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[工程技术]几百吨重的飞机为什么能飞起来？ |
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虽然大部分人都听说过流体力学和伯努利原理，但往往实际看到重达几百吨的飞机能够实际飞起来还是会感到惊讶的，能不能从物理直觉的角度说说几百吨重的飞机是如何… |
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人类无法用经验理解超过500kg的物体。 一辆SUV大概1.5吨，是不是感觉很重。 但是如果把它想象成一个均质物体，它的密度还不如松木的一半。 而波音787，如果想象成一个均质物体，密度是松木的1/4左右（按照最大起飞重量计算）。 |
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well，给你说个真人真事:某航，某机长教员带飞一个新副驾驶，当时德国之翼的副驾驶把机长关在门外驾驶飞机撞山的事刚过没多久。 那位新副驾驶在飞机上按手册操纵飞机，巡航的时候到了一个比较不怎么忙，没啥事的时间，这位副驾驶低头看着手册忽然没头没脑地来了这么一句:"哥，你说这飞机这么大，它到底是怎么飞起来的呢，好神奇啊" 当时机长教员和观察员位置上的检查员互相看了一眼，没说话，过了一会儿，机长跟副驾驶说:今天你辛苦了，到后头去看看手册，活络一下，后面一段不用飞了。 副驾驶听见还挺高兴，拿起书就到后头客舱看去了… 看着他出去关了驾驶舱门，机长和检查员又互看一眼，很长时间也没有说话… 这位大神后来如何，我也不清楚… |
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看到很多人从空气动力学的角度分析， 忽略了航发的恐怖， 就拿GE9x举例，它每分钟吸入的空气以吨为单位， 单台发动机全功率运行能产生60多吨的推力，两台足够把747送上天。 其核心机叶片在上千摄氏度的环境下以每分钟数万转的转速运行，还要保证安全性和燃油经济性，噪音还不能太大，说是人类工业的巅峰也不为过。 |
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冷姿势：天上的一片云可能就有500吨 |
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还是知乎那句经典老话：先问是不是，再问为什么。 “数学公式并不能解释气动升力产生的原因”是一个伪命题。不建议通过营销号甚至科普读物学气动，有机会可以翻翻空气动力学、飞行力学课本。专业的问题建议学习一些基础知识再来讨论，否则就像说“皇帝用金锄头”一样贻笑大方。 飞机能飞，本质上是升-重平衡、推-阻平衡。楼上有知友一会说安定面、一会说什么大力出奇迹，显然连姿态和受力都没有分清楚。此外飞机能倒飞是因为负攻角产生负升力而已，也不是什么未解之谜。 对于空气动力学的早期近似，建议了解一下势流理论、源汇法、起动涡。对于气体流动的微观描述，建议了解一下纳维-斯托克斯方程。靠着纳维-斯托克斯方程，人类已经可以让计算结果无限接近于飞行试验实测参数，因此CFD在现代航空航天设计中已取得举足轻重的地位，替代了很多过去风洞才能完成的工作。 |
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借用一下我飞行原理老师的课件吧。 见过很多种讲法，就这种最印象深刻。 |
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怎么就不清楚了？民科视频、民科文章少看点吧，民科害人不浅啊 |
