王金發(fā)

適于18世紀(jì)60～80年代的歐洲工業(yè)革命（又名產(chǎn)業(yè)革命），推動可工業(yè)的發(fā)展。1903年，美國萊特兄弟制造的飛機試飛成功，極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)集團(tuán)向天空發(fā)展的渴求。科學(xué)家們借鑒萊特兄弟的經(jīng)驗，經(jīng)過反復(fù)試驗驚奇地發(fā)現(xiàn)看不見的空氣動力與航空器之間存在著密切的聯(lián)系。

空氣動力學(xué)時航空技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一，它主要研究空氣（或其他氣體）的運動規(guī)律，空氣與物體發(fā)生相對運動時的相互作用和伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化?？諝鈩恿W(xué)的每一次重大突破，都會引領(lǐng)航空技術(shù)的變革。今天，我們就介紹飛機在空中飛行所涉及的最基本動力——升力、阻力以及發(fā)動機動力。

要了解飛機的飛行原理就必須先了解飛機的組成以及功用，大多數(shù)飛機都是由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成的。

飛機的升力

在天空中飛行的飛機比空氣重，又不能像鳥一樣扇動翅膀，那它的升力是如何產(chǎn)生的呢？飛機在空中飛行，會產(chǎn)生作用于飛機的空氣動力。正常布局的飛機，其升力絕大部分是由機翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機其他部分產(chǎn)生的升力很小，一般可以忽略不計。飛機在高速飛行中，迎面而來的空氣會被“劈”成上、下兩股氣流，分別沿機翼上下表面流過，在機翼后緣重新會合向后流去。大家有沒有注意到通常機翼的上表面會有一定的弧度，而下表面則較為平直？這樣的設(shè)計是為了使空氣在上表面經(jīng)過的路程大于下表面，而在上下兩部分空氣同時到達(dá)機翼后緣會合的情況下，上表面的空氣就要加速流動。根據(jù)伯努利原理：流體在一個管道中流動時，流速快的地方壓力小，而流速慢的地方壓力大。那么，同樣的道理，機翼上表面的空氣流速快，壓力就?。憾鴻C翼下表面的空氣流速慢，壓力就大。當(dāng)大氣施加在機翼下表面的壓力（方向向上）比施加于機翼上表面的壓力（方向向下）大時，機翼上、下表面就出現(xiàn)了壓力差，依靠這種壓力差，機翼就獲得了升力，從而能夠讓飛機在天空中飛行。所以，總結(jié)一下就是機翼上下表面的距離差造成了氣流的速度差，速度差又導(dǎo)致了壓力差，形成了升力。

飛機的阻力

我們在騎自行車時會遇到阻力，而飛機在飛行中也會有阻力，其中有四種阻力影響最大。一是摩擦阻力，當(dāng)空氣流過飛機表面時，空氣和飛機表面會發(fā)生摩擦，產(chǎn)生一個阻止飛機前進(jìn)的力，這個力就是摩擦阻力。二是壓差阻力，它是在機翼等結(jié)構(gòu)的前后，由于壓強差所產(chǎn)生的阻力。這種阻力和迎風(fēng)面積有很大關(guān)系，迎風(fēng)面積越大壓差阻力就越大。就像游泳時水流迎面而來，運動員不同的姿態(tài)就會產(chǎn)生不同大小的壓差阻力，而對于飛機來說，各部件的外形對壓差阻力的影響很大，而實驗表明，流線形的物體壓差阻力最小。三是誘導(dǎo)阻力，飛機在飛行中，翼尖附近的氣流在壓差的作用下會由下向上繞，這樣既減小了升力，又產(chǎn)生了阻力，這就是誘導(dǎo)阻力。四是干擾阻力，它是飛機各部分之間因氣流相互干擾而產(chǎn)生的一種額外阻力，這種阻力容易產(chǎn)生在機身和機翼、機身和尾翼、機翼和發(fā)動機艙、機翼和副油箱之間。以上四種阻力是對低速飛機而言，至于高速飛機，除了這些阻力外，還會產(chǎn)生激波阻力等。

