你是否曾经把手伸到车窗外,让吹过的空气将它抬起呢?如果是的话,你就已经知道了一些机翼如何使飞机飞翔的原理。当你的手在风中上升和落下时,你能感到空气的力量作用在你的手背和手掌上。
但是,手的笨拙“飞行”,证明了手不是很好的机翼。手的形状奇怪而且起伏不平,空气不能流畅通过。所以无论我们怎样拍动双手,都不能像鸟一样飞翔。
然而,一个弧形的薄板,造型很像鸟的翅膀,能够使得很沉的载人飞机在高空飞行。喷气式客机的机翼有着相似的形状,即前圆后尖的“流线型”。
空气撞击圆形部位时,会顺着机翼的斜坡平滑流过。同时,空气也平稳流过机翼底部。
在机翼下方,流动的空气向上推动机翼。但令人惊奇的是,大部分的提升力来自流过机翼弧形顶端的空气。
为什么会这样呢?因为弧形顶端的空气流动速度更快,上表面加速了的空气施加给机翼顶部的压力要小于下表面施加给机翼底部的压力。(早在飞机发明之前的18世纪,瑞士数学家丹尼尔·贝努里就发现了这个原理。)底部更大的压力推动机翼上升,从而使飞机飞行。
飞机到底能获得多大的提升力,取决于机翼的形状和机翼接触气流时的角度以及飞机的速度。飞机的重量同样重要,因为重力不断向下牵引飞机。飞机设计者们试图把飞机做得尽可能轻。而且飞行员必须确保乘客、燃料和货物的重量总和不会太重。
很显然,机翼的流线型形状是飞机能够飞行的重要因素。但有时,天气情况对机翼形状会造成毁灭性的改变。
怎么回事呢?冬天的地面上,或是在高空云层中,空气冰冷而潮湿,雪和冰会凝聚在机翼上。即使是薄薄的一层冰,或是零星的雪,都会改变机翼的形状,使其变得粗糙。
这时,空气就不可能像水流过斜坡一样平滑地流过机翼,而是变成无规则的旋转气流,无法提供提升力。跑道上的飞机,如果机翼结冰的话,是无法起飞的。如果飞机已经在空中了,那么很可能会掉下来。
这就是为什么在冬天的时候,机翼会在机场里做除冰处理。在飞行过程中,飞机发动机或特殊加热器排出的热气,会流过机翼,起到除霜作用,使机翼一直保持流线型。
令人惊奇的是,大部分的飞机提升力来自流过机翼顶端的空气,而不是流过底端的空气。
喷气式飞机利用强大的发动机,在跑道上加速并起飞。空气从前端开口流入发动机。一部分空气被压缩,并与高能量的燃料混合在一起。燃料燃烧时温度达到华氏1400度到1900度,制造出非常热的气体。逐渐地,热气从发动机尾部快速喷出,从而推动飞机向前。
当飞机具有一定的速度后,机翼上下两侧的空气疾驶而过,使飞机起飞。飞机能够飞行是因为空气对机翼的提升力和拉力大于或等于飞机的重量。重量是地球引力引起的,当各种力达到平衡时,飞机就能够平稳飞行了。
空气似乎没有重量而且不被察觉,但它竟然能够提起700000磅重的巨型飞机,真是不可思议啊!我们可不能小看空气。当你阅读这篇文章的时候,将近15磅重的空气正压在你身体的各个部位上。可以把空气想像成隐形的海洋,就像水能够托起游泳的孩子一样,空气也可以托起翱翔的小鸟,或者是飞机。