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原理在真实且可产生升力的机翼中，气流总是在后缘处交汇，否则在机翼后缘将会产生一个气流速度为无穷大的点。这一条件被称为库塔条件，只有满足该条件，机翼才可能产生升力。在理想气体中或机翼刚开始运动的时候，这一条件并不满足，粘性边界层没有形成。通常翼型（机翼横截面）都是上方距离比下方长，刚开始在没有环流的情况下上下表面气流流速相同，导致下方气流到达后缘点时上方气流还没到后缘，后驻点位于翼型上方某点，下方气流就必定要绕过尖后缘与上方气流汇合。由于流体黏性（即康达效应），下方气流绕过后缘时会形成一个低压旋涡，导致后缘存在很大的逆压梯度。随即，这个旋涡就会被来流冲跑，这个涡就叫做起动涡。根据海姆霍兹旋涡守恒定律，对于理想不可压缩流体在有势力的作用下翼型周围也会存在一个与起动涡强度相等方向相反的涡，叫做环流，或是绕翼环量。环流是从机翼上表面前缘流向下表面前缘的，所以环流加上来流就导致后驻点最终后移到机翼后缘，从而满足库塔条件。由满足库塔条件所产生的绕翼环量导致了机翼上表面气流向后加速，由伯努利定理可推导出压力差并计算出升力，这一环量最终产生的升力大小亦可由库塔-茹可夫斯基方程计算：L（升力）=ρVΓ（气体密度×流速×环量值）这一方程同样可以计算马格努斯效应的气动力。根据伯努利定理——“流体速度越快，其静压值越小（静压就是流体流动时垂直于流体运动方向所产生的压力）。”因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上，这就产生了升力。升力的原理就是因为绕翼环量（附着涡）的存在导致机翼上下表面流速不同压力不同。 |
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emmm可能我学了这么久的飞行原理都是梦里看到的，虽然我都忘光了，上课也没认真做笔记，但你不能这么直接了当的说我啥也没学啊！！！（超大声且并不理直气壮！） |
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几百吨的飞机，都有上千平方米的机翼面积（想想北京三环内房价），每平方米的载荷不过几百公斤，自然能飞起来。 反而是胡蜂大黄蜂之类的昆虫能飞让人不好想，看看它的块头重量与翅膀面积。 谁要有闲心帮算下它的翅膀载荷，估计比几百吨飞机高出一个数量级。 附：安225运输机 最大起飞重量640吨，机翼面积 905平方米，最大机翼载荷700kg/m2 |
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清朝的时候，说洋人船坚炮利，想不通铁船怎么能浮起来，已经感到不可思议了， 如果让他们看到几百吨重的飞机飘在空中，不知道他们什么感觉， 一定会觉得天兵、神仙来了 |
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泻药 |
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（从课本上截的图 嘻嘻qaq |
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几万吨的云还在天上飘着呢. |
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因为机翼面积大啊！ 安-225最大起飞重量640吨，翼面积905平方，翼载大概是700公斤/平方。 700，很高…………吗？ 你看人家米格31，翼载荷高达750，也不耽误它两马赫浪的飞起。 C17运输机翼载更是达到了809！ 因为这个数值尚在合理范围。 机翼的升力本就不能用伯努利原理单独解释。 还有康达效应。 还有迎角撞风压力。 还有绕翼环流效应。 还有很多微妙的说不清道不明的效应。 所有以上产生的合力才是机翼的升力！ |
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这些的详细计算属于流体力学的范畴，很基础。 而在偏应用的空气动力学上，都是直接采用流体力学的计算结果，套用公式得出升力数值。 所以都是符合科学的。 |
