時代雜誌:為什麼飛機能夠翻著飛

華特兄弟首次飛行100年紀念日，美國《時代》雜誌刊文「究竟是什麼讓我們高空飛行？」主要想探討一個問題：飛機是怎麼飛起來的。

為了回答這個問題，《時代》請來了流體力學領域權威人士，John D. Anderson。

Anderson表示目前關於飛機飛行的原理並沒有統一意見。並且答案往往是不同的。

''There is no simple one-liner answer to this,''

愛因斯坦飛行理論

早在1916年，愛因斯坦曾經以德文撰寫一篇文章「水波與飛行理論」，試圖解釋鳥類飛行的奧秘。文中表示：

「關於飛行，有很多模糊的界限，我不得不承認沒有任何文獻，能給出一個簡單的答案。」

愛因斯坦似乎更傾向於伯努利升力理論（見後文）。但通篇文章中，愛因斯坦並沒有提到伯努利的名字，只是表示一個帶鼓包的翅膀，可以引起壓力差，使得飛行成為可能。

1954年，愛因斯坦承認，當年他涉入飛行理論研究只是初生牛犢不怕虎，犯下了一個年輕又衝動的錯誤。

伯努利升力理論

最常見的解釋是空氣在機翼表面流速更快，依據伯努利定律，越快的流速，意味著更低的壓力，這種壓力差即為升力，升力是飛機飛行的奧秘。

但是，伯努利升力理論有重要的缺陷。

伯努利升力並沒有解釋為什麼上表面的流速更快，這種不完善導致了很多困惑。

飛行的伯努利升力理論

Raskin，目前是一個計算中心的研究人員，回憶起中學的時候老師給他們講解升力理論，他提了幾個來自靈魂的拷問：

「為什麼飛機可以翻著飛？」

「飛機並不能夠翻著飛」

「但是我見過飛機翻著飛」

「飛機翻著飛是違反科學定律的」

Raskin第二天帶來一個木板子做的飛機，演示了在把飛機翅膀反過來之後的飛行。當然，老師最後把他送到了主任辦公室。

為什麼飛機可以翻著飛？

伯努利升力理論還不能解釋為什麼平平的紙飛機也能長時間高空飛行。

2003年之前，最受關注的飛機飛行討論刊發於1994年的《量子》雜誌，在這篇文章中表示，雖然伯努利升力理論是有效的，但只只能滿足教學意義。

牛頓理論

Raskin與其他科學家認為，

「飛機翅膀只是讓空氣向下流動，受力是相互的，在空氣向下流動的同時，會導致飛機的反方向移動。」

到底有多少空氣向下流動，取決於飛機翅膀的角度，即廣為人知的攻角。飛機的飛行取決於翅膀的角度，而不是翅膀的形狀。

牛頓定律完美的解釋了飛機翻著飛的原因，只要姿勢正確就可以了。

牛頓理論

Rberhardt是華盛頓大學氣動流體力學教授。他在他撰寫的「Understanding Flight」書中表示：

「伯努利升力理論和牛頓理論都是正確的，但是我在做流體力學科普的時候，牛頓定律看起來更容易讓人接受。」

然而牛頓定律依然存在問題：牛頓定理沒有解釋為什麼飛機翅膀上方，存在一個持續的低壓區。

為什麼存在一個低壓區？

為什麼飛機翅膀使得空氣向下流動？很明顯，所有人都感覺是因為氣體分子遇到翅膀後向下回彈。

「這是完全錯誤的說法。」

Anderson表示：真正的原因是，大量的氣體衝擊到翅膀表面，翅膀掰彎了它。

這種被掰彎的空氣流動，來源於粘性，最終導致康達效應。即流體傾向於依附於壁面進行流動。

依據翅膀掰彎氣流引起升力的理論，如果沒有分子粘性，就不會飛了嗎？如果飛機飛過過冷氦，會怎麼樣呢？完全飛不起來？

這個問題困擾了大量的空氣動力學專家。

「我們完全不懂飛行。」

Anderson坦白。