本帖最后由 acedriver 于 2012-10-13 04:40 编辑
原文地址：http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/bernnew.html，拙译，勿喷。
升力是使飞机保持在空中的力。升力是如何生成的？在百科全书、物理课本和网上，你能找到很多种解释。不幸的是，很多解释都是错误的。很多年来，关于升力生成的理论都是热火朝天的争议的源头。
争论者通常可以划分为两个阵营：(1)那些支持“伯努利理论”的，说升力是由机翼上下压力差而生成的；(2)那些支持“牛顿理论”的，说升力是机翼使空气偏转而产生的反作用力。注意我们的名字都是加了引号的，因为牛顿和伯努利都未曾试着去解释空气动力学升力。这些科学家的名字只是两个阵营的标签。
追寻牛顿和伯努利的人生我们看到的大多是相似点。在这个页面的顶部我们展示了伯努利和牛顿的画像。牛顿在数学和物理的多个领域中都做了贡献。在1666年，当他只有23岁的时候，他发展了重力理论。20年之后，在1686年，他在《自然哲学的数学原理》中提出了运动学三定律。他和莱布尼兹同时发明了微积分。丹尼尔·伯努利也在数学和物理的多个领域工作过，并有一个医药学位。在1724年，24岁的时候，他发布了一项数学研究，其中他研究了一个牛顿提出的关于容器中的水流的问题，还有其他几个问题，涉及到微分方程。在1738年，他的著作《流体力学》发表。在他的著作中，他运用了能量守恒来解决流体力学问题。
哪一阵营是正确的？升力究竟是如何生成的？
当气体流过一个物体，或者一个物体穿过气体，气体分子可以自由地在物体周围移动；它们不像在固体中那样紧密连接。因为分子可以移动，气体速度便有关了。物体周围的气体在不同地方有截然不同的速度。伯努利的方程将气体某处的压力和那里的速度联系起来；所以当在物体周围气体的速度不同时，气压也不同。气压差乘上面积就是物体受到的空动力。升力是其中垂直于气体流向的分力，阻力是平行于气体流向的分力。然而，通过气体的速度差也可以得出空动力。速度差可以得出气流的偏转，通过牛顿第三定律，气流的偏转也会对物体产生反作用力，即空气动力学升力。所以说“伯努利理论”和“牛顿理论”都是正确的。通过气压差和速度差都可以得出物体上的空动力。我们可以用任意一个来得出空动力的大小和方向。
那么争论的是什么呢？
有争论，是因为人们错误的应用伯努利和牛顿的方程，因为人们把升力的问题过度简化了。最流行的错误理论源于伯努利定律的错误使用。这个理论被叫做“相等通过时间”或者“更长路径”理论，说机翼设计成上表面比下表面长，来使得上表面的气体速度更快，因为上下表面的气流分子要在同一时间到达机翼末端。这个理论接着使用伯努利定律来解释上表面有低气压而下表面有高气压，结果就是升力。这个理论错就错在如何说明上表面气流速度快。事实上，在机翼上，上表面的气流速度比“相等通过时间”所说的速度还要高得多。如果我们知道了正确的气流速度分布，那么我们确实可以用伯努利定律来得到气压，继而得到升力。但是“相等通过时间”得出的速度却不是正确的速度。【译注：咱论坛飞院也是这样讲的..该改改了...详见http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/wrong1.html】另一个错误的理论使用文丘里效应来确定速度。但是由于一个机翼并不真是半个文氏管，这也会得出错误答案。还有一个错误理论，对机翼下表面运用牛三律。这个理论把升力等同于打水漂。它忽略了物理事实，那就是机翼的上下表面都对气流偏转有所贡献。
一个物体如何生成升力，真正的细节是非常复杂的，无法简化。对于气体，我们要同时保证质量、动量、能量守恒。牛顿运动学定律是关于动量守恒的。伯努利定律是由能量守恒得出。所以这两个理论都是对的。质量守恒给空气动力学问题带来了不少的复杂性。例如，由质量守恒，一个方向上气体流速的改变造成与它垂直方向上气体流速的改变。这和固体的运动截然不同，而我们的经验大多建立在固体上。流体质量、动量、能量的同时守恒（忽略空气粘度的效果）被命名为欧拉方程。欧拉是约翰·伯努利（丹尼尔·伯努利的父亲）的学生，有一段时间在圣彼得堡和丹尼尔·伯努利一起从事研究工作。如果加入空气粘度的效果，我们有纳维－斯托克斯方程，以两个在法国和英国的独立的研究者命名。要真正地理解升力生成的细节，欧拉方程的知识是必不可少的。
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雷达卡
发表于 2012-8-4 17:40:18
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