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工程

飞机机翼为什么是弯曲的?

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一架联合航空波音 777-200 在飞行中,弯曲的翼型机翼和翘起的翼尖清晰可见
飞机机翼不是平板。它们弯曲的翼型形状创造了将百吨重的飞机升上天空所需的气压差。

机翼大概是整个工程界最疯的一份工作。一架满载的波音 777 大约 135 吨,两片机翼把它劝上了天。停下来想两秒。这么重的东西凭什么能离地?

答案大半藏在形状里。

机翼不是平的

找机会从侧面看一眼机翼。它不是一块板。上面拱起来一个弧,下面平得多。工程师管这个形状叫翼型,它存在只有一个理由:用一种非常特定的方式去搅动空气。

飞机往前冲的时候,空气被劈开,从机翼上下两侧绕过去。这个形状让机翼上方的空气压力低于下方。下面压得多,上面压得少,机翼就被往上顶。那一顶,就是升力。

升力不是魔法

升力不是一个聪明的小把戏,更绝对不是魔法。机翼管用,是因为它改变了空气往哪儿去。切过天空的时候,机翼把一大堆空气往下甩。牛顿第三定律说每个作用力都有等大反向的反作用力,所以机翼把空气往下推,空气就把机翼往上推。两件事在同时发生:

  1. 1

    它制造出压力差

    从弯曲上表面走的空气跑得更快,那里的压力就掉到了下方之下。

  2. 2

    它把空气往下甩

    机翼把气流拐向地面,反作用力就把飞机推向天空。

为什么飞机需要速度?

停在跑道上的飞机哪儿也去不了,机翼再好也没用。机翼必须有空气从它身上冲过去才干得了活。跑得更快,赶动更多空气,拿到更多升力。

跑道上那一段长长的冲刺,全部意义就在这儿。发动机把飞机往前推,空气开始从机翼上倾泻而过,到某一个确切的速度,升力终于赢过了重量。轮子离地。

那些襟翼是什么?

起飞或降落的时候盯着机翼看,你会看到一块块东西滑出来、往下翻。那是襟翼和缝翼,它们在飞行途中直接改变机翼的形状,好在低速时硬挤出更多升力。

这很关键,因为起飞和降落恰恰是飞机没法开快的时候。谁也不想一架喷气机贴着地面以每小时八百公里飞过去,所以工程师干脆给机翼装上了会动的零件。

试试这个:纸翼测试

拿两张纸。一张折成最基础的纸飞机,另一张保持平的。用同样的方式扔出去。折过的那张飞去了某个地方,平的那张扑腾两下就死了。同样的纸、同样的手劲,完全不同的形状。

形状很重要

工程师在风洞里试机翼形状,在模拟里试,最后才在真飞机上试。一个你用大拇指就能盖住的改动,都可能明显改变一片机翼能产生多少升力。

最后的思考

机翼是弯的,因为形状控制空气,空气造出升力,升力打赢重力。所以下次有飞机从你头顶划过去,别把功劳全给发动机。那两片机翼是精密工具,正安安静静地把流动的空气,变成一条离开地面的路。