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『丹尼尔·伯努利』飞机为什么能飞起来？直到今天，科学家仍然没有答案( 四 )


虽然如此 ， 目前我们需要进一步解释的已经只有少数悬而未决的问题 。 关于升力 ， 你应该能回想起来 ， 这是机翼上下表面压力差导致的结果 。 对于翼型下表面的情况 ， 我们已经有了一个可以接受的解释：迎面而来的空气挤压机翼 ， 在垂直方向产生升力 ， 在水平方向产生阻力 。 向上挤压机翼下表面的力 ， 以局部高气压的形式出现 。 简单来说 ， 这种更高的气压是作用力和反作用力的结果 。
然而 ， 机翼上表面的情况却大不相同 。 那里存在一个低压区 ， 是提供升力的重要部分 。 但是 ， 如果伯努利原理和牛顿第三定律都不能解释它 ， 什么才能解释它呢？从模拟实验中的流线信息 ， 我们可以得知 ， 机翼上方的空气与翼型向下弯曲的特征紧密相连 。 但是 ， 为什么流过机翼上表面的气团必须顺着隆起后向下弯曲的机翼流动呢？为什么不能离开它直接向后飞呢？
马克·德雷拉（Mark Drela）是麻省理工学院流体动力学教授 ， 他给出了一个答案：“如果这些流体团瞬间偏离机翼的上表面 ， 它与机翼之间的空间就会形成真空 ， ”他解释道 ， “这个真空会把流体团吸下去 ， 直到真空基本被填满 。 也就是说 ， 直到它们流动的方向再次与机翼正切 。 这就是迫使流体团沿着机翼形状移动的物理机制 。 局部存在一个轻微的真空环境就能使流体团沿着弯曲的机翼表面流动 。 ”
空气团的偏离 ， 以及被拉近的过程 ， 使机翼的上表面区域产生了低压 。 这个过程还引发了另一种效应：在机翼上表面 ， 空气流动速度更快 。 “当机翼上方的气流靠近机翼时 ， 机翼上表面的低压气团会在水平方向上‘拉动’气流 ， 因此 ， 当这些空气抵达机翼时 ， 速度会更快 ， ”德雷拉说 ， “所以 ， 机翼上方的气流速度增加 ， 可以看作是压力降低的副带作用 。 ”
『丹尼尔·伯努利』飞机为什么能飞起来？直到今天，科学家仍然没有答案
本文插图
但和往常一样 ， 在解释升力时 ， 不同的专家会给出不同的答案 。 剑桥大学空气动力学家巴宾斯基（Babinsky）说：“我很尊敬我的同事德雷拉 ， 所以我很不愿意反对他的观点 。 但是 ， 如果真空的出现是升力出现的原因 ， 就很难解释 ， 为什么有时气流不会流经机翼表面 。 当然 ， 他在其他方面都是正确的 。 这个问题可能真的没有简单快捷的解释 。 ”
德雷拉自己也承认 ， 他的解释在某些方面并不令人满意 。 他表示：“一个明显的问题是 ， 没有一个解释会被普遍接受 。 ”看来 ， 直到今天 ， 这个问题仍然没有简单的答案 。
本文译者：白晨媛是清华大学航天航空学院博士后 ， 主要研究空气动力学 。
本文审校：吴子牛是清华大学航天航空学院教授 ， 主要研究空气动力学 ， 旋涡理论与应用等 。
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