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本来抱着有大佬能来详细说一下让我学习一下的想法翻开答案，结果一开，一水的嘲讽，什么你不知道不代表别人也不知道，什么民科营销号看多了，什么初中问题之类的，你们嘲讽别人的时候怎么就不知道先确认一下自己对问题的理解是否在对方之上呢？ 现代的理论只能初步的解释飞机为何能飞，但在理论上的精确解，至今都没有找到，在应用上的确达到一定高度，但这些成果却完全不能用理论一步到位的精确设计出来，都需要在风洞里近一步优化。这是题主说不知道原理的背景，而不是什么营销号看多了。 个人认为（非航空相关专业，仅为爱好），有关流体领域的未知情况的原因无非在于系统的微观复杂度超过了目前的观测能力，其实不光是飞机，几乎一切与流体有关的应用，都存在大量的以经验公式为支持的理论，就是因为流体中复杂度太高，且由于蝴蝶效应，这种复杂度也变得不可预测，进而导致了整个系统的难以预测，在高度宏观的视角上，有理论能解释，但一旦稍微不那么“宏观”就不可避免的遇到这些“测不准”的因素，所以导致这东西还不能被理论囊括 |
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说实话，我也不知道，我知道这玩意儿是怎么飞起来的，也知道它是靠什么飞起来的，但是为什么能飞起来，我真不知道……高中课本上用伯努利原理解释肯定是不对的，反正I believe I can fly就完事儿了 |
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其实按照牛顿第三定律理解就行了。 飞机向下推气体，气体就会给飞机一个反向的升力。 因为气体是流体，所以需要向下加速气体，当加速的气体质量超过了飞机自身的重力，飞机自然就飞起来了。 |
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请大家在评论区自行选择。 |
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讲真，飞机是怎么飞起来的，现在还真没一个完美的理论能够解释的。 众所周知，飞机能够飞起来主要是靠机翼产生的升力，但是升力是怎么产生的，目前有几种理论解释，我主要介绍两种。 第一种就是伯努利原理，这也是大多数人以及书解释机翼产生升力的原理，机翼上表面凸，下表面平，导致上表面流速比下表面大，上表面压强比下表面小，从而产生一个压力差，获得升力。但是这种理论也有缺陷，就是认为流体从机翼前缘分离，然后同时到达机翼后缘。可并没有证据表明，流体绕机翼后同时到达后缘，并且，实际上流体是在机翼下表面靠前缘位置分离，在机翼上表面靠后缘位置汇合。而且，伯努利原理不能解释一些飞机能倒飞的原因。像一些特技飞机，机翼的上下表面是对称的，而且能够倒飞，对于这种情况，伯努利原理无法解释。 第二种解释就是牛顿第三定理。通过研究流体流过机翼表明的流线可以发现，原本水平流动的流体在经过机翼后缘后会获得一个向下的速度分量，也就是说机翼给了流体一个向下的加速度，通过牛顿第二定理可知，机翼给予了流体一个大小为ma方向向下的力，同时根据牛三定理，机翼获得一个大小相同，方向向上的力，也就是说机翼向下排空气从而获得升力。这种理论就能解释一些机翼上下表明对称的特技飞机能够飞起来并且一些飞机倒飞的原理。只需要飞机拥有足够的速度，并且机翼有一定的攻角，就能向下排足够的空气从而获得抵消飞机重量的升力。 人们目前是根据流体力学计算升力，但目前流体力学还没有一套完备的理论，关于升力产生的机理也不是很明确，只是知道可以这样算。目前工程领域还有很多类似的事情，知道可以这样做，但不知道为什么可以这样做，知其然而不知其所以然。 |
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无线电发现和技术发明也不止一百年了，身边随便问，搞明白WiFi发射的东西怎么上网的有几个人，只要大概概念就行？ 退一步电磁波，电，蒸汽机甚至四大发明，说明白的人比例有多少？ 好，解释一下司南？ 别告诉我火药就是可以着火的药…… 题目其实挺好的，反应了一个很深邃的哲学道理：人类自身可触及的体验以外的知识和认知，其实是一个很深奥的理性世界。 嗯……就不提理性世界是否真实存在那些话题了。 这个道理有什么用呢？ 有。 就是理解和接受别人的不理解和不接受。 你明白飞机能飞，就要预备着理解别人打死也不理解不相信飞机会飞，亲眼看见也不行，我不信我不信我不信…… 这样就省了很多误会和口舌。 低碳环保减排放，利国利民。 |
