上海交通大学：《物理异想》课程教学资源（论文资料）像鸟儿一样飞翔

像鸟儿一样飞翔 鸟儿飞过，在天空没有留下痕迹，却在人类心中种下了梦想。 人类渴望像鸟儿一样直冲云霄，在风中起舞，在云中漫步，逍遥自在。早在中国西汉， 就有人用鸟的羽毛制成翅膀绑在身上，从高台上跳下并滑翔数百步。当然由于古人缺乏科学 技术，这些“飞人”最后大都非死即伤。但是，只要有一颗渴望飞翔的心，翱翔于蓝天终将 成为现实。 虽然经历了无数的失败和挫折，但是人类从未放弃过飞翔的梦想。终于在1903年，莱 特兄弟发明了世界上第一架飞机，从此人类可以自由飞行。飞机发展到今天，性能和可靠性 得到了极大的提高，各种民用飞机和军用飞机琳琅满目。 鸟是大自然中最擅长飞行的动物，飞机就是仿造鸟的生理结构设计制造的。目前的飞机 主要有两类，直升机和固定翼飞机。直升机主要是靠旋翼产生升力来克服自身重力。起飞时， 螺旋桨旋转逐渐加快，产生的升力也越来越大，当升力比自身重力大的时候就起飞了。 如图1所示，当螺旋桨高速旋转时，螺旋桨 下方的空气运动速率增大，上方的空气运动 速率减小，根据伯努利原理，下方的气体压 强将小于上方的压强，于是就产生了一个向 上的升力。直升机的突出特点是可以做低空 飞行、低速飞行和机头方向不变的机动飞行， 特别是可以在小面积场地垂直起降。这些特 点使得它得以广泛应用，尤其是在军事上， 图1.升力产生示意图 著名的有美军的“阿帕奇”和“眼镜蛇”武 装直升机。 相对于直升机，固定翼飞机在日常生活中更加常见。从飞行原理上来说，固定翼飞机对 鸟类的仿真程度更高，机翼的设计大量借鉴了鸟类翅膀的构造。与鸟类依靠翅膀飞行一样， 固定翼飞机的升力绝大部分是由机翼产生。如图2所示，飞机机翼与鸟类翅膀高度相似， 机翼的上表面较下边面突起。飞机在空中飞行时，空 气流在机翼前缘分成上、下两股，分别沿机翼上、下 表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。根据连续 性原理（质量守恒），机翼上表面凸出，空气流过的路 程较长，则流速较快，气压降低：机翼下表面气流流 速较高，气压较大。于是，机翼的上、下表面就出现 了压力差，垂直于气流方向的压力差总和就是机翼的 升力。这个升力与气体的粘性和流速有关，我们假设 气体粘性不变的话，只要加快气体流速就可以增大升 图2机翼仿真示意图 力使飞机起飞。所以我们便不难解释，固定翼飞机起 飞都需要长长的跑道，飞机必须加速到一定速度，使得机翼与前方气流达到一定的相对速度 才可以获得足够的升力来升空。相比于其他交通工具，固定翼飞机具备速度快、机动性高、 安全舒适等突出特点，在民用和军事领域均得到广泛应用。著名的固定翼飞机有空客A380, 其为目前载客人数最多的客机，采用最高密度座位时可载853人：军事领域有美军的F-22, 俄罗斯的T50等等。 除了继续完善以上两种飞机之外，扑翼飞行器也是未来人类飞上蓝天的一个发展方向。 事实上，人类在制造飞机的过程中最初模仿的就是扑翼飞行，即靠机翼拍打空气的反作用力

