飞机在跑步机上能飞起来吗?

作者: 果壳网友 飞鱼 BH1JSS

来源: 果壳网

发布日期: 2015-07-01 10:09:40

本文讨论了喷气式飞机在跑步机上能否起飞的问题,指出飞机起飞的关键在于空气动力而非地面速度,即使跑步机速度与轮子一致,只要空气流动足够,飞机仍能起飞。

喷气式飞机停放在一个巨大的水平跑步机上,跑步机会自动调速,速度永远和轮子的速度一致。请问:飞机能起飞么?答案是如果跑步机足够长(很可能需要比正常的跑道还要稍长一点),那飞机是可以飞起来的。固定翼飞机需要流过翼面的气流才能产生升力,因此必须有一个离地速度(实际上是“空速”——机翼相对于空气的速度)。

无论是采用何种发动机(喷气、螺旋桨、火箭发动机……),飞机推动的介质是空气,而不是靠发动机带动轮子产生速度。飞机的起落架(轮子)充其量只是个带轮子的支架,是无动力的,滚动摩擦造成的阻力可以小到忽略不计。在跑步机上起飞,和在正常地面上起飞没有什么两样,只要前面有足够的距离留给飞机加速就可以起飞,只不过,在后推的跑步机上,轮子比正常时要转得快的多。

飞机的飞行,无论是在空中,还是在地面起飞阶段,参照物都应是空气,轮子只是起到支撑作用,有些飞机是雪橇、浮筒,和轮子一样都是无动力的,只是为了尽量减少摩擦。而汽车什么的才需要轮子获得速度,此时轮子的参照物才是地面,这是问题的关键所在。如果飞机真的相对于地面不动,能不能起飞呢?

答案是不一定哦,请不要忘了空气,固定翼飞机获得升力的来源是空气相对于机翼的流动,如果此时吹来一阵稳定持续的大风让机翼产生足够的升力,飞机一样会离开“跑步机”,实验室里的“风洞”就是这样的,我们放的风筝也是如此。

实际上相对于发动机推动空气产生的推力来说,轮子的滚动摩擦造成的阻力非常非常非常小。

查了一些资料:滚动阻力系数,是用来计算滚动阻力的一个系数,它是车轮滚动时所需的推力(即滚动阻力)与车轮载荷的比值,它的数值是由试验测定的。试验表明,滚动阻力系数与路面的种类、轮胎的构造、材料、轮胎压力及行驶车速都有密切的关系。良好的沥青及混凝土路面的滚动阻力系数最小,不到0.02。也就是说,车轮载荷为1000N时,滚动时所需的推力(滚动阻力)只需要20N。

一架重量12吨的F-16战斗机,静止时给地面的压力是102kN,大约只需要2.04kN推力就可以让它前进,而F-16发动机的推力是76.3kN,加力推力128.9kN(使用通用F110-GE-100发动机),也就是说,只损失一点很小的推力,就可以克服跑步机那点摩擦力。所以,飞机还是能随便起飞,只不过滑跑距离要稍微长一点点。

沿着“提问者的本意”,如果问这样一个问题:一架水上飞机(使用浮筒支撑在水面上起飞的飞机),在一条河中逆流起飞,如果水流足够快,那么飞机能不能起飞?这样问题就更科学了,也更加实际,当然情况就更加复杂:如果水流对浮筒的阻力系数足够大,飞机油门全力时,相对于空气(或地面,此时地面和空气一样都是静止的)不能前进,那飞机当然不能起飞咯。

但实际上,人们会吧浮筒做的尽量流线型以减少阻力系数,水流的速度也比发动机推动空气的速度慢得多的多,因此大多数情况下,水上飞机也可以逆流起飞。最后一句总结:忘掉轮子和地面吧,只要空气你就能飞翔。

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