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风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应

风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应辽宁舰飞行甲板的前端向上斜翘,使舰载机在加力起飞的最后阶段机身向上与水平方向呈大约14o的迎角。此时的机翼与机身下表面相当于一个巨型的风筝。歼-15战斗机在滑跑起飞时可获得较大的辅助升力。同时歼-15战斗机发动机产生的推力方向也因迎角向上倾起,舰载机实现短距滑跑快速起飞。风筝升空原理及受力分析(绘图/林汉京)这是怎么做到的呢?实际上,这可离不开我们在春天最喜欢放的风筝!风筝,古人称之为“鸢(yuān)”。它有骨架、面布和平衡尾3个部分。骨架是用来保持轮廓和有效的受风面积,并支撑和固定面布的;面布是提供风筝的受风面,使风筝产生升力的作用部件,也可使风筝呈现多样的画面效果;平衡尾有配重、稳定的作用,也可保持风筝放飞时的姿态。风筝的升空利用了“力的合成与分解”和“作用力与反作用力”(牛顿第三定律)两项物理学原理。风筝飞起时,其迎风面与空气会有个相对运动方向的迎角(α),风筝拉线会产生拉力(T)。

撰文/林汉京

本文节选自《知识就是力量》杂志

在辽阔的渤海,中国海军航空兵某部正在进行舰载机起降训练。只见辽宁舰保持30节(约为55.6km/h)航速迎风疾驶,一架架战机轰鸣。航母的前甲板不足200米长,重达20~30吨的歼-15战斗机要从航母前端滑跃式甲板上一跃而起,直上云天!

风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应(1)

中国航母辽宁舰进行舰载机起降训练

这是怎么做到的呢?实际上,这可离不开我们在春天最喜欢放的风筝

风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应(2)

风筝,古人称之为“鸢(yuān)”。它有骨架、面布和平衡尾3个部分。骨架是用来保持轮廓和有效的受风面积,并支撑和固定面布的;面布是提供风筝的受风面,使风筝产生升力的作用部件,也可使风筝呈现多样的画面效果;平衡尾有配重、稳定的作用,也可保持风筝放飞时的姿态。

风筝的升空利用了“力的合成与分解”和“作用力与反作用力”(牛顿第三定律)两项物理学原理。风筝飞起时,其迎风面与空气会有个相对运动方向的迎角(α),风筝拉线会产生拉力(T)。根据牛顿第三定律,就会产生一个大小相等的反作用力(T反),且反作用力的方向与拉力的方向相反。风筝拉线与面布的交接点(A点)在垂直方向会受到空气压力(F压)的分力(F升)、线拉力(T)的分力(T下)和风筝重力(G)共同作用。调整风筝的放飞迎角(α),使F升≥T下 G,风筝就可上升或在空中静止;如若F升<T下 G,风筝就会下坠。

风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应(3)

风筝升空原理及受力分析(绘图/林汉京)

辽宁舰飞行甲板的前端向上斜翘,使舰载机在加力起飞的最后阶段机身向上与水平方向呈大约14o的迎角。此时的机翼与机身下表面相当于一个巨型的风筝。歼-15战斗机在滑跑起飞时可获得较大的辅助升力。同时歼-15战斗机发动机产生的推力方向也因迎角向上倾起,舰载机实现短距滑跑快速起飞。

在军用飞机各种战术飞行动作中也能找到风筝效应的身影。飞行员依靠对迎角的准确掌握,完成各种复杂的特技动作,从而达成各种战斗任务。

此外,飞机升空主要依靠“伯努利效应”,但飞机在低速状态时伯努利效应尚不明显,因此风筝效应对飞机的起降辅助效果反而较强。20世纪40年代中期以前,飞机多以活塞发动机和螺旋桨为动力装置,飞机航速较低,起飞速度较慢,因此多采用后三点式起落架布局,以使飞机有固定的迎角,在滑跑全程获得风筝效应。而现代喷气式飞机起飞速度快,无需再借助风筝效应,为便于驾驶员观察,避免着陆时发生“机头倒立”等安全事故,多采用前三点式起落架布局。

风筝能够飞行的基本原理是平衡,什么是风筝效应(4)

低速飞机起落架布局为后三点式。

所以,小小的风筝也有大作用,下次放风筝的时候你不妨多观察一下。

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