机翼如何帮助飞机飞行

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机翼如何帮助飞机飞行

——《操纵杆和方向舵》连载1

       就在此刻，成千上万想要学习飞行的人正在浪费数十万的飞行时数，这是因为他们没有真正理解飞机的飞行原理，没有看清能够解释他们正在做的一切事情的一个事实，他们缺少一把揭开大部分飞行奥秘的钥匙。
       在教科书中，这把“钥匙”被称为“迎角”。解释了迎角实际上就解释了飞行原理：如果你只有两个小时向飞行学员解释飞行原理，那么迎角是你必须说清楚的内容。它几乎能够解释关于飞行的一切！迎角能够解释所有关于飞机爬升、下滑和水平飞行的原理，关于飞机转弯的很多原理，以及几乎所有关于一般失速、动力失速和尾旋的原理。迎角能够解开人们对某些飞行动作的疑惑，比如抬头式动力进近。迎角还能够解释飞机的着陆。因此，除非你完全理解了“迎角”，否则你将不能完全理解所有的飞行动作。然而当你完全理解了这部分内容后，你可能还是不能飞得很好，可能还会在同时移动操纵杆和方向舵时显得笨拙，你的眼睛、耳朵和脚的反应可能还是有一点儿迟钝，但是你能够理解飞行，不再感到迷惑，能够判断什么是你应该做的，还能够分析自己犯的错误，从而成功地飞上天空。
       然而，理解这个概念需要付出大量脑力劳动。理解未知事物通常只有一条捷径——与已知事物进行比较。通过与汽车的变速箱进行比较，我们就能够理解螺旋桨变距机构的作用；如果你愿意，还可以将螺旋桨与螺丝钉比较。通过与轮船的船舵进行比较，我们能够理解飞机方向舵的作用。但是机翼是飞机特有的，对我们而言是全新的事物。因此，我们在日常生活中找不到与迎角类似的参照物。
       鉴于迎角这一概念总是被人们误用，我们首先要了解“迎角不是什么”。迎角不是飞机机头与地平线的夹角，不是机头抬起或低下的角度。飞行员有时会在那种情况下使用“迎角”这个词，而正确的词应该是“姿态”：抬头姿态、水平姿态或者低头姿态。这种差别是非常重要的，因为飞机可能处于非常明显的低头姿态，但其迎角却很大，比如当飞机尾旋时。此外，飞机的机头也可能近乎笔直朝上，但其迎角却相对较小，比如当飞机急速上升时。迎角也不是以飞机纵轴为参照线时机翼所成的角度，那应该叫作安装角a。这个角和飞行员没有多大关系，因为这是由飞机设计师决定的，飞行员无法改变它。此外，对大多数飞机而言，安装角小到几乎可以忽略不计，因为它只有1 度、2 度甚至零度。因此，从现在起，安装角不再进入我们的讨论范围，我们假设飞机的安装角都没有度数。
       以上都在说“迎角不是什么”，接下来要说“迎角是什么”。这些内容需要你仔细思考，画在纸上，用手比划，并在飞行中进行尝试，直到最后这个概念在你的脑海中变得非常清晰和熟悉：迎角是机翼与空气相遇时两者形成的角度。

忘掉伯努利定理

       机翼与空气相遇时形成的角度是什么意思呢？为了理解这个，你必须先回到一个简单的问题：机翼是如何让飞机飞起来的？升力是如何产生的？当你在学校学习飞行理论的时候，你可能学过大量关于飞机机翼以及它是如何产生升力的复杂的知识。而当你成为实际操纵飞机的飞行员时，你可能已忘记了其中的大部分内容。或许，你还记得伯努利定理：气流在吹过机翼长长的上表面时是如何加速的，气流加速时气压是如何减小的以及气流又是如何因此在机翼上表面产生吸力的。忘掉它们吧！首先，伯努利定理并没有真正解答问题—它的解释比问题本身更令人迷惑不解！其次，在飞行中，伯努利定理实际上对你毫无帮助。毋庸置疑它是真理，但是它通常只会让那些原本对飞行员来说更简单、更重要也更有用的事实变得晦涩难懂。       你也许还记得流体力学中这个高深难懂的概念—空气如何（至少在某种意义上说）围绕机翼流动，在机翼下表面向前流动，在上表面向后流动以及如何通过这样的方式产生升力。也请忘掉这些吧！虽然这个抽象的原理毋庸置疑的确是真理，对工程师来说也确实是有用的知识。但对一个飞行员来说，如果这个理论会使那些更简单、更基础的关于飞行的事实变得晦涩难懂，

那么它就是无用甚至有害的知识。

    所有重于空气的物体飞行的主要事实是：机翼通过迫使空气向下流动，使得飞机升起来。

机翼用下表面将空气向下推，用上表面将空气向下拉，其中后一个动作更为重要。但是，我们真正需要理解的是，无论以何种方式，机翼都是迫使空气向下的。在对空气施加一个向下的力时，机翼会受到一个向上的反作用力——这个原理也被称为作用与反作用定律（牛顿第三定律）。基于同样的原理，枪在向前射出子弹的同时枪身会有反冲现象；消防水带的喷嘴在向前喷出水柱的同时，会把消防员重重地往后推。空气是有重量的，海平面上每立方米的空气重约1.2 千克。因此，当机翼不断对一立方米又一立方米的空气施加向下的力时，机翼会受到同样巨大的向上的反作用力。

这就是飞机得以上升的原因。根据牛顿定律，如果机翼迫使空气向下流动，那么空气一定会向上推举机翼。换言之，如果机翼需要在不断受压变形的空气这种流体中支撑飞机的话，那么它只能通过迫使空气向下流动来实现。伯努利定理中所有复杂的物理学、流体力学中所有高深的数学以及展示机翼周围气流的所有图表，都只是更详细地阐述了牛顿定律本身有多么适用。例如，有一种表述非常有意思但（对飞行员来说）真的无用：机翼利用其上表面，通过吸力完成大部分气流下洗的工作。为了了解如何驾驶飞机而专注于研究伯努利和普朗特的理论，就像为了理解网球的运动而去研究球在撞击球场时球中橡胶分子的运动以及击球时球拍上网线的运动一样。为什么不简单地观察球的弹跳呢？

一个倾斜的平面

因此，如果忘掉这些过于学术化的知识，机翼就容易理解得多；根据最新分析，机翼实际上就是空气导流板。它是一个倾斜的平面，虽然巧妙弯曲且拥有精心设计的流线造型，但它本质上仍是一个斜面。毕竟，这正是我们把飞机这种迷人而奇妙的机器称为air-plane（“air”指空气，“plane”指平面）的原因。

我们必须理解的是飞机（airplane）中关于平面（plane）的部分。这个平面是倾斜的，它穿过空气时会与空气形成一个角度，并因此将空气向下推，这有点儿类似铲雪车上的倾斜平面通过顶着积雪向前移动的方式将积雪推到两边。这个平面倾斜的角度，即平面与空气相遇时二者形成的角度，对任何一个飞行员来说都是飞行中最重要的东西。这个角度就是迎角。

灌水886

不错的资料，支持楼主！

有才哥

初中物理讲过升力

有才哥

灌水886 发表于 2016-7-8 10:25
不错的资料，支持楼主！

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avl10129

学习了，谢谢楼主