像鸟儿一样飞翔 鸟儿飞过，在天空没有留下痕迹，却在人类心中种下了梦想。 人类渴望像鸟儿一样直冲云霄，在风中起舞，在云中漫步，逍遥自在。早在中国西汉， 就有人用鸟的羽毛制成翅膀绑在身上，从高台上跳下并滑翔数百步。当然由于古人缺乏科学 技术，这些“飞人”最后大都非死即伤。但是，只要有一颗渴望飞翔的心，翱翔于蓝天终将 成为现实。 虽然经历了无数的失败和挫折，但是人类从未放弃过飞翔的梦想。终于在 1903 年，莱 特兄弟发明了世界上第一架飞机，从此人类可以自由飞行。飞机发展到今天，性能和可靠性 得到了极大的提高，各种民用飞机和军用飞机琳琅满目。 鸟是大自然中最擅长飞行的动物，飞机就是仿造鸟的生理结构设计制造的。目前的飞机 主要有两类，直升机和固定翼飞机。直升机主要是靠旋翼产生升力来克服自身重力。起飞时， 螺旋桨旋转逐渐加快，产生的升力也越来越大，当升力比自身重力大的时候就起飞了。 如图 1 所示，当螺旋桨高速旋转时，螺旋桨 下方的空气运动速率增大，上方的空气运动 速率减小，根据伯努利原理，下方的气体压 强将小于上方的压强，于是就产生了一个向 上的升力。直升机的突出特点是可以做低空 飞行、低速飞行和机头方向不变的机动飞行， 特别是可以在小面积场地垂直起降。这些特 点使得它得以广泛应用，尤其是在军事上， 著名的有美军的“阿帕奇”和“眼镜蛇”武 装直升机。 相对于直升机，固定翼飞机在日常生活中更加常见。从飞行原理上来说，固定翼飞机对 鸟类的仿真程度更高，机翼的设计大量借鉴了鸟类翅膀的构造。与鸟类依靠翅膀飞行一样， 固定翼飞机的升力绝大部分是由机翼产生。如图 2 所示，飞机机翼与鸟类翅膀高度相似， 机翼的上表面较下边面突起。飞机在空中飞行时，空 气流在机翼前缘分成上、下两股，分别沿机翼上、下 表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。根据连续 性原理（质量守恒），机翼上表面凸出，空气流过的路 程较长，则流速较快，气压降低；机翼下表面气流流 速较高，气压较大。于是，机翼的上、下表面就出现 了压力差，垂直于气流方向的压力差总和就是机翼的 升力。这个升力与气体的粘性和流速有关，我们假设 气体粘性不变的话，只要加快气体流速就可以增大升 力使飞机起飞。所以我们便不难解释，固定翼飞机起 飞都需要长长的跑道，飞机必须加速到一定速度，使得机翼与前方气流达到一定的相对速度 才可以获得足够的升力来升空。相比于其他交通工具，固定翼飞机具备速度快、机动性高、 安全舒适等突出特点，在民用和军事领域均得到广泛应用。著名的固定翼飞机有空客 A380， 其为目前载客人数最多的客机，采用最高密度座位时可载 853 人；军事领域有美军的 F-22， 俄罗斯的 T50 等等。 除了继续完善以上两种飞机之外，扑翼飞行器也是未来人类飞上蓝天的一个发展方向。 事实上，人类在制造飞机的过程中最初模仿的就是扑翼飞行，即靠机翼拍打空气的反作用力 图 1.升力产生示意图 图 2.机翼仿真示意图

作为升力及前行力，这是对鸟类飞行的最直观的模仿。但是扑翼飞行是以鸟类特殊生理结构 为基础的，目前为止人类可以制造出的机械都望尘莫及。所以，人类的飞天梦实现了，扑翼 飞行的梦却还要继续做下去。扑翼飞行器的主要技术难点有三：一、扑翼空气动力学还没有 成熟：二、材料达不到要求：三、结构的设计和制造太困难。我认为扑翼飞行器是很有研究 价值的，它具有诸多优点。它无需跑道可以垂直起降，机械效率更高，而且机动性更强。我 们都知道鸟儿可以在空中做出各种姿态，而且能够迅速改变，这种机动性是目前的飞机所远 远达不到的。如果假以时日，人类能够克服重重困难，研制出可行的扑翼飞行器，或许我们 就可以真的像鸟儿一样自由在地飞翔了。 学号： 5100109016 姓名： 童炯潇 参考文献：百度百科

作为升力及前行力，这是对鸟类飞行的最直观的模仿。但是扑翼飞行是以鸟类特殊生理结构 为基础的，目前为止人类可以制造出的机械都望尘莫及。所以，人类的飞天梦实现了，扑翼 飞行的梦却还要继续做下去。扑翼飞行器的主要技术难点有三：一、扑翼空气动力学还没有 成熟；二、材料达不到要求；三、结构的设计和制造太困难。我认为扑翼飞行器是很有研究 价值的，它具有诸多优点。它无需跑道可以垂直起降，机械效率更高，而且机动性更强。我 们都知道鸟儿可以在空中做出各种姿态，而且能够迅速改变，这种机动性是目前的飞机所远 远达不到的。如果假以时日，人类能够克服重重困难，研制出可行的扑翼飞行器，或许我们 就可以真的像鸟儿一样自由在地飞翔了。 学号： 5100109016 姓名： 童炯潇 参考文献：百度百科