面弧度小的几何形状，为什么会这样呢，这个是因为伯努发现的，当气流流速快的时候气压就变小，而空气流过机翼横切面导致上面的气流变快，而下面的气流变慢，这样根据伯努利的这个定理就能知道上下面产生压力差而导致飞机能飞，他们通常会让你用两张纸来试验这个原理。我说的对不？但是到目前为止，我想说，这个原理真正产生多少的升力？是不是飞机产生升力的主要提供者？我表示不赞同，我觉的这些科普书在忽悠大家，因为飞机能飞是由于许多因素导致的。。所以我才出了这个题目，飞机能飞和伯努利没有直接关系，（我没说没有关系，我说的是没有直接的关系）

[ 本帖最后由 wowsjl 于 2012-7-24 15:50 编辑 ]

Liushootin

原帖由 wowsjl 于 2012-7-24 15:48 发表
好吧，我这样说吧：在所有教科书上当问起 飞机为什么会飞的问题，答 案就是因为机翼有一个特殊的几何切面，你们会看到有一个上面弧度大，而下面弧度小的几何形状，为什么会这样呢，这个是因为伯努发现的，当气流流速 ...

好，请问，什么力量提供了飞机的主要升力？是一个什么性质的力？另外你是怎么计算到伯努利效应产生的力在升力中占得比重小

wowsjl

说句老实话我没精确试验过，但是可以从很多飞行器飞行的经验来看伯努利不是主要的升力，为什么，我举个例子，首先是KT扳机，它不是伯努利原理，它能飞，第二，很过飞机的雀降，就是失速前的降落，这些都是活生生的例子，你没法用伯努利的气压差去解释，因为这个活生生就关系到空气的阻力产生的升力问题。我说的对不？还有就是襟翼的减速问题，为什么速度减下来了还有升力，这个根本不符合伯努利的气压差的说法

[ 本帖最后由 wowsjl 于 2012-7-24 15:57 编辑 ]