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前言
1903年，這是一個被載入史冊的年份，這一天美國萊特兄弟造就了人類歷史上第一架飛機，這架飛機叫"飛行者"。如果不知道飛機的基本結構，可以查看我之前分享的文章飛機的大概構成和組裝。飛機主要由機身、機翼、尾翼、起落裝置和動力裝置組成。
飛行者模型圖紙
其實，真正由他們二人發明的具有關鍵性意義的事物很小，那就是使飛機可以傾斜飛行或者退出傾斜飛行的裝置——副翼，或者更準確的說是“橫向操縱裝置”。因為萊特兄弟使用的並不是我們目前所熟知的副翼，而是使用一種簡易的方法，將機翼往相反的方向翹起，從而改變整個機翼的外形。無論是副翼還是翹曲機翼，他們發揮作用的原理都是一樣的——使飛機傾斜或者退出傾斜。雖然那時候飛機才剛發明出來，但是萊特兄弟對於飛機飛行的理解是比較到位的，他們很明確副翼是用轉彎的，方向舵是用來消除反向向偏航的，或者說消除側滑。並不像大多數人想的以及“方向舵”這個名稱那樣，認為飛機的方向舵與汽車的方向盤一樣，用來轉彎。目前沒有方向舵的飛機已經存在了，而且依然可以飛的很好。我相信，飛翼式佈局（無尾翼，翼身融合）將是未來戰機的發展方向。
美國B2飛翼式隱身轟炸機
飛機誕生直到現在已有一百多年，發展也特別迅速。目前出現了各種用途途的飛機，比如用於交通的民航客機、森林救火的水上飛機、偵查打擊的無人機、撲翼機和空中格鬥的戰鬥機等。戰鬥機根據其技術要求和任務載荷不同又分為殲擊機、轟炸機、強擊機、偵察機、運輸機和多用途戰鬥機等。
殲20重型戰鬥機
運20大型運輸機
C919民航客機
AG600水陸兩用飛機
彩虹無人機
機翼、迎角和升力
那麼飛機是怎麼飛起來的呢？如果從這個問題出發，飛機對於大多數人來說是既熟悉又陌生，熟悉的是幾乎每個人都聽過或者在電視上見過飛機，陌生的是幾乎很少人真正接觸過飛機，哪怕親手是摸一摸，親眼看一看，親自坐一