《奶爸说》写给宝爸宝妈们看的儿童科普 篇二：航空篇—一篇教会孩子关于飞机的大部分问题

碎碎念

之前心血来潮，发了一篇儿童科普，简单讲了一下火箭

《奶爸说》写给宝爸宝妈们看的儿童科普 篇一：航天篇—运载火箭碎碎念说说为啥写这么个系列。去年，带着孩子去参观了一下海南文昌的卫星发射中心，从此孩子就喜欢上了火箭！海南岛东线上天下海的亲子之旅篇二：皮皮虾我们走，跟爸爸妈妈上天下海去海南岛东线上天下海的亲子之旅篇二：皮皮虾我们走，跟爸爸妈妈上天下海......田小帅| 赞29 评论20 收藏104查看详情

这篇文章并没有得到广泛的关注，可能值友们更关心卖卖卖吧。

说实话，我有点后悔把这个文章开成一个系列了，不写下去，有点对不起留言关注的哪几位宝妈宝爸们。

我又扪心自问了一下：这个系列还是有必要继续写的，但是我重新定位了一下。

在这个系列的原创里面，加入一些科学知识，物理知识，以及思考问题的思维方式。这样不但能解决小孩子的好奇心，也更希望宝妈宝爸们再给孩子讲这些的时候，带入一些正确的原理，给孩子们早日建立一个正确的科学观，以及思考问题的方式和方法。

好了，今天就叨叨到这里，下面咱们说正事

1，啥是飞机？

飞机（aeroplane/airplane），作为儿童科普，我不想引用网上那些教条的解释

飞机，说到底就是一种交通工具：载人的，载物的，从A点到B点。

飞机可以是无动力的滑翔机，有动力的飞机。

今天，我们主要来讲讲有动力的飞机。

给孩子讲飞机，有哪些好处？

1，满足孩子对飞翔的好奇心

2，飞机涉及到很多物理学及工程学的知识，讲的好，孩子可以对科学更有兴趣

3，科学史中，有很多很有争议的历史观点。可以讲给孩子听听，可以培养小孩子对一件事的“辩证分析”能力。

2，飞机为啥能飞（原理）

只要是能动的东西，根据牛顿大神的理论：是有力的作用（牛顿第二运动定律）这个力是哪个部件产生的：机翼

机翼为啥能产生力：“伯努利原理”

PS:此段原理的重点在于阐述“伯努利原理”对机翼生力的作用。不考虑高马赫数，或者是临界，超临界等特殊状态。

丹尼尔·伯努利，流体力学领域里的一座大山

也在高中物理课中难倒了多少英雄少年……

大神，在1726年提出了“伯努利原理”。在流体力学和空气动力学中有着不可逾越的地位。

原理说起来不太容易理解，咱们把原理表述成：伯努利方程

动能+重力势能+压力能=常数

p+1/2ρv2+ρgh=C

p为流体中某点的压强

v为流体该点的流速，ρ为流体密度

h为该点所在高度

说了原理，再说用到飞机里是怎么回事

飞机的机翼截面，并不是我们小朋友叠的纸飞机那样，是一个上下都平的面

而是一个，上下造型不同的曲面，这个形状叫做“机翼型”，也就是这个机翼型给飞机提供了上升的力量。

假设气流是连续的不可压缩的，气流从A点分成两股，上翼面一股，下翼面一股。

1，翼面比较薄，所以不考虑重力势能。所以只考虑动能和压力能的影响。伯努利方程简化成：

动能+压力能=常数

2，由于之前的假设“气体连续，不可压缩”。所以上下面的气体必须同时到达B点，但是从翼面的结构上可以看出，上面的距离是比下面的距离长的。速度=距离/时间，所以上翼面的速度要比下翼面的速度快。

动能（1/2ρv2），和速度的平方成正比，速度快的，动能大。

3，但是上下翼面的 动能+压力能=常数，所以动能大的，压力能就小；动能小的，压力能就大

所以，下翼面速度小，动能小-》压力能大

上翼面速度大，动能大-》压力能小

下翼面的压力能比上翼面的压力能大，飞机也就有了上升的力。

到这里，原理解释完毕。

总结：飞机为啥能飞：因为机翼受到上升的力。

PS：如果想小朋友们更深刻的理解伯努利原理，可以试着带小朋友做做实验

最简单的就是用电吹风吹乒乓球。

当然，也可以像我这样，用空气净化器玩

3，到底是谁发明了飞机（历史）

1，世界公认的：

美国人 莱特兄弟于1903年12月17日，成功试飞了“世界上第一架飞机”—“飞行者一号”

