飞机升空与气流的奥秘是什么？

我们知道热气球上天是因为气球内的气体比空气轻，产生了向上的浮力。那么飞机在空中不掉下来，是与飞艇一样依靠浮力吗？不是。它靠的是空气流动时产生的作用力。

最初试造飞机的人并不了解这种作用力，只是从风筝上天得到了启发，知道比空气重的东西依靠风的力量可以升空。为了揭开升空的秘密，了解这种空气的作用力，人们不断地做滑翔机的飞行试验，利用山坡迎风一面的上升气流进行滑翔飞行。那时飞行原理和气动力方面的知识虽然积累得很少，但实践者却凭经验造出了能够飞行的飞机。他们将机翼做成薄薄的拱形，这样就可以利用机翼产生的升力飞行了。

最初的飞机很不完善，机翼是模仿风筝造的，在骨架上蒙一层薄布或薄板，这种飞机常常会突然倒栽下来。随着人们试验的深入和经验的积累，人们弄清楚了，要飞机不出事故，机翼的剖面形状应该是圆头尖尾的。

现代飞机的机身和发动机等都是用金属做成的，不是铝合金就是合金钢。飞机还要载货或载人，重量很大，要使飞机升空，就得利用空气流动时产生的气动力。

为了更好地了解飞机升空的秘密，就先得了解低速飞机的机翼是怎样产生升力的。

低速飞机的机翼，不管它的平面形状（从上往下看）如何，从顺着来流的方向（即纵向）竖切一刀的话，其剖面形状总是：圆头、尖尾、弓背。

机翼剖面由于机翼的存在，气流被分成两路绕机翼而过，由于机翼上下翼面的形状不同，则绕流的气流也将有不同的变化，气流沿着上翼面到A点，速度这时变化最大，超过了飞机的速度，后来逐渐减小。气流流到后缘处，速度差不多降到和远前方来流未经扰动时的速度一样大小，速度就是这样先快后慢地变化。科学家们经过分析知道：流过翼面的空气速度越快，它受到的压力就越低。因此，上翼面受到的气流压力也必先下降，到某一点压力达到了最小值，然后逐渐回升，到了后缘附近，上翼面的气流压力基本上和远前方气流的压力差不多了。

沿上翼面流动的气体，过了前缘不远，直到后缘为止，流速都大于远前方气流的速度，因此气流作用在上翼面的空气作用力是吸力。吸力可以看成是一个向上提升飞机的力。

沿着下表面走的气流，在机翼前缘附近某一点流速降到零，过此点之后，气流速度逐渐回升，到后缘气流速度还是没有超过远前方来流的速度，只是和原来差不多。因而作用于下翼面的空气作用力是向上的压力，所以整个下翼面受到的是一个向上托的力，这就是飞机的升力。

上翼面的吸力和下翼面上托的力，合起来将整个飞机机翼向上举起，这就是作用在机翼上总的空气作用力。机翼产生向上升力必须具备的条件是：空气一定要流动（如风吹起来）或者飞机一定要滑动，如在跑道上滑跑，才能产生向上的升力；否则，飞机是不会升起来的。

翼面上受到的压力都是和各部分表面相垂直的。由于翼剖面的形状相当扁平，而且飞行时整个机翼和迎面风之间的倾角（一般叫冲角或攻角）也不大，所以这个总的空气作用力的指向几乎总是垂直于远前方来流的方向（即飞行的方向）的。这个力量有两个作用：一个是产生向上并垂直于远前方的气流（即飞行）方向的力，将飞机升起来；另一个则是产生平行于来流方向的力，将飞机的速度减慢下来，阻止它向前飞行。飞机为什么要装上发动机?其作用就是为了克服使飞机停下来的阻力，让飞机跑起来，产生升力。

当飞机平飞时，远前方流来的气流是水平的，飞机的重量是垂直向下的，而升力是竖直向上的，当升力不小于飞机的重量时，就托住飞机，使飞机保持在空中不掉下来。

飞机的升力主要是由机翼产生的。对于正常布局的飞机，后面的尾翼产生的力是向下的，不利于飞机，而新式的鸭式布局就对飞机增加升力很有利。

了解了上面的知识，我们便很容易理解为什么飞机在起飞前一定要沿着跑道滑行。当飞机滑行时，空气飞快地流过机翼和机身的表面，当飞机滑跑的速度越来越快时，空气流动的速度也就越快。如果飞机滑跑的速度超过某一速度，空气作用在机翼上的升力正好等于整个飞机的重量时，飞机就可以顺利地上天了。

我们也可以知道，原来说流过弯弯的拱形面时，上面的气流快，下面的气流慢，这样正好产生了升力。正是利用这一原理，飞机设计师总是要将飞机的机翼做成前面稍向下弯，后面装上可以活动的襟翼，这样飞机起飞时，只要将襟翼放下来，使两个机翼弯曲得更厉害，便会产生更大的升力了。当然不是越弯越好，这里面有很多复杂的学问，只有进行专门的研究才会清楚，这里就不详细介绍了。

知识点

飞机滑跑与起飞速度

普通飞机在起飞的时候都要沿着跑道滑跑一段时间，以达到起飞速度。我们已经知道，飞机起飞一定要克服重力，那么它所需要的升力L至少要等于重力才能起飞。飞机起飞时所需的升力公式为：L＝0.5×ρ×v2×S×C1，ρ为空气密度，v为飞机与空气的相对速度，S为机翼面积，C1为升力系数。

因此，有变形如下：v2=2L/ρ×S×C1=2G/ρ×S×C1。确定了一架飞机的起飞重量G，即可确定该飞机的起飞速度。

观察公式可发现，飞机的起飞速度与起飞重量、空气密度有关（因为型号确定，机翼面积和升力系数即确定，可视为常数）。因此，同一种型号的飞机，装载不同，起飞机场不同，实际的起飞速度也是不一样的。实际中，飞机最小起飞速度一般是220~300千米/小时，目前有些型号的战斗机起飞速度也就是215千米/小时。