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魔法 |
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人类早就弄清楚了飞行的原理了啊！！ 今天不仅知道飞机如何飞起来，导弹火箭飞船都已经成了见怪不怪的航空航天项目了。 |
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因为力向上的分量大于等于重力（及其它作用力，比如你非得在空中开着反推）作用带来的向下分量 这个向上的分量可以来自于： 机翼上下气流流速差异造成的压力差（翼型或迎角），飞机倒飞时只要迎角造成的向上分量大于翼型造成的向下分量即可。典型的例子是直升机的旋翼（几乎完全依赖于迎角）发动机动力的向下分量，力大飞砖。典型例子是几乎没有机翼的导弹和火箭。为了便于理解，上述描述中将机体视为纯负载，但实际上机体也可以提供部分动力。典型的例子是升力体和乘波体。 题主与其纠结于区区机翼如何让飞机飞起来，还不如直接研究下几乎没有机翼的情况。这些案例直观上更加挑战牛顿，比如： 直升机为啥能翻过来倒着飞100多年前意大利弄出来的这种滚筒飞机凭啥能飞起来圆筒为啥也能提供升力 |
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PS 从定义上，飞机指的是固定机翼，且具有自主动力的飞行器。所以直升机不是飞机（属于旋翼飞行器），滑翔机也不是（没有自主动力），上面那个圆筒飞行器模型也不是（圆筒在旋转，不是固定翼） |
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只是你不清楚，你周围的人也不清楚。 清楚的人说了，你们也不能理解。 下边这些图我就看不懂，也许我同样能说是“人们仍然不清楚”，毕竟我也是人们之一。 而且不说“全部人们”就行。 |
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几百吨的东西能飞起来很惊讶？ 一公斤的东西飞起来你就不惊讶么？ 为什么呢？ |
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第一次遇到题主修改答案情况，对于现在这个问题肯定有人回答“力大砖飞”，我就不再把这四个字拓展成几百字的小作文了。 原问题大概是:为什么莱特兄弟发明飞机100年了，人类还没有搞清楚飞机是怎么飞起来的？ 说实话，看到这个问题我的第一反应是“有人在侮辱近百年来科技工作者的劳动”，所以有了下面这一堆略带怼人气息的文字。 写完了自然是觉得犯不着，但是也懒得改了，只补充一句“个人意见，仅供批判” 对于各位回复的小伙伴，尤其是那位航空工程师，我只能说，我没想到你那个深度和高度，我从没想过伯努利原理产生的原因，主要原因是我本能的拒绝思考分子水平的物理现象，我没有实验条件，日常工作生活中也见不到哪怕只是类似的现象，如果陷入思考那显然是一种内耗，通常遇到涉及微观物理的都是跳过原理，只考虑宏观现象。你们的回复让我看到我的知识盲区，以及常年习惯导致的思维空缺，在此表示感谢，(当然我也不会去改啦，没条件就是没条件，不可能因为听君一席话我就有实验条件了，再说我也不靠这玩意吃饭，犯不着为这事花费时间和票子) 另外，让我略感欣慰的是，没人对我的答案说类似“你字多，所以你有道理”之类的话，说明我这篇略带情绪的东西至少把话说清楚了，作为一个非航空专业的人来说，已经满意了。 呃……怼人怼上瘾了，我就再怼一下专业大神们，大家肯定见过类似“这家伙如果不是蠢得无可救药就是聪明的不可预测”或者“你这话蠢得恰到好处，让我判断不了你是真蠢还是装傻”这样的话。说明什么？说明在一个领域内，大神和小白的表现往往是比较接近的，如果题主的最初的问题“为什么100年了还搞清楚飞机为什能飞起来？”还显得有那么点“恰到好处”，那么修改过的问题“为什么几百吨的飞机能飞起来？”就明明白白的告诉大家，题主是真的不明白，正常来说专业大神遇到这么小白的问题要么不屑一顾、置之不理，要么就详细解答才对，而不是在一个半吊子答案下面实名反对，这很伤人积极性的好不好。 