乘坐过很多次飞机,也了解空气动力学;但是看到上百吨的飞机飞上天,为什么还是觉得不可思议

查看全文
菱形机翼: 按照路程差理论,这种机翼应该根本飞不起来,因为上下气流走过的路程完全相同。 但这种机翼,其实是超音速飞机的专属,不仅能飞,而且飞得很快。 还有这种上边平坦、下边凸起的机翼: 按照「路程差」解释,这种机翼应该往下飞才对,因为下边的路程更长,因此速度更快、压强更小。 而实际上,这种机翼叫「超临界机翼」,是 40 年前才发明的科技。 当飞行速度接近音速时,它能有效减少激波的产生,从而降低阻力。 国产大飞机「运-20」用的就是这种机翼,不仅起飞毫无压力,还能带着 220 吨的载重一起飞。 同样,「路程差」也无法解释为什么飞机能倒过来飞。 特技飞机倒飞时,机翼凸面向下,飞机非但没有一头栽下去,还能稳稳地保持高度。 而且,「路程差理论」还给人一种错觉,以为机翼是平行于前进方向的。 然而现实中的机翼是略微向后仰的,它与前进方向的夹角称为「迎角」或「攻角」。后面你会看到,这个「迎角」极为重要。 伯努利原理没错,但是路程差理论把伯努利原理用错了,飞机的升力无法用伯努利原理来解释。 如果飞机在一根大管子里飞,伯努利原理倒真是会导致机翼上方的气流速度变大、压强变小,准确地说,是在机翼凸出的那一点上压强变小。 我不知道这点压力差能否支撑起几十吨的飞机,但我知道这种情况对于正常的飞机根本不成立。 因为在开放空域中,气流只会从机翼上下两边绕过去,并不存在变窄的管道,又哪来的速度变快、压强变小呢? 还有一种不那么「主流」的解释,认为飞机升力是空气在机翼底部反弹形成的反作用力。空气分子就像乒乓球一样,沿水平方向撞击机翼底部后,反弹到斜后方。 「反弹论」不仅可以完美解释风筝的原理,而且还得到了物理学祖师爷牛顿爵爷的背书。 没错,300 多年前的牛顿,在物理学开山之作《自然哲学的数学原理》一书中,就用这个方法详细计算了机翼的升力和阻力。 然而「反弹论」仍然是错的——或者说,大部分不对。 确实存在气流被机翼底部反弹而形成升力,但这点升力远远小于真实的机翼升力。 莱特兄弟第一次成功试飞的飞机重达 300 多公斤,按反弹论计算,机翼升力和迎角正弦的平方成正比,反弹得到的升力只有 10 公斤。 也就是说,单靠反弹空气,让风筝飞起来是没问题的,把几十吨重的铁疙瘩送上天是不可能的。 还有个问题:按反弹论计算,机翼迎角 45 度时,升力应该最大。 然而真实的飞机,迎角不超过 20 度。 再大就有「失速」的风险,也就是飞机会突然失去大部分升力。 不过,反弹论至少搞对了一点:机翼和气流之间必须得有一个角度。 只