飞机靠什么飞上高空？

飞机靠什么飞上高空？

飞机为什么会飞呢？我们来分析一下：由于飞机的机翼上下弧度并不是对称的，上翼面的弧度要大于下翼面，这样当空气流过时机翼上方的流线密，流速大，下方的流线疏，流速小，由伯努利方程可知机翼上方的压强小，下方的压强大，这样就产生了压强差，当压强差体现在翼面上的总压力差大于飞机重量时，飞机就可以飞上天空了。那么怎样使空气高速流过机翼呢？这就需要飞机有一个较大的相对于空气的速度，于是人就发明了螺旋桨和后来的喷气发动机，它们都能使飞机产生向前的运动，于是空气与飞机就有了相对运动，相对速度产生了。因此，过去航空母舰上的飞机为了在较短的跑道上起飞，通常是调整航空母舰的航向，使飞机迎风起飞，这样可以获得较大的机翼空气流速，使起飞距离缩短。当然，现代的航空母舰上加装了起飞“弹射器”，其作用也是为了获得较大的机翼空气流速。
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？
延伸来说，向下推力的多寡，取决于飞机机翼的「攻角」，或是机翼和气流之间的角度。上面的影片也有示范攻角增加时的效果，虽然攻角增加时下洗气流的强度有所增加，但流过上侧的气流会打到流过下侧的气流，在机翼后面形成乱流。如果攻角高到某个程度后，就会发生所谓的「气流剥离」，即柯恩达效应的消失 -- 气流不再贴着机翼上侧流过，下流气流丧失，飞机也就飞不起来了。这种现象，称为「失速」。




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。

时常听到谈论飞机是如何起飞的话题。有人说是由于向后喷气推走的，却忽略了向后喷气只能让它向前走，而不是向走。还有人说飞机跑道是弧形的，到时头就抬起来了… …

   我在民航工作了八年，加上又是学气象的，因而对飞机为什么能飞起来知道一点，不一定全面。

   飞机产生升力的最重要的功臣就是压力，说穿了靠的是机翼产生的升力。简单来说，由于飞机的翼型上表面是圆弧水滴型，圆钝的前翼面的空气受到压缩，后翼面是尖锐的溜线型翼面，翼面上边较弯、下边较平，上下不对称。

   由伯努利定理，我们知道当气流经过上翼面时，气流受挤，流速加快，导致的结果就是压力减小；而流过下翼面时，气流受阻力影响，流速缓慢，也就造成了压力大。

   同时，前翼面和后翼面之间也存在一个压力差，这样又加速了上翼面的气体流动速度。

   到这里，我们不难发现飞机的上下翼面产生了压力差，这个压力差便形成了一种向上的升力，就是我们所需要的飞机升力。

   至于飞机为什么需要逆风飞行，简单来说，主要原因有两个，第一，逆风飞行，飞机前翼面的空气压缩的更厉害，上翼面的流速更快，由此形成的上下翼面的压差更大，飞机升力更大。第二，逆风飞行，不容易产生颠簸。