瘾科学：飞机为什么会飞？
「这个我知道！高中有学过嘛，就是因为机翼的形状的关系，气流从上面流过必须要走比从下面流过长的距离，但最后上下气流又必须在机翼后缘汇合，因此机翼上侧的气流势必要比较快。依照伯努力定律，流速快的流体气压低，所以机翼上方就会产生一个底低压区，将飞机整个向上拉！这就是飞机会飞的原理啰～」
或至少，高中是这么学的。如果真的是这样的话，小姜就不用费事特地写一篇瘾科学啰 XD。仔细的想一想，就会发现一些疑点。举例来说，为什么机翼要做成前面厚，后面薄的形状？如果真的只要上面流过的的路径长就有升力的话，那中间厚，前后薄应该也能飞啊？后面厚也可以啊？为什么一定要前面厚？而且，如果真的是这样的话，飞机只要在跑道上一直加速，就会自动飞起来了，为什么要在最后有拉高机头「起飞」的动作？还有，为什么伸出去的襟翼（起飞降落时从机翼上伸出去的那几片额外的翼面）是渐次往下倾斜的？依照上面的原理，伸出去的襟翼是平的就好了啊？
显然的，一定哪里有问题...
上面这个影片，直接就让传统解释当中最主要的一个论点 -- 机翼上下的气流会汇合 -- 这点垮台了。机翼上下的气流根本就是照着各自的流速在流，没有汇合的问题。
所以对于飞机真正会飞的原因，目前的解释倾向于这样，只有两个部份：
- 流体倾向于贴着表面流动 -- 这称为柯恩达效应（Coandă effect，亦称康达效应或附壁效应），简单来说，当流体流过弯曲的表面时（想象水从汤匙的下方流过），表面上上微小的阻力，会导致流体的速度变慢，让流体顺着弯曲的表面流动。
- 上翼面前高后低 -- 这点，再加上上述的柯恩达效应，会导致气流离开上翼面时，角度是略为向下的（称为下洗，Downwash）。就是这一点点的向下推力，让飞机飞起来的。简单吧？
所以襟翼的功能就很容易理解了。它是在不使气流剥离的前提下，增加下洗气流的角度，增加升力。因此襟翼才会是向下倾斜的啰！
等等，所以说高中课本提的那一套完全是错的吗？其实也不尽然。回想一下影片里，从机翼上方流过的气流不仅走的距离比下面远，而且还比下方流过的气流更早到达机翼后端。这意思是说，不仅上方流过的气流比下方流快，而且比传统的看法还要更快。这无疑的会对机翼产生一定量的升力，但究竟有多少，还有待商确。只能说，这真是门复杂的学问阿...
搞到最后，根本还是不知道为什么飞机会飞嘛！事实上确实是如此。飞机的各个部份的形状都有可能影响升力不仅是机翼，机身的形状也会有影响。此外，机翼的形状也会在不同的速度下有不同的反应，例如三角翼适合超音速飞行（因为机翼整个在锥状声波面里），后掠翼适合高次音速巡航，特技飞机则是方形的一片比较稳定，这也不是光用侧截面图就能说明的。唯一能安全地确定飞机表现的方式，就只有靠经验、风洞测试和计算机仿真了。即使是今天，我们对翼尖气流仍然还是不那么了解呢！
如果大家有兴趣的话，可以去 NASA 的 Glenn Research Center 网站，里头有个很简单的机翼模拟 Applet FoilSim，让你可以设定一些数据，看看能提供多少升力。英文 OK 的人，可以试试这个进阶版，里头有更多的设定喔！下面是简单版的简单说明：
Speed-mph：时速，单位是英里／小时。速度越快，升力越大。
Altitude-ft：高度，单位是英尺。高度越高，空气越稀薄，升力越小。
Angle-deg：机翼的攻角。攻角增加时，升力会先渐渐增加，直到气流分离时，升力会骤降。
Camber-%c：机翼的「拱起」度。看起来，似乎是拱起度越高，升力越大。
Thick-%crd：机翼的厚度和长度之间的比例。机翼越厚，升力越大（但影响似乎很小）。
Area-sq ft：机翼面积，单位是平方尺。面积愈大，升力越大。
当然，这里只是单纯讲「升力」。和升力相对的是，升力越大，阻力也会越大，所以机翼设计时通常不会以高升力为第一考虑。
等等，所以说高中课本提的那一套完全是错的吗？其实也不尽然。回想一下影片里，从机翼上方流过的气流不仅走的距离比下面远，而且还比下方流过的气流更早到达机翼后端。这意思是说，不仅上方流过的气流比下方流快，而且比传统的看法还要更快。这无疑的会对机翼产生一定量的升力，但究竟有多少，还有待商确。只能说，这真是门复杂的学问阿...
