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張雨田1938

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[交流] 升力解讀主要內容謬誤

升力解讀主要內容謬誤
   空氣動力學基礎理論中的偽命題    張雨田

   空氣動力學基礎理論根據等高度頭的伯努利定律得出：翼型上表面高點是繞流氣流壓力的最低點。然而，定常場論認為：氣流流程終點是壓力的最低點。矛盾提示潛伏謬誤。等高度頭的  伯努利定律以能量守恒為基礎，實質是“以速定壓”:流速大的地方，壓力��；流速小的地方，壓力大�？諝馐蔷邏�、弛雙向蓄勢狀態(tài)的彈性介質。暫且擱置彈性與“理想氣體”不可壓縮性的差異。如果注意到，壓能不是空氣唯一與壓力相關的彈性勢能，就會發(fā)現對翼型做繞流運動的氣流中不僅僅是壓能與動能間的能量形式轉換。另一種與壓力相關的彈性勢能——弛能的認知動搖了“以速定壓”的正確性。
   如將一根彈簧壓縮則彈簧具有壓能；反之，將其拉伸則彈簧具有弛能。壓縮和拉伸是彈簧的兩種蓄勢狀態(tài)，壓能和弛能都是彈簧的彈性勢能。在彈性限度內，形變與形變應力正相關，但壓能和弛能具方向相反的形變應力。
空氣也是有壓、弛兩種蓄勢狀態(tài)的彈性介質。如將風箱的進出氣口暫時封堵并推進活塞，則活塞前方氣室的空氣受到擠壓，壓力升高高于環(huán)境壓力，具有壓能；活塞后方氣室的空氣受到張弛，壓力降低低于環(huán)境壓力，具有弛能。壓能和弛能分別是由于空氣分子間距減小和增加由分子間的斥應力、引應力產生的彈性勢能。
   如果增加活塞的推進量，則活塞前后兩室的壓能、弛能能值增加。前室壓力變得更高；后室壓力變得更低。這表明：壓能與壓力正相關；弛能與壓力倒相關。
   假設活塞與箱壁間的氣密性不佳，則活塞推進后甚至推進過程中，前室的空氣將經活塞與箱壁間的縫隙流向后室�？p隙的過流截面很小，前室至縫隙的流線收斂，流速沿流線遞增，壓力遞減，氣流壓能逐漸轉換為動能；后室流線發(fā)散，自縫隙起流速遞減氣流動能逐漸轉換為弛能而非壓能前室深部流線“起勢”處和后室深部流線“收勢”處分別是全流程壓力的最高點和最低點所以后室內的。壓力亦然沿流線遞減。前室內流速小的地方壓力大，流速大的地方壓力小，與“以速定壓”吻合；后室內流速大的地方壓力大，流速小的地方壓力小，與“以速定壓”相悖。無論前室、后室氣流壓力都是沿流線遞降的。
實踐證明，氣流的壓力分布遵循位函數定常場論的規(guī)律：空氣流動的流程是從高壓縮、高壓能狀態(tài)遞降至低壓縮、低壓能狀態(tài)的降壓失能過程。壓力差與流動為因果關系，流動不能改變流程起點壓力最高終點壓力最低，壓力沿流線遞降的基本面。后室深部流程終點永遠是壓力的最低點。過流截面最小、流速最大的縫隙處不是壓力的最低點，而是前后兩室壓力的中值點。
   “以速定壓”的正確性只能復蓋流線收斂的壓能段，不能復蓋流線發(fā)散的弛能段。
   人類生活在大氣圈的下層，飛行活動與環(huán)境壓力息息相關。在以環(huán)境壓力為起算點的計壓系統(tǒng)中，壓力友正負。正壓力高于環(huán)境壓力，蓄有壓能；負壓力低于環(huán)境壓力，蓄有弛能。壓能與壓力正相關，能值越高壓力越大；弛能與壓力倒相關，能值越高壓力越低。無論將環(huán)境壓力的空氣壓縮使之具有壓能，還是將其張弛使之具有弛能都需對其做功，支付相應數量的機械能。具壓能的空氣有膨脹釋能傾向；具弛能的空氣有收縮釋能傾向。當同一系統(tǒng)中不同區(qū)域的空氣分別具有壓能和弛能時，則它們間的壓力差能驅動空氣從壓能區(qū)向弛能區(qū)流動。
平動物體，例如行進中的交通工具，酷似風箱中的活塞，因前壓后弛其周圍的空氣產生前正后負的一對壓力偶極子，稱平動物體的“活塞效應”。偶極子的壓力差能驅動空氣從前到后對交通工具做繞流運動。繞流氣流上的諸點不論流速大小，壓力都不低于偶極子負極點的壓力。
飛行時，翼型對前方的空氣擠壓壓力升高，高于環(huán)境壓力具壓能；對后方空氣張弛壓力下降，低于環(huán)境壓力具弛能。翼型上表面空氣壓能與弛能并存于高點前、后。高點是壓能段、弛能段的界限。高點以前氣流速度遞增壓力遞減，氣流壓能逐漸轉換為動能；高點以后雖氣流流速遞減但氣流動能轉換為弛能而非壓能。于是，繞流氣流終點，動能全部轉換為弛能的后駐點壓力最低。上表面高點過流截面最小、流速最大，但不是氣流壓力的最低點。
空氣動力學基礎理論對弛能認知的缺失，對能量形式轉換的誤判導致升力解讀合力作用點前置。翼型上表面的升力貢獻率集中于自高點起至后駐點的后段，而非近高點處。所謂“升力型”翼型以及“升力型”與“阻力型”翼型的區(qū)別不存在。
伯努利定律和方程中的“壓力頭”應解讀為包括壓能和弛能在內的彈性勢能。在流線收斂的地方為壓能；在流線發(fā)散的地方為弛能。
   “翼型上表面高點是氣流壓力最低點”的結論是偽命題,是升力解讀的首謬。

[參考文獻]：王細洋主編《航空概論》北京航空工業(yè)出版社 2004年

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1樓 2017-09-13 20:13:23

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