关于此飞机的其他限定条件“完全受控、依靠自身动力、机身比空气重、持续滞空不落地的飞机”
当天的最后一次飞行中，飞行者一号飞出了自己的最好成绩：59秒，260米。

1906年，莱特兄弟的飞机在美国申请的专利得到承认。从此，美国每生产一架飞机，都要付给莱特兄弟公司20%的专利费用。

恩，这简直是爱迪生发明灯泡逼死特斯拉同志的翻版。

莱特兄弟发明飞机的疑点：非公开；没录像；不能确定是否是使用飞机自身动力，可能是斜坡滑行，也有可能是牵引车拖拽。

2，飞机是巴西人发明的？

2016年里约奥运会的开幕式上，巴西人用这一幕向世界宣称，真正的飞机是巴西人发明的。

这是一架巴西航空先驱桑托斯-杜蒙特Alberto Santos Dumont 1906 年试飞成功的的14bis型飞机

动图里那个飞机并没有倒着飞

早期的飞机，都是这么个机翼布置方式，有点像现在的j20

巴西人为啥敢这么说：

1，桑托斯-杜蒙特的飞行，全程有观众并拍照。

2，桑托斯-杜蒙特的飞机是在平地上靠自己的力量飞起来的

3，这家飞机真的在天上飞了一会，而不是像莱特兄弟的飞行者一号那样，蹦蹦跶跶一跳一跳的.

3,中国第一位飞机设计师

冯如，受到莱特兄弟成功研制出飞机的启发，经过多次试验，并借鉴，参考了“金箭”和“飞行者一号”，制造并成功试飞了性能优异的“冯如2号”

但是，冯如2号，是否是一项“皮尺工程”，至今仍存在诸多疑点。

4，飞机发动机那些事（工程技术）

发动机是飞机的动力来源，上面分析飞机能飞的原理中，在机翼A点空气获得的动能，就是飞机发动机带动飞机与空气相对运动带来的。

飞机的发动机，可以分成三类

活塞式发动机

原理与汽车所有的发动机一样

莱特兄弟的飞机，使用的就是这种发动机

冲压发动机

冲压喷气发动机是一种利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提高静压的一种喷气发动机。

冲压发动机没有压气机（也就不需要燃气涡轮），所以又称为不带压气机的空气喷气发动机。

通俗点说，就是靠自身的速度，迎面撞击空气，来提高吸入空气的压力

这种发动机，必须依靠外力启动（不能从零速度启动）

目前为止，多用于导弹上，真正的飞机中应用很少。

除了，目前为止唯一真正使用过的在SR71（黑鸟）上面那台J-58 混合喷气发动机（冲压发动机内部再装一台涡轮喷气发动机）

燃气涡轮发动机

现在应用最广泛的航空发动机

其原理是，使用化学燃料作动力，加热气流，气流带动燃气涡轮做工。

为了提高燃气涡轮的做工能力，在进气的部分增加了压气机，提高进气的压力，而进气机的动力同样由燃气涡轮提供

燃气涡轮发动机又可以分为：

涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机

涡轮螺旋桨发动机

基本结构图

多用于大型运输机，或者水上飞机等

涡轮轴发动机

减速机多了一个改变主轴动力输出方向的结构

所以多用于直升机

涡轮喷气发动机

原理就不多介绍了

涡喷发动机长这样

使用涡喷发动机的飞机，长这样

但如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大。要全面提高发动机效率，必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。这样就催生了之后的涡轮风扇发动机

好奇的搜了一下马爸爸家，居然有涡喷发动机买，当然了，是航模用的

有条件的宝爸宝妈们，可以弄一台涡喷的航模，带孩子玩一玩……

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涡轮风扇发动机

涡扇发动机，相当于在涡喷发动机外面有套了个壳子，里面走一股低温低速的气流，最后与排气混合喷出

涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高了涡轮前温度的同时，通过增加低速的排气流量，降低平均排气速度又不增加排气速度

涡扇发动机优点：推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低，飞机航程远。

涡扇发动机缺点：风扇直径大，迎风面积大，因而阻力大，发动机结构复杂，设计难度大。

来，看一眼人类工业皇冠上的“明珠”

