飛行原理
關注創建者：劉兆明 創建時間：2015-07-15
飛行原理的實例教程
飛行要解決兩個問題：一是上升；二是前進，前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。 上升是根據伯努利原理，即流體（包括氣流和水流）的流速越大，其壓強越小；流速越小，其壓強越大。還有，升力和迎角等都有很大關系。
首先，我們先來看看什么是直升機，利用槳葉的旋轉支承其空中飛行的升力完全依靠一具或多具繞垂直軸旋轉的旋翼向下方排斥氣流所產生的反作用力。
直升機的布局有很多種，在直升機發展初期，沒有哪一種布局的直升機占有主導地位，不同的設計者根據自己的理解和喜好，設計出各種各樣的垂直起降飛行器，比如：共軸、支奴干（串列式），單旋翼尾槳式等等。
但是經過多年的實踐，其他布局的直升機大多失去了熱衷者，唯獨單旋翼尾槳式勢頭未見，一直占據主導地位，成為目前應用最廣的一種直升機。下面我主要講講單旋翼尾槳式直升機的工作原理。
主要組成
主要由動力系統，變速箱，主旋翼，尾旋翼，主旋翼總成，尾旋翼總成，傳動機構，執行機構，起落架等組成。
旋翼旋轉方向
一般來說，美國的一些直升機喜歡采用俯視逆時針旋翼。法國俄羅斯等多說國家喜歡采用俯視順時針的旋翼。我國直升機中“黑鷹”和直-8是俯視逆時針旋翼，其他機型都是俯視順時針旋翼。從氣動特性來說，兩者都沒有明顯的區別。但是，作為有人機來講，如果采用并列式駕駛艙，并指定左座為機長位置，那么還是采用俯視順時針旋翼更好一些。
展開 英國《自然》雜志近日在線發表的一篇動物學論文，介紹了令蚊子得以飛行的獨特空氣動力學原理。該研究或將在未來仿生學中得到應用。
（圖片來源于網絡）
蚊子擁有一對長而細的翅膀，相對其尺寸而言，翅膀振動速度較快（振動頻率約為800赫茲），振幅小于任何其它昆蟲類群。蚊子翅膀的拍動角約為40度，不到蜜蜂的一半，讓人不免猜測蚊子究竟是如何實現飛行的。
位于英國哈特菲爾德的皇家獸醫學院中，研究人員理查德·邦弗瑞及其同事此次通過分析表明，除了前緣渦產生升力之外，蚊子還采用另外兩種空氣動力學特性：后緣渦以及利用翅膀轉動產生的一種升力機制。
（圖片來源于網絡）
研究人員表示，其它昆蟲在下拍和上拍的平動階段產生主要的重量支撐，而蚊子獨特的翅膀形狀和運動意味著，它們的重量主要在每一個半次拍動結束時翅膀轉動的瞬間得到支撐。這樣，反過來通過尾流捕捉在翅膀后緣產生渦流，而尾流捕捉是一種昆蟲通過重新捕捉在前一次拍動中損失的能量而獲得額外升力的現象。
至于蚊子為何演化成采用不同于其它昆蟲常用飛行模式的情況，目前科學家仍不清楚。但是，高頻率拍翅所需的慣性動力較大。論文作者認為，這一點或通過其他選擇性優勢得到補償。
展開 飛機的飛行要解決兩個問題：一是上升；二是前進。前進靠的是發動機的動力帶動螺旋槳旋轉產生的向前牽引力或是噴氣產生的向前推力。 上升是根據伯努利原理，即流體（包括氣流和水流）的流速越大，其壓強越小；流速越小，其壓強越大。還有，升力和迎角等都有很大關系。
氣流流過的壓力差產生了升力
飛機運動的三軸簡化：俯仰、滾轉、偏航。
滾轉是副翼控制▼
俯仰運動靠升降舵控制▼
偏航運動靠方向舵控制▼
航空發動機——飛機前進的動力提供
渦輪風扇發動機，大型運輸機的發動機。渦扇氣路兩條，外邊這條提供基本70%~80%的推力，里邊這條僅提供20%~30%的推力。
渦輪噴氣發動機，噴氣就靠噴來推動了▼
渦輪螺旋槳發動機▼
