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[飞行资料] 流体相对运动原理的局限性探讨

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发表于 2020-05-06 16:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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质疑科学会进步,质疑历史会迷失。在实验室里就可进行科学研究,而考古得漫山遍野去碰运气,也许。考古比科研难多了。


在《航空航天概论》67页中的相对运动原理中说到,“有风的时候,即使我们站着不动,也会感觉到有空气的力量作用在身上;在没有风的时候,如果我们骑车飞驰,同样也会感觉到有空气的力量作用在身上。以上两种情况虽然运动的对象不同,但所产生的空气动力效果是一样的”。


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然后归纳“所产生的空气动力效果是一样的”现象是前一种是空气流动,物体不动;后一种是空气静止,物体运动。因此只要物体和空气之间有相对运动就会在物体上产生气动力,然后在68面总结飞行的相对运动原理。


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但在实际中,风吹物静和风停物动是两种性质不同的物理现象,空气静止的时候,它是弥漫在物体周围,空气流动时,它是以一种物体冲击另一种物体,由此风吹物静和风停物动产生的物理效果并不完全相同。


一、时间上的延迟性


时间上的延迟性是指空气流动、物体静止和空气静止、物体运动这两种物理现象的作用效果出现时间上差异。


假设物体为一长方体,当空气流向物体左侧底面的时候,首先这个底面压强增加,受到空气动力的作用。假设这个物体很长(下图)的话,气流还没有到达右侧底面,那么在这个时间内物体只有气流正面(物体左侧底面)受到空气动力的作用,物体的气流背面(物体右侧底面)压强大小没有什么变化。只有当空气流过整个物体时,物体的气流背面才受到伯努利原理压强减小,这时物体前后的压强才受到一增一减变化,受到的空气动力大增。


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通过上面分析,空气流动、物体静止时的作用效果会出现时间上差异,而物体运动、空气静止则不会出现作用效果在时间上差异,因为物体无论有多长,它的左侧底面和右侧底面都是同时运动的,所以空气动力效果不存在时间上的差异。


二、背风面压强变化原理不同,变化趋势相反


空气流动、物体静止和空气静止、物体运动这两种物理现象中,物体的背风面压强原理是不同的,变化的趋势也正好相反。


如左下图,空气流经物体时,物体左侧压强增大,物体右侧受到伯努利原理影响压强减小,但由于物体静止,物体右侧底面越接近中心压强越稳定,压强越大,越接近外缘越受气流影响,压强越小,所以它的压强是从里向外减小的。


我们可用个实验证明,在左下图物体右侧底面放一片纸紧靠在底面上,从物体左侧向右侧吹气时,纸片会离开物体底面向右侧飞去,说明底面压强大,外面压强小。


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当空气静止,物体运动时物体受到的空气动力效果会有一定区别,如右上图,此时物体左侧底面迎空气运动,压强增加。物体右侧底面远离空气运动,相当于减慢了空气分子向物体撞击的速度,表面压强减小。但此时周围空气静止,压强不变,那么就形成了物体右侧底面越接近中心压强越小,越接近外缘压强越大的,所以它的压强是从里向外增大的。


同样,我们也可用个实验证明,在右上图物体(可用格尺代替)右侧底面放一片纸紧靠在底面上,从使格尺向左侧快速运动时,纸片会紧跟格尺右侧底面向左侧运动一段,说明格尺右侧底面压强小,四周压强大。


三、飞机的飞行一般两种情况都出现


在飞机的飞行中,因为飞机肯定是运动的,大气有时也是流动的,所以空气流动和飞机运动这两种物理现象可能同时存在。获取空气动力的原理我认为不能把流体理论生搬硬套到飞机的飞行原理上成为唯一解释,而是要把两种情况分开看,既空气流动时我们用传统的流体理论研究升力,飞机运动时我们用热力学统计物理来研究升力。想想大气压强的产生本来就是空气分子撞击物体表面的结果,那么就要探索飞机飞行时空气分子如何撞击机翼的,进行有关的统计物理学计算,


风洞实验已应用一个多世纪,证明它对航空研究切实可行,但它有的实验中就把上面两种情况都包含了,如风洞自由飞实验,空气和模型都运动,所以我们理论认识不能只科普伯努利等流体理论理解升力。


个人根据统计物理学简单分析认为相对运动原理产生的空气动力效果还是有一定区别的,并不是像《航空航天概论》所说的完全一样,空气静止、飞机运动时产生的升力要大于空气流动、飞机静止时产生的升力。


引用网上文献:合理质疑科学发展中前人的成果,不先入为主地迷信书本和权威,以怀疑的眼光看待事物和已有观点,正是科学的精髓所在、价值所在。纵览人类科学发展史,一个个勇于质疑的科学家书写了熠熠生辉的篇章。哥白尼的质疑将宇宙中心从地球转移到太阳;伽利略质疑亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说开创实验科学之先河;爱因斯坦质疑牛顿三大定律产生了伟大的相对论……。质疑如一股强大动力,激活创造性思维,从而推动科学进步的车轮滚滚向前。

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