为啥说它是“明珠”咱们挑主要的说说：

涡扇发动机工作的环境状态：高温，高压，高应力

1，涡轮：

涡轮叶片的工作温度，目前已经投入使用的航发最高的涡前温度已经超过2000K（开尔文，热力学温度单位。转换为摄氏度需要-273.15）

涡轮叶片，在这么高的温度，在高转速的强离心力作用下，会产生“蠕变”。说简单点，就是涡轮叶片在高温高离心力的作用下“服了”，变软了，被甩长个了！

如果叶片伸长跟机匣摩擦，会导致叶片断裂

为了应对这个问题，科学家和工程师想了很多办法：

1，使用加入如铼、钌、钽的抗高温合金材料。但是比例是多少需要进行大量的实验，时间和金钱投入不计其数

2，单晶高温合金。普通合金，都是又一个有一个的小颗粒组成的（晶粒），晶粒之间的边界叫做晶界，晶界在高温条件下是最薄弱的环节，所以现在的航发都是“单晶叶片”，整个一个大叶片是一颗完整的晶粒！！！

3，为了更好的提高叶片的散热性能，还要在叶片内部和表面加工出非常复杂的冷却通道和冷却孔，这些孔的设计难度就不说了，加工难度有多大？

这个算是目前国内的天顶星级别的“AL31”发动机的剖解图，貌似也不是很难是吗？

仔细看图右侧的孔，近乎于“零角度”的孔，搞机械加工的应该知道，加工这几个孔大概是怎样个难度！想知道俄罗斯人时怎么开的么？经过国内的专家鉴定：手电转开的……

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2，涡扇

上面说了涡轮，高温、高压、高转速，到了涡扇上，没有那么多问题了吧？

恩，走了旧问题，又来新问题。扇叶的问题是：大，追求效率。

大，看到上图的比例了吧，单个叶片在1.5m左右，这对材料的强度有很高的要求，而且还不能太重，所以要么钛合金，要么钛合金蜂窝+外蒙皮，要么就是复合材料。钛合金好啊，但是硬，加工型差，所以加工难度高。

追求效率：叶片的设计形状就比较扭曲“宽弦叶片”

超级大的空间扭曲度，更高的加工难度！

5，飞机靠啥控制上下左右

飞机的运动可以简化成：滚转（侧倾）、俯仰、偏航。

滚转（侧倾）

1，副翼控制的

副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动的翼面

2，翘曲机翼

莱特兄弟的飞行者一号，是通过这种方法控制侧倾的，现代飞机几乎没有用这种结构的了

翘曲机翼的原理是当一侧的机翼翘曲和扭转的时候，它会得到更多的升力而升高，并让机身朝机翼较低的一侧转向。

这张侧视图看的比较清晰明了

俯仰（上升还是下降）

靠升降舵控制

偏航（拐弯）

靠方向舵控制

6，杂七杂八的那些事

1，“飞机拉线”，飞机后面的那条白线是啥？

1，飞机喷出的废气，废气中含有水蒸气，水蒸气预冷变成的“雾”状颗粒

（还有其他多种原因造成的几种情况，儿童科普，就不深入讨论了）

2，特技表演中的拉烟

拉烟剂形成的烟雾

2，到底是一路顺风好，还是一路逆风好

起飞阶段：逆风

起飞阶段，需要升力来把飞机“抬起来”。而机翼升力的大小，取决于飞机与空气的相对速度，而逆风比顺风能获得更大的相对速度，所以起飞阶段还是逆风好。

着陆阶段：逆风

着陆阶段，也需要升力来维持下降的稳定性，而且逆风也能较小飞机的对地速度，减少滑行距离。

平飞阶段：顺风

顺风，小风吹着跑，跑的快，省油。

所以，飞机到底该逆风飞，还是该顺风飞，不同阶段的需求是不一样的。

讲到这的时候，可以给孩子灌输一点看问题，要先判断条件，再分析问题的思维逻辑。

3，马赫数 Ma

流场中某点的速度v同该点的当地声速c之比，即Ma=v/c

马赫数，是判断飞机是否超音速飞行的一个参数。

一般情况下，一马赫就是音速，2.5马赫就是2.5倍音速的速度。

本文没有彩蛋，推荐几个与飞行有关的玩具

1，纸飞机书

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有书，有折飞机的纸

虽然纸的质量很好，但是偏重了，折出的飞机飞行效果比预期要差，不过还是禁得住玩的

2，竹蜻蜓

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便宜，好玩。地摊或者小超市一块钱一个，丢了坏了不心疼。玩的好可以指哪打哪

3，滑翔机

乾越 耐摔epp手抛飞机泡沫飞机儿童户外玩具投掷模型飞机 红白色29.6元京东去购买

有了真实的机翼型状，可以做出一定的滑翔姿态。但是头部较重，基本都是大头朝下砸到地上。

好了，这期就写到这里吧。宝爸宝妈们，想看有关哪方面的儿童科普内容，或者孩子提出的哪些问题难住了你们，可以在评论里面提出，宝宝们喜欢看啥，我就写啥。