“伯努利升力原理”批判

我的瑞典朋友马丁·宋贝先生于1953-1983年长期担任瑞典航空研究院(FFA)低速气动力部主任.他是一名至今还开飞机上天的有54年历史的老飞行员.这两年他常和我讨论飞机升力产生原理的传统说法,他认为许多人误用了伯努利定理来解释升力.他说:长达半个世纪,遍布全世界的飞行员教材中的错误概念,已经酿成了飞行事故,他有责任为此进行斗争.退体后的这几年,他东奔西跑到处说服人们接受他的意见,先是在 FFA内有了市场,接着欧洲民航年会(ECAC)采纳了他的批评,现在他又在争取国际民航组织(ICAO)和美国联邦航空局(FAA)纠正错误.不久前他寄给我一篇用英文写成的“檄文”,希望我帮助征求中国同行的意见.我将它翻译整理并加了标题“伯努利升力原理批判”介绍给大家.我觉得这篇文章涉及到科学原理的准确表述和科学普及的通谷解释的关系问题.飞机为什么能飞?或升力怎么产生的?这既是航空空气动力学要研究的课题,也是科普教育要回答的问题.文章所批判的说法在我国的科普读物、中学教材、飞行员课程、航空概论中也都采用,因为其通俗易懂,当然在真正的高等空气动力学教程中又是另外的讲法.关键是通俗解释不应当引入错误的概念,更不应当因错误概念导致危险的...     

伯努利定理适用条件分析

本文分析了以理想流体的运动微分方程推导伯努利定理时所利用的限制条件,对有势力作用下不可压缩流动的流场中应用伯努利定理的矢径微分量、速度、涡量之间的关系进行了深入讨论. 分析结果表明当流动为无旋流动或螺旋流时,伯努利常数在流场各点取相同值;伯努利常数在流涡面上各点取值相等,沿流线或涡线积分均为在流涡面上积分的特殊情况.     

伯努利方程应用中的若干问题

在定常流动中,若流体重力势能的变化不重要,则伯努利方程为1/2 v~2+∫dp/ρ=c_1(常数) (1)在不可压缩流动中,ρ是常数,则有∫dp/ρ=p/ρ.伯努利方程形式简单,却很重要,有着广泛的应用.但是,若不注意其使用条件,就会造成误用.     

伯努利方程应用中的若干问题

<正> 在定常流动中,若流体重力势能的变化不重要,则伯努利方程为1/2 v~2+∫dp/ρ=c_1(常数) (1)在不可压缩流动中,ρ是常数,则有∫dp/ρ=p/ρ.伯努利方程形式简单,却很重要,有着广泛的应用.但是,若不注意其使用条件,就会造成误用.     

飞行器的升力、阻力及升力与环量定理的起源

本文介绍了空气动力学中几个基本概念与定律的起源。其中,升力与阻力分别是空气对物体作用力的两个方向上的分量,它们均是由空气与物体的相对运动而产生的,并与该运动速度的平方成正比。库塔儒可夫斯基升力环量定理给出了翼型升力与翼型绕流之间的关系,开启了20世纪早期各国对翼型性能的研究。同时,鉴于理想流体圆柱绕流无阻力的理论结果与实验观察存在的矛盾开始激发人们对黏性流体运动的研究兴趣,并由此诞生了纳维斯托克斯方程组。而后普朗特提出边界层概念,巧妙解决了局部流动与整体流动的关系问题。针对大展弦比直机翼,普朗特又提出了基于升力线假设的升力线模型,并根据翼型气动数据得到三维机翼的气动性能。     

欧拉-伯努利梁的静态响应分析

欧拉-伯努利梁,即通常所称的工程梁或弯曲梁(不考虑剪切变形和转动惯量),其静态响应分析包括求解梁的挠度、转角、弯矩和剪力,亦即求解梁的变形和内力。求解梁的挠度的方法很多,诸如能量法、力矩面积法、差分法等,前不久有人撰文“用奇异函数法求解某些变截面梁的变形”。本文用传递矩阵法分析     

亚声速组合体非线性升力干扰因子

五十年代,Nielsen等人在文献[1]中提出了“干扰因子”的概念,用以计算组合体部件之间的气动力干扰。他们的方法已成为目前通用的工程估算方法的基础。六十年代,纪楚群等同志综合和发展了Nielsen和列别捷夫等人的工作,提出了一套计算手册,已为广大气动设计工作者熟悉和采用。但是Nielsen给出的是线化升力“干扰因子”,只适用于小攻角范围。对于中等至大攻角范围,由于体涡和翼涡产生的非线性升力之间的干扰目前尚无现成方法可循。虽然Nielsen最近提出了非线性干扰因子的概念,但他     

昆虫飞行的高升力机理

对近年来关于昆虫产生非定常高升力的研究进行了综述和归纳.这方面的工作对生物学研究和微型飞行器等微型机械的仿生设计有重要意义.研究表明:果蝇等昆虫翅膀的拍动运动可产生很大的非定常升力,其平均值是定常值的2~3倍,足够平衡昆虫的重量,并有较大的富余用于机动飞行;产生高升力有三个因素:一是拍动开始阶段翅的快速加速运动,二是拍动中的不失速机制,三是拍动结束阶段翅的快速上仰运动.人们从能耗的角度考察了这些非定常高升力机制的正确性和可行性.当作悬停飞行的果蝇用以上机制产生平衡其重量的升力时,其比功率(支持单位身体质量所需的功率)约为29W/kg, 生化/机械效率约为17%. 这些值与人们基于对昆虫肌肉力学特性的研究所预估的值接近.果蝇前飞时,其比功率随速度变化的曲线是一J形曲线,而不是象飞机或鸟的那样是一U形曲线;这与人们基于昆虫新陈代谢率的测量数据所推断的结果一致.对于蜻蜒等(功能上)有前、后两对翅膀的昆虫,有以下初步结果:翅的下拍主要产生升力,上挥主要产生推力;下拍时的平均升力系数可达2~3,十分大,上挥时的平均推力系数可达1~2, 也很大,它们主要由非定常效应产生;前、后翅的相互干扰并未起增大升力和推力的作用,反而有一定的不利作用.      

