飛機的秘密檔案

飛機是怎樣飛起來的？在回答這個問題之前，我們先來做一個小實驗吧。首先，請你在平坦的地面上站好，然後用力向上跳，怎麼樣，有沒有飛起來呢？當然沒有，因為當你的腳離開地面以後，向上的速度就逐漸減小了，所以到達最高點之後就會落回地面。這是由於在地球引力的影響下，你總是會被向下「拽」。如果你想持續離開地面，可以用手抓住單槓讓自己的腳懸空。這時候單槓給你提供了一個向上的力來對抗向下的重力，你就可以懸在空中了，但想必這個「飛行」高度可能無法使你滿意。同樣的道理，飛機要想飛上藍天，就需要有一個持續的向上的力來幫助它對抗向下的重力，然而天上可沒有單槓讓它「抓」，它的周圍只有空氣。所以，這個向上的「升力」必須由空氣來提供。

空氣如何為飛機提供升力呢？

對於熱氣球來說，靜止的空氣就能為它提供懸浮於空中的浮力，但是對於飛機來說，空氣必須流動起來才能產生足夠的升力。一般的固定翼飛機能夠產生升力的主要部件是機翼，所以升力的本質就是機翼上下表面的壓差。

飛機機翼上下表面是如何產生壓強差的呢？

這裡我們首先要介紹一個人，他的名字叫科恩達，他是羅馬尼亞的發明家、空氣動力學家。他最早在飛機的研究中應用了一種以他的名字命名的理論——科恩達效應。這一理論告訴人們，流體（水流或氣流）總是傾向於沿著壁面流動。

因為當流體經過彎曲的壁面時，會帶走壁面上的部分空氣，而原來的地方得不到足夠的空氣補充，壓強就會降低。所以，可以說彎曲的流線內側，壓強是低於正常大氣壓的。

水流的科恩達效應

用膠帶把細線的一端粘在桌球上，提著細線使桌球靠近水流，此時我們就能看到靠近水流的桌球會被水流吸附，而且水流還會沿著桌球的壁面流動，這個現象就源於科恩達效應。

了解了科恩達效應，我們再看飛機的機翼之所以有一定的弧度，就是為了讓迎面而來的氣流「爬」上機翼上表面，形成彎曲的流線，那麼流線內側氣壓會略低一些。

此時，弧度較小的機翼下表面，壓強自然高於上表面，這樣一來，高壓「託」著低壓，就形成了升力。

飛行的阻力

在解釋阻力之前，我們還是先來做個實驗。請你想像或回憶這樣的場景：在颳大風的時候你迎風站立會有什麼感覺？是不是會覺得風在推你的身體？如果這時你嘗試向前走就會感覺比平時困難一些;如果風足夠大，你還會被風吹得向後退。飛機在飛行的時候也會受到阻礙它前進的力，這就是阻力。不過飛機受到的阻力分很多種類型，它們形成的原理也不盡相同。

細心觀察這種「上翻」的氣流，我們就會發現它在翼尖位置形成了一個圓弧，機翼下表面的空氣從翼尖外側向上翻時會形成上升氣流，而翻到機翼上表面後，氣流會下降，在機翼內側形成下洗流。

誘導阻力對機翼的升力會產生不利影響，但大雁卻聰明地藉助領頭雁翼尖旋渦中的上升氣流，在領頭雁的翼翅外側排成「人」字形或「一」字形飛翔，以此節省力氣。

對於飛機來說，既然翼尖氣流從下表面向上翻會造成誘導阻力，那我們擋住氣流不讓它跑到上表面來不就可以減小誘導阻力了嗎？1976年，美國空氣動力學家惠特科姆就提出了一種叫「翼尖小翼」的結構，就是在機翼的翼尖增加一個上翹的立板，用來擋住旋渦，減小誘導阻力。安裝了「翼尖小翼」的飛機能夠有效減少燃油消耗，降低二氧化碳的排放量。

了解了升力和阻力，大家一定會想到：要想讓飛機高效飛行，就要儘可能提高升力、降低阻力。沒錯，飛機設計師在設計機翼時，有一個很重要的指標就是「升阻比」，即升力與阻力的比值，只有升阻比大的機翼才是氣動性能好的機翼。

既然阻力越小越好，那消除阻力不是更好？事實上，阻力是永遠無法完全消除的，我們只能儘量去減小阻力。此外，飛機還要產生一個強大的推力或者叫牽引力，才能克服阻力，向前飛行。推力如何產生呢？這就要依靠飛機強有力的「心臟」——航空發動機了！