星型發動機示意圖，在其他更先進的航空發動機出現之前大型飛機的發動機常采用星型設計。
星型發動機屬于活塞式發動機的一種早在1903年，星型發動機就用在了飛機上
直升機力的抵消▼
直升機前進和上升控制▼
起落架收放示意▼
來源：金屬加工
展開 圖2 Magnus效應
1.2.3 壓力的Bernoulli 原理
Bernoulli 原理的實踐應用是文氏管。文氏管的入口比喉部直徑大，出口部分的直徑也和入口一樣大。在喉部，氣流速度增加，壓力降低；在出口處，氣流速度減小，壓力增大(圖3)。
機翼產生升力的原因和原理與空氣產生的Bernoulli 規律有關：隨著機翼在空中的移動，流過機翼上部彎曲表面的氣流速度加快，并形成一個低壓區。
圖3 壓力的Bernoulli 原理
盡管牛頓、馬格努斯、伯努利以及其他無數的早期科學家們研究宇宙的規律時沒有我們今天如此先進的實驗室，但他們對當代升力產生的理論卻提供了巨大的指導，并有著深刻的影響。
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飛行原理的最新內容
網友發來一段視頻，問我這逆天的紙飛機怎么可以一直飛行，是什么原理呢？
紙飛機之所以叫飛機，自然和一坨紙不一樣，它會向前運動，并且落地速度要慢很多，折紙飛的時候，頭部一般會多折幾次，增加重量。在下落過程中便有低頭的趨勢，機翼撞擊下面的空氣分子后，受到了垂直向上的力，其豎直分力減緩了下落，水平分力推動了前行。這個情況是空氣靜止，飛機動。
撲翼飛行器模仿鳥類和昆蟲的飛行原理，通過往復拍打翅膀獲得升力以克服重力，能做到真正意義的仿生，對于解釋鳥類和昆蟲的飛行機理具有重大意義。
在臨近空間區域，盡管大氣濃度已相對較低，但仍有一部分氣動升力和大氣層中的氧可供使用， 且長時間飛行空氣阻力尚不能完全忽略不計，因此，難以完全實現離心力平衡重力的軌道力學原理飛行。
本文將介紹飛機機翼的工作原理——在基礎層面上，解釋飛行原理時并不涉及復雜的數學計算；而要進一步了解更復雜的行為，則需要借助 CFD 仿真來計算和可視化復雜系統中的流體流動。
這是一項發展迅速的飛行技術基本飛行原理構成了許多這些新發展的基礎。
它首先按照無人機的飛行運動學、空氣動力學以及飛行控制原理等有關理論建立起相關的數學模型，然后以此模型為依托進行模擬仿真試驗和分析研究。
“
四旋翼無人機的飛行原理
該飛行器只有幾毫米大,首次將微機電系統（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）與昆蟲飛行原理結合到一起，為MEMS在微型飛行器上的應用提供了經驗。
在微型撲翼飛行器MAV高速發展的同時，傳統的載人撲翼飛行器也有所發展。
底盤是按照“飛行底盤”的原理設計的。這種方法可以擴大 Ka-26 的范圍。在生產過程中，僅生產了800臺經過各種改裝的機器，即：
農業 - 安裝了化學品容器，隨后以 30-130 公里/小時的飛行速度噴灑到 20-60 米的寬度；每秒可灑粉1.5～12千克，可噴霧1.5～12升。以每公頃噴灑50千克農藥計算，每飛行1小時可灑粉140公頃，可噴霧120多公頃。
從飛行原理上看，行業通用的四旋翼布局雖然有結構簡單的優勢，但有氣動效率較低這個明顯缺陷。而且當前電池技術每年只有10-20%的增長，所以如今無人機續航30分鐘仍算是“優秀標準”。
無論是在航拍場景下使用者的里程焦慮，還是在工業巡檢領域的巡航半徑限制，續航不足都是行業最大的源頭痛點之一。