横向振动方柱波动升力实验研究

本文对均匀流中静止方柱和横向强迫振动的方柱进行了实验研究。实验雷诺数范围为 3×10~3～10~4,振幅与柱截面宽度之比 A/D 达到0.7,实验折合速度范围为 4.5≤V_r≤12。文章重点研究了较高振幅振动柱的锁定现象、波动升力与柱位移之间的相位变化,讨论了方柱涡激振荡、驰振和气动稳定性问题。对流场进行的流动显示,清晰地显示出锁定区涡脱落过程、近尾迹流场随振动频率和振幅的演化规律,从而对振动柱波动升力与相位变化的物理机制获得进一步认识。     

有关机翼升力理论的其人其事

回顾了19世纪末、20世纪初探索建立机翼升力理论的过程,包括牛顿的正弦平方定律,对马格努斯效应的认识和应用,兰切斯特、库塔、儒柯 夫斯基建立机翼升力环流理论和普朗特建立升力线理论等。本文追溯了历史事实,并阐述了有关其人其事。     

伯努利方程教学设计中的若干问题1)

针对流体力学课程中伯努利方程内容的教学设计,分析了伯努利方程演示实验中的常见误解,提供了伯努利方程的不同推导方法,讨论了方程中压强项的物理意义,并将伯努利方程进一步联系拓展,以加深学生的理解认识,建立科学严谨的分析方法。伯努利方程的推导是我们认识该方程最基本的出发点,在运用伯努利方程对演示实验解释时一定要注意伯努利方程的适用条件,且综合考虑流体黏性、卷吸等因素的影响。大多数中文教材和英文教材关于伯努利方程中压强项的物理意义解读不同,由伯努利方程推导过程可知,方程中的压强项具有势能的特性,这一特性仅对流体成立。通过建立伯努利方程与其他知识点的联系,对比了可压缩和不可压缩伯努利方程的形式,加深了学生对伯努利方程的理解认识。     

伯努利方程对流体力学理论建立的历史贡献

著名的理想流体定常流动的能量方程即伯努利方程,自建立以来在流体力学领域中贡献卓著。本文依据伯努利方程的建立内涵,阐述了其在流体静力学、定常孔口出流、皮托管测速、文丘里管流量和翼型绕流等具体流动中的成功应用。同时,进一步说明了由伯努利方程建立提出的局部跟随流体质点的建模思想,被欧拉概括为描述流体运动的流场法,是建立欧拉方程组和N-S方程组的基本依据,也为后来湍流理论、边界层理论、气动噪声等理论的建立奠定了基础。     

电磁“量子”摆的原理及实验研究

制作了一个磁力摆实验装置,当磁力摆临近通有频率远高于轻摆固有频率的交流电电磁铁时,可以产生一系列量子化的、离散的无阻尼振动.通过实验观察,建立了理论模型.     

“力学系统平衡的判别准则”与虚位移原理

讨论了力学系统平衡的定义, 以及虚位移原理充分性成立的先决条件.     

“力学系统平衡的判别准则”与虚位移原理

讨论了力学系统平衡的定义,以及虚位移原理充分性成立的先决条件.     

升力螺旋桨在桨盘上的诱导速度分布

直升机在前飞时,其升力桨周围的诱导速度分布是一个不易算出的问题.本文试图根据涡流理论导出的精确公式,通过简化,获得适于工程计算的近似公式.在简化过程中,把原来的表达式设法用Fourier级数来表示,但只取二阶谐波为限;同时,又找到两个代数式来代替两个椭圆积分.最后,为了提供诱导速度分布的物理图象,以典型环量载荷为例,计算了几个情况,并绘成曲线.与相应的实验数据比较,本文给果可以反映升力桨诱导速度的一般变化.     

采用分布式压电驱动器升力面的颤振主动抑制

对采用分布式压电驱动器升力面的颤振主动抑制进行了理论与试验研究.应用 LQG最优控制法设计了主动控制律,在控制律降阶时提出了平衡实现与LK法结合使用的新途径,在对不定常气动力进行有理函数拟合时对LS法进行了改进.试验中利用激光测速仪非接触测量模型的速度响应并在地面共振试验中用压电驱动器激振模型.颤振风洞试验结果表明,理论计算合理并与试验结果吻合良好.     

高升力外形下机翼的位流计算

本文采用第二代低阶面元法给出了一种高升力外形外机翼位流计算方法。     

水平边界层层流对流中浮升力的作用

浮升力对水平边界层层流对流有两方面的作用,一方面使边界层内速度及温度分布产生畸变;另一方面直接影响了边界层流动的稳定性。 1.层流边界层方程组的近似求解 考虑了浮升力作用的水平边界层层流对流运动,可用下列积分方程组来描述