影響升力和阻力的因素

升力和阻力都是飛機在與空氣之間的相對運動中產(chǎn)生的。影響升力和阻力的基本因素有：機翼在氣流中的相對位置（迎角）、相對于氣流的飛行速度和空氣密度以及飛機本身的特點（飛機表面質(zhì)量、機翼形狀、機翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等）。

迎角就是飛機運動方向與翼弦所夾的角度。在飛行速度等其他條件相同的情況下，得到最大升力的迎角，叫作臨界迎角。在小于臨界迎角范圍內(nèi)增大迎角，就可以增加升力：超過臨界迎角后，再增大迎角，升力反而減小。隨著迎角增大，阻力也會越來越大，超過臨界迎角后，阻力會急劇增加。

就像我們騎自行車一樣，飛機前進(jìn)的速度越快，升力、阻力越大。這是為什么呢？因為當(dāng)速度加快的時候，空氣受飛機的擠壓就加大了，于是空氣的密度就會變大，我們說這時的空氣動力也就變大，升力、阻力自然也大。

大家想想，將同等質(zhì)量的一張大紙和一根針同時扔下，哪個掉落的速度慢？當(dāng)然是紙，因為紙的面積大，它的升力和阻力都比針要大。同樣的道理，機翼面積越大，升力和阻力也就越大。此外，機翼的形狀對升力、阻力有很大影響，機翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置等都會影響升力和阻力。還有飛機表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響，飛機表面相對光滑，阻力相對也會較小，反之則大。因此，空氣動力外形的設(shè)計對飛機性能的好壞具有十分重要的影響。

飛機發(fā)動機動力

飛機是一種非常方便快捷的交通工具，乘坐飛機，我們可以快速到達(dá)世界上任何一個國家。但是你知道嗎，讓這么一個龐然大物騰空而起，光靠機翼上下表面的壓力差形成的升力是不夠的，還必須有一個強大的發(fā)動機。那么發(fā)動機是什么樣的？它又是怎么工作的呢？

飛機發(fā)動機有很多種，比如：活塞式發(fā)動機、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機、沖壓發(fā)動機，等等。20世紀(jì)初，滑翔機和動力機械逐漸成熟，人們開始嘗試把動力機械裝到滑翔機上，開始研究動力飛行。人們不斷探索使飛機飛得更快更高的辦法，他們在實踐中發(fā)現(xiàn)，活塞式發(fā)動機已無法達(dá)到要求，必須更換發(fā)動機。1930年，英國的弗蘭克·惠特爾設(shè)計出第一臺渦輪噴氣發(fā)動機。幾乎與惠特爾同時，德國的奧亨也開始研制渦輪噴氣發(fā)動機，并在1937年成功運轉(zhuǎn)，1939年用于飛機，由此世界上第一架噴氣式飛機誕生了。

發(fā)動機種類雖然很多，但同類發(fā)動機工作原理大同小異。拿渦輪噴氣發(fā)動機來說，它的工作分為進(jìn)氣、加壓、燃燒、排氣四個步驟，在飛機高速飛行時，氣體迎面“撞”入進(jìn)氣道，在前面的“大風(fēng)扇”（壓氣機）處被加壓，形成溫度非常高的高壓氣體，這一氣體進(jìn)入燃燒室時，與燃燒室里面的燃?xì)饣旌宵c燃，瞬間形成一股非常大的能量，產(chǎn)生巨大氣流穿過渦輪機，使渦輪機快速旋轉(zhuǎn)，帶動同軸上的壓氣機旋轉(zhuǎn)，不斷抽進(jìn)更多的空氣，而高壓高溫氣流則從噴口快速噴出，使發(fā)動機獲得反作用推力，這股推力與飛機機翼產(chǎn)生的升力結(jié)合，飛機就飛起來了。

講了這么多，現(xiàn)在大家不僅對于飛機有了更多的了解，是不是也對飛機的發(fā)展歷史更加清楚了呢？從熱氣球到飛艇、滑翔機，再到機械動力飛機，人類的飛翔史就是這樣隨著對空氣與物體之間關(guān)系的認(rèn)識一步步展開的。