飛機(jī)產(chǎn)生升力的本質(zhì)是由于機(jī)翼與周圍流體(空氣)的相互作用。這個(gè)相互作用產(chǎn)生了壓力差和渦流兩種現(xiàn)象,它們都是升力形成的重要組成部分。壓力差是升力的直接原因,而渦流則是這種壓力差形成的一個(gè)伴隨現(xiàn)象。
壓力差理論通常基于伯努利原理,即在理想流體中,流速越高,壓力越低。機(jī)翼的形狀(翼型)通常設(shè)計(jì)成上表面比下表面更為彎曲,這樣當(dāng)空氣流過(guò)機(jī)翼時(shí),上表面的流速要比下表面快。根據(jù)伯努利原理,上表面的壓力就會(huì)比下表面低,從而產(chǎn)生向上的升力。
然而,渦流在升力產(chǎn)生中也扮演了關(guān)鍵角色。當(dāng)空氣流動(dòng)經(jīng)過(guò)機(jī)翼尖端時(shí),由于上下表面的壓力差,會(huì)形成渦流。這些渦流在機(jī)翼后方形成一種稱為尾跡渦的旋轉(zhuǎn)氣流。渦流的存在意味著空氣并非沿著機(jī)翼表面平滑流動(dòng),而是參與了復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)和卷吸現(xiàn)象。
渦流對(duì)升力的影響可以從兩個(gè)角度來(lái)理解:
環(huán)流理論:渦流的存在實(shí)際上是環(huán)流的一部分,環(huán)流是圍繞機(jī)翼的一種旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。環(huán)流理論是由英國(guó)物理學(xué)家弗雷德里克·溫托夫特(Frederick W. Lanchester)、德國(guó)物理學(xué)家馬丁·威廉·庫(kù)塔(Martin Wilhelm Kutta)和俄國(guó)數(shù)學(xué)家尼古拉·約戈斯基(Nikolay Yegorovich Zhukovsky)獨(dú)立發(fā)展的,它解釋了升力的產(chǎn)生與環(huán)繞機(jī)翼的流體旋轉(zhuǎn)相關(guān)。
牛頓第三定律:渦流的形成也符合牛頓第三定律(作用與反作用)。當(dāng)空氣在機(jī)翼后部形成下行渦流時(shí),根據(jù)牛頓第三定律,機(jī)翼必然受到一個(gè)向上的反作用力,即升力。
因此,飛機(jī)升力的本質(zhì)不僅僅是簡(jiǎn)單的壓力差,渦流現(xiàn)象是壓力差形成和升力產(chǎn)生的重要組成部分。渦流的形成和維持是流體動(dòng)力學(xué)中的復(fù)雜過(guò)程,它與機(jī)翼的幾何形狀、攻角、速度和空氣的性質(zhì)都有關(guān)系。理解飛機(jī)升力的完整圖景需要綜合考慮渦流、壓力差以及其他流體動(dòng)力學(xué)因素。