以下是原答案: 100年前可能真的不清楚原理，现在不清楚大概率是自己不想搞清楚。 我一学农的，跟飞行、航海没有半毛钱关系，但当时我们必修课里有物理，里面有一个章节是流体力学，简单说就是管子里的液体流动速度越快，管子承受的压强越小，这是第一个知识点； 看机翼剖面图，就会看到机翼上表面相对于下表面更符合流线型，这是第二个知识点； 我们知道越符合流线型，空气或液体受到的阻力越小，它的流速就越快，那么机翼上表面空气应该比下表面流速更快，根据流体力学，速度快=压强低=压力低，速度慢=压强高=压力高，即机翼下表面承受的压力比上表面高，机翼就这样被托举起来了。 接下来做个实验: 用那种透明的，中间没有孔洞的，塑料量角器，能明显看到印有刻度的那一面是纯平的，没有刻度的那一面是弧形的。 把这个量角器平放在桌面上推，刻度面朝下时能滑行很远的距离，一般在40-50CM，再翻过来试试，刻度面朝上时，一般不超过10CM。 这个量角器就像机翼一样，只要速度足够，就能被上下两股气流的压力差托起来。 话说回来，量角器做成这样是生产工艺的原因，机翼可是专门设计的，如果设计师不清楚原理，能把机翼设计成这样？ 别特么跟矮大紧一样瞎说，自己不知道就说大家都不知道，人家造火箭的自然不会去正眼瞧郭德纲，我个半瓶水怼怼你没毛病。 有小伙伴提到翼尖涡流，emmmmm，我知道这东西的存在，但是翼尖涡流产生原理我不是非常清楚(主要是在绕开专业术语的情况下讲不清楚)，以及在我认知中，那是属于“在鸭式布局中，进一步增强了主机翼上表面空气流速”这个范畴的，对于在传统布局以及类似幻影的那种无鸭翼三角翼布局中，主机翼尖涡流能对主机翼本身的升力产生多大效果我真的不清楚。 看到其他答案提到攻角的概念，个人认为搞定了零攻角下机翼升力的问题，正攻角下的升力就更不是问题了，至于负攻角，那叫进入俯冲。 |
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用牛顿第三定律或伯努利原理即可解释飞机为什么能飞起来（伯努利原理是牛顿定律的应用，两者是一致的）。 只是在气体（流体）中的力，不如固体之间的力那么直观，直接应用牛顿定律显得有点“笼统”、有点“虚幻”，不好理解。 如果将气体的宏观压力还原为一个个气体分子的“碰撞相互作用”，深入到气体的微观层面，微观宏观同时考虑，就很好理解了。 请参见 - 知乎 |
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你是不是还有个疑问没问啊： 几十万吨的轮船为什么不会沉？ |
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很多大佬已经说了足够多原理性的东西了，我说点迎角和撞击升力吧。 以下只讨论亚音速固定翼飞机。 很多说法都会抬出伯努利原理，这不算错，但是相当不完整。不完整到什么程度呢，可以说不完整到了错误的程度。 为什么？ 因为不依赖伯努利原理也能做出可以飞的飞机来。 比如一般的纸飞机。或者KT板飞机。这些飞机屁翼型都没有（这里的翼型指的是截面），剪刀剪，刀子裁，激光切，做成飞机的样子都算是致敬航天了，机翼横截面那是万年的长方形。这些飞机考什么飞呢？主要依赖的是机翼迎角和对向空气产生的撞击分力。 道理和一般的宏观牛顿力学一样的。 这个更主要升力来源很对科普中却往往只字不提。也是挺奇怪的。 对于亚音速飞行器来说，利用伯努利原理有助于设计更高效的机翼有更好的平飞效率。但是迎角本身产生的气流撞击升力显然是绝不可忽视的，甚至是更重要的。 如果伯努利原理真的重要成那样的话，客机起飞恐怕连抬头拉起的动作都不需要都不需要了。所以迎角，发动机推进方向等因素可以产生比伯努利原理更大的上升力是无疑的。 至超音速那就是更神奇的领域了在这个阶段 伯努利同学已经开始有点碍事儿了。 伯努利原理很重要，但是远不是飞机能飞起来的全部原因。 如果还不信，想想看天上飞的塑料袋。 |
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力大砖飞。 |
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