搞到最后，根本还是不知道为什么飞机会飞嘛！事实上确实是如此。飞机的各个部份的形状都有可能影响升力不仅是机翼，机身的形状也会有影响。此外，机翼的形状也会在不同的速度下有不同的反应，例如三角翼适合超音速飞行（因为机翼整个在锥状声波面里），后掠翼适合高次音速巡航，特技飞机则是方形的一片比较稳定，这也不是光用侧截面图就能说明的。唯一能安全地确定飞机表现的方式，就只有靠经验、风洞测试和计算机仿真了。即使是今天，我们对翼尖气流仍然还是不那么了解呢！
如果大家有兴趣的话，可以去 NASA 的 Glenn Research Center 网站，里头有个很简单的机翼模拟 Applet FoilSim，让你可以设定一些数据，看看能提供多少升力。英文 OK 的人，可以试试这个进阶版，里头有更多的设定喔！下面是简单版的简单说明：
Altitude-ft：高度，单位是英尺。高度越高，空气越稀薄，升力越小。
Angle-deg：机翼的攻角。攻角增加时，升力会先渐渐增加，直到气流分离时，升力会骤降。
Camber-%c：机翼的「拱起」度。看起来，似乎是拱起度越高，升力越大。
Thick-%crd：机翼的厚度和长度之间的比例。机翼越厚，升力越大（但影响似乎很小）。
Area-sq ft：机翼面积，单位是平方尺。面积愈大，升力越大。
当然，这里只是单纯讲「升力」。和升力相对的是，升力越大，阻力也会越大，所以机翼设计时通常不会以高升力为第一考虑。
Reader Comments (Page 1 of 2)
Satan_L5 @ Mar 23rd 2009 7:52PM
哈哈哈哈哈哈哈!报道了!.™
Chris @ Mar 23rd 2009 8:54PM
真早
Satan_L5 @ Mar 24th 2009 9:35PM
呵呵(￣。￣).™
Satan_L5 @ Mar 23rd 2009 7:53PM
论坛上不去了.™
HoM.茄 @ Mar 23rd 2009 8:43PM
您真早·
aziv @ Mar 23rd 2009 8:47PM
嗯，其实飞机也可以不会飞……没有人强迫它一定要会飞不是……所以说，飞机会飞，是因为它自愿会飞
y.x @ Mar 23rd 2009 8:51PM
应为它系灰机～
Dennis Wang @ Mar 23rd 2009 9:10PM
“会导致气流离开上翼面时，角度是略为向下的”
“就是这一点点的向下推力，让飞机飞起来的”
为什么气流向下会对飞机产生推力？谁帮忙解释一下？
kuang_tian@163.com @ Mar 23rd 2009 9:52PM
文中说的是“向下的推力”，其实就是我们说的上升力，力都是相互的对吗？
至于我们常说的向前的推力则是涡轮和发动机提供的。
Pulsar @ Mar 23rd 2009 10:28PM
恐怕不是这个意思吧。
我感觉他想问的是“为什么空气向下流动就可以是飞机产生升力”。
UNO @ Mar 23rd 2009 10:32PM
动量守恒
wxxhj @ Mar 23rd 2009 11:25PM
帆船的原理~~
Pulsar @ Mar 23rd 2009 11:29PM
这个貌似不好用动量守恒来直接解释吧。
拿空气和飞机作为一个系统么？这个系统不是封闭的。
Dennis Wang @ Mar 24th 2009 2:15AM
肯定不是动量守恒了，因为空气不是飞机的一部分，所以空气向下的动量不会提供给飞机向上的动量。
我想问的正是Pulsar所说的，为什么空气向下流动就可以使飞机产生升力
刚才又想了一下，我觉得可能是上面的气流紧贴机翼上表面走（就是文章说的那个柯恩达效应），到机翼尾端机翼的形状向下弯了，这是气流也被迫贴着机翼向下运动，（此时解释成空气自身的动量守恒似乎也可以）空气的惯性给空气提供向上的力，机翼却给空气向下的力令空气向下运动，这时反作用力就是空气给机翼的向上的力。
而下面的空气就好理解一些了，就是机翼把空气向下压，空气把机翼向上抬
Metal @ Mar 23rd 2009 9:30PM
飞机会飞 因为有人在打飞机
他不飞走就要被打下来了
UNO @ Mar 23rd 2009 10:33PM
这才是淫科学的最佳解释
hzhbest @ Mar 23rd 2009 10:12PM
强力支持科普文！可惜Utube上不了。
ametree @ Mar 23rd 2009 10:17PM
淫科技讨论飞机怎么飞的
目的很单纯啊，想从根本原理上打下来
trent @ Mar 23rd 2009 10:53PM
啧啧，一说灰机大家就这么兴奋！
dedoli @ Mar 23rd 2009 10:57PM
太长，太深奥！