材料科学与工程学院 5090519045 任兴龙 飞的奥秘 不知从何时开始，人类对遨游蓝天产生了兴趣。从传说中能够分别制造出飞行三日的“木 鸢”的墨子和鲁班，到有历史记载的第一个为了飞上天空而献出生命的明朝人万户：从利用 热气球完成第一次载人飞行的蒙格非兄弟，到首先制造出飞机的莱特兄弟：从第一个进入太 空的苏联宇航员加加林，到首次踏上月球的美国人阿姆斯特朗，无数的先驱者们在这条道路 上留下了深深的脚印。人类社会几千年的历史见证了飞行技术的不断发展和进步以及飞行方 式的不断创新和改良，然而这一切的基础却是最基本的飞行原理。 为什么某个物体会飞起来？通俗地来讲，就是施加在物体上的向上的力大于向下的力， 带动其向上运动。至于力的具体形式，那就要根据不同的飞行方式来介绍了。 就从最先实现载人飞行的热气球开始吧。其实，热气球在空中飞行的基本原理和船浮在 水面上的基本原理是一样的，都是基于阿基米得浮力原理，即物体受到的浮力等于其排开的 流体的重力。只不过对于热气球而言，流体变成了空气，而不是水。有了浮力的来源，只需 要使浮力大于重力就能够让热气球飞起来了，实现这一步的关键就是这个“热”字。我们都 知道，热空气的密度是要小于冷空气的，在气球体积不变的前提下，对里面的空气加热其实 相当于减小了自身的重力，而浮力是不会变的，因此当热气球的重力减小到小于浮力的时候， 就可以飞到空中了。与之相类似的是飞艇，只不过飞艇的气囊之中充入的气体是密度小于空 气的氢气或者氦气，可以省略掉加热这一步骤。 但是，不管是热气球还是飞艇，都存在种种不能让人满意的地方。因此，新的飞行器便 呼之欲出了，这就是飞机。相对于热气球和飞艇，飞机最大的优势就是更快的速度，随着引 擎技术的不断升级，当代最先进的军用飞机速度可以达到音速的3倍以上。飞机的升空原理 并不是简单的浮力原理，而是依靠机翼上下两侧的压强差产生升力。如果仔细观察就会发现， 飞机机翼上下两侧的形状是不同的，上侧要更加凸出一些，这是为什么呢？因为在飞行中， 气流从机翼前端分成上下两股，分别沿上下表面流过，之后在机翼后瑞汇合。由于上表面比 较凸出，气流在相同时间内流过的路程较大，即速度较大，由流体力学理论可知，速度越大， 压强越小，这就导致机翼上下表面产生了压力差，这就是飞机的升力来源。与之类似的还有 直升机，直升机的旋翼也是上侧较凸出，通过转动旋翼产生压力差，从而可以上升至空中。 直至今日，飞机仍然是人类社会最主要的飞行器，相关技术在不断进步中。 从20世纪开始，人类的梦想已经不局限于大气层之内，而是投向了更遥远的外层空间。 不过要想在太空中飞行，需要实现的就不仅仅是浮力了。由于在大气层之外是真空，物体受 到的力只有和地球之间的万有引力，如果速度不够的话，就会在引力作用下被吸回地球。经 过理论计算，速度达到7.9kh的物体恰好可以由万有引力提供向心力，绕地球做匀速圆周 运动，速度达到11.2k/h之后才能脱离地球。为了实现这一目标，越来越大推力的火箭不 断地被制造出来，多级式、捆绑式等降低火箭质量、提高有效载荷的技术都运用在了火箭上 面。截至到目前，载人飞行器己经到达了月球，而不载人的飞行器，如美国的旅行者1号探 测器，己经开始穿过太阳系边界，向着银河系深处前进。这里不得不补充一下，这种星际飞 行器是不需要太多燃料的，在太空中飞行由于阻力很小，燃料耗尽之后会基本保持匀速运动 的状态，不过它们早晚将要与地球失去联系，成为离乡的游子，在太空中漂泊。总之，在空 间飞行方面，人类需要走的路还很长。 鸟可以飞翔，是因为它们有一双翅膀。其实，我们人类也是一样的，只要有梦想，人类 同样能够自由自在地飞翔。而且，即使飞鸟不能涉足的地方，也不再是人类的禁地。