飞机秘密档案

王依兵 王洪伟

飞机是怎样飞起来的？在回答这个问题之前，我们先来做一个小实验吧。首先，请你在平坦的地面上站好，然后用力向上跳，怎么样，有没有飞起来呢？当然没有，因为当你的脚离开地面以后，向上的速度就逐渐减小了，所以到达最高点之后就会落回地面。这是由于在地球引力的影响下，你总是会被向下“拽”。如果你想持续离开地面，可以用手抓住单杠让自己的脚悬空。这时候单杠给你提供了一个向上的力来对抗向下的重力，你就可以悬在空中了，但想必这个“飞行”高度可能无法使你满意。同样的道理，飞机要想飞上蓝天，就需要有一个持续的向上的力来帮助它对抗向下的重力，然而天上可没有单杠让它“抓”，它的周围只有空气。所以，这个向上的“升力”必须由空气来提供。

空气如何为飞机提供升力呢？

对于热气球来说，静止的空气就能为它提供悬浮于空中的浮力，但是对于飞机来说，空气必须流动起来才能产生足够的升力。一般的固定翼飞机能够产生升力的主要部件是机翼，所以升力的本质就是机翼上下表面的压差。

飞机机翼上下表面是如何产生压强差的呢？

这里我们首先要介绍一个人，他的名字叫科恩达，他是罗马尼亚的发明家、空气动力学家。他最早在飞机的研究中应用了一种以他的名字命名的理论——科恩达效应。这一理论告诉人们，流体（水流或气流）总是倾向于沿着壁面流动。

因为当流体经过弯曲的壁面时，会带走壁面上的部分空气，而原来的地方得不到足够的空气补充，压强就会降低。所以，可以说弯曲的流线内侧，压强是低于正常大气压的。

水流的科恩达效应

用胶带把细线的一端粘在乒乓球上，提着细线使乒乓球靠近水流，此时我们就能看到靠近水流的乒乓球会被水流吸附，而且水流还会沿着乒乓球的壁面流动，这个现象就源于科恩达效应。

了解了科恩达效应，我们再看飞机的机翼之所以有一定的弧度，就是为了让迎面而来的气流“爬”上机翼上表面，形成弯曲的流线，那么流线内侧气压会略低一些。

此時，弧度较小的机翼下表面，压强自然高于上表面，这样一来，高压“托”着低压，就形成了升力。

飞行的阻力

在解释阻力之前，我们还是先来做个实验。请你想象或回忆这样的场景：在刮大风的时候你迎风站立会有什么感觉？是不是会觉得风在推你的身体？如果这时你尝试向前走就会感觉比平时困难一些;如果风足够大，你还会被风吹得向后退。飞机在飞行的时候也会受到阻碍它前进的力，这就是阻力。不过飞机受到的阻力分很多种类型，它们形成的原理也不尽相同。

细心观察这种“上翻”的气流，我们就会发现它在翼尖位置形成了一个圆弧，机翼下表面的空气从翼尖外侧向上翻时会形成上升气流，而翻到机翼上表面后，气流会下降，在机翼内侧形成下洗流。

诱导阻力对机翼的升力会产生不利影响，但大雁却聪明地借助领头雁翼尖旋涡中的上升气流，在领头雁的翼翅外侧排成“人”字形或“一”字形飞翔，以此节省力气。

对于飞机来说，既然翼尖气流从下表面向上翻会造成诱导阻力，那我们挡住气流不让它跑到上表面来不就可以减小诱导阻力了吗？1976年，美国空气动力学家惠特科姆就提出了一种叫“翼尖小翼”的结构，就是在机翼的翼尖增加一个上翘的立板，用来挡住旋涡，减小诱导阻力。安装了“翼尖小翼”的飞机能够有效减少燃油消耗，降低二氧化碳的排放量。

了解了升力和阻力，大家一定会想到：要想让飞机高效飞行，就要尽可能提高升力、降低阻力。没错，飞机设计师在设计机翼时，有一个很重要的指标就是“升阻比”，即升力与阻力的比值，只有升阻比大的机翼才是气动性能好的机翼。

既然阻力越小越好，那消除阻力不是更好？事实上，阻力是永远无法完全消除的，我们只能尽量去减小阻力。此外，飞机还要产生一个强大的推力或者叫牵引力，才能克服阻力，向前飞行。推力如何产生呢？这就要依靠飞机强有力的“心脏”——航空发动机了！

航空发动机有什么奥秘？我们下期继续讲述。