无人机空气动力学基础（第二节）

     一、力的平衡

       如果一个物体处于平衡状态，那么它就有保持这种平衡状态的趋势。所有施加在平衡物体上的外力都有平衡的，不会有任何改变其状态或往任何方向加速或减速的趋势存在。这些很容易理解，只要看看立在地面上的东西，比如家具或者放在架子上或桌面上的飞机模型就知道了，它们不会移动。如果没有外界的干扰，比如说以某种方式使其加速，这些物体会一直保持其状态。移动的物体也可能处于平衡状态。一个在静止大气中做水平直线飞行的飞机，它既不加速也不减速，还不转弯，这时它就处于平衡状态，并且倾向于做持续稳定飞行。同样道理，如果这个飞行器以恒定的速度直线爬升，那么它也处于平衡状态。即使高度增加了，它也仍然处于平衡状态。如果没有新的外力施加在它上面，它将沿着其爬升方向稳定地飞行。即使爬升是完全垂直的，只要它速度保持稳定，而且方向不发生变化，它仍然是平衡的。同理，当它以固定的速度俯冲时也是处于平衡状态。平衡是事物一种非常普遍的状态，不稳定运动状态与稳定运动或者静止状态的情况的不同之处就是多了加速度。
 

       二、伯努利定律

       当空气遇上任何物体，比如说机翼，空气会产生偏转，一些空气从机翼上表面通过，一些空气从机翼下表面通过。在这个流动过程中会产生复杂的速度和压力的变化。要产生升力，上下表面的平均压力必须有差异才行。
       伯努利的理论将流动的速度和流动中任意一点的压力联系起来。这个理论是运动和能量定律的一个特殊应用。对于管道类和轮船周围的流动来说，它是一个最基础的理论，对于空气动力学和飞行来说也是一样。
       想象一个平滑流动或流线型流动里面的空气微团，如果各个方向对它施加的压力都是相等的话，那么它就处于平衡状态。如果有任何不同的压力，这个微团的平衡就会被打破，根据牛顿第二运动定律，微团要么加速要么减速。如果后部的压力大于前部的压力，速度会增加；反之，如果后面的压力小于前面的压力，速度则减小。因此，当微团接近一个低压区是会加速，接近高压区时会减速。我们可以用另一种方法来描述这件事情，即如果流体速度降低，其压力必然升高。微团并不是孤立的，而是某个流动中的一部分，这个规律是适用于每个微团的。因此，流动在接近低压或高压区时会分别加速或减速。这个原理的简单的数字表达就是伯努利定理，以下式表示，其中，p表示压力。

p+½ρv²=常数      

       空气密度是常数（密度不会改变），压力和速度因此就成了变量，如果一个增加，则另一个就减少。这个原理的著名的应用就是文氏管，它通常用在航空领域来测量空速，在日常生活中用于通过水龙头或橡胶软管而产生高速水流。
       通过一个收缩管道的物体，内部空间全部被充满。在每个单位时间内，流进一定质量的流体，出口就流出同样质量的流体。在管道的收缩区，由于横截面较小，通过它的流体的速度必然增加，这样才能保证在相同的时间内流出相同质量的流体。根据伯努利定理，这个速度的增加必然造成收缩区压力的降低。
 

       经过任何物体的流动，只要是流线型的流动，就会产生相似的流动变形，同时伴随着速度和压力的变化。这跟流过机翼的流动十分相似。








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