材料科学与工程学院 5090519045 任兴龙 飞的奥秘 不知从何时开始，人类对遨游蓝天产生了兴趣。从传说中能够分别制造出飞行三日的“木 鸢”的墨子和鲁班，到有历史记载的第一个为了飞上天空而献出生命的明朝人万户；从利用 热气球完成第一次载人飞行的蒙格非兄弟，到首先制造出飞机的莱特兄弟；从第一个进入太 空的苏联宇航员加加林，到首次踏上月球的美国人阿姆斯特朗，无数的先驱者们在这条道路 上留下了深深的脚印。人类社会几千年的历史见证了飞行技术的不断发展和进步以及飞行方 式的不断创新和改良，然而这一切的基础却是最基本的飞行原理。 为什么某个物体会飞起来？通俗地来讲，就是施加在物体上的向上的力大于向下的力， 带动其向上运动。至于力的具体形式，那就要根据不同的飞行方式来介绍了。 就从最先实现载人飞行的热气球开始吧。其实，热气球在空中飞行的基本原理和船浮在 水面上的基本原理是一样的，都是基于阿基米得浮力原理，即物体受到的浮力等于其排开的 流体的重力。只不过对于热气球而言，流体变成了空气，而不是水。有了浮力的来源，只需 要使浮力大于重力就能够让热气球飞起来了，实现这一步的关键就是这个“热”字。我们都 知道，热空气的密度是要小于冷空气的，在气球体积不变的前提下，对里面的空气加热其实 相当于减小了自身的重力，而浮力是不会变的，因此当热气球的重力减小到小于浮力的时候， 就可以飞到空中了。与之相类似的是飞艇，只不过飞艇的气囊之中充入的气体是密度小于空 气的氢气或者氦气，可以省略掉加热这一步骤。 但是，不管是热气球还是飞艇，都存在种种不能让人满意的地方。因此，新的飞行器便 呼之欲出了，这就是飞机。相对于热气球和飞艇，飞机最大的优势就是更快的速度，随着引 擎技术的不断升级，当代最先进的军用飞机速度可以达到音速的 3 倍以上。飞机的升空原理 并不是简单的浮力原理，而是依靠机翼上下两侧的压强差产生升力。如果仔细观察就会发现， 飞机机翼上下两侧的形状是不同的，上侧要更加凸出一些，这是为什么呢？因为在飞行中， 气流从机翼前端分成上下两股，分别沿上下表面流过，之后在机翼后端汇合。由于上表面比 较凸出，气流在相同时间内流过的路程较大，即速度较大，由流体力学理论可知，速度越大， 压强越小，这就导致机翼上下表面产生了压力差，这就是飞机的升力来源。与之类似的还有 直升机，直升机的旋翼也是上侧较凸出，通过转动旋翼产生压力差，从而可以上升至空中。 直至今日，飞机仍然是人类社会最主要的飞行器，相关技术在不断进步中。 从 20 世纪开始，人类的梦想已经不局限于大气层之内，而是投向了更遥远的外层空间。 不过要想在太空中飞行，需要实现的就不仅仅是浮力了。由于在大气层之外是真空，物体受 到的力只有和地球之间的万有引力，如果速度不够的话，就会在引力作用下被吸回地球。经 过理论计算，速度达到 7.9km/h 的物体恰好可以由万有引力提供向心力，绕地球做匀速圆周 运动，速度达到 11.2km/h 之后才能脱离地球。为了实现这一目标，越来越大推力的火箭不 断地被制造出来，多级式、捆绑式等降低火箭质量、提高有效载荷的技术都运用在了火箭上 面。截至到目前，载人飞行器已经到达了月球，而不载人的飞行器，如美国的旅行者 1 号探 测器，已经开始穿过太阳系边界，向着银河系深处前进。这里不得不补充一下，这种星际飞 行器是不需要太多燃料的，在太空中飞行由于阻力很小，燃料耗尽之后会基本保持匀速运动 的状态，不过它们早晚将要与地球失去联系，成为离乡的游子，在太空中漂泊。总之，在空 间飞行方面，人类需要走的路还很长。 鸟可以飞翔，是因为它们有一双翅膀。其实，我们人类也是一样的，只要有梦想，人类 同样能够自由自在地飞翔。而且，即使飞鸟不能涉足的地方，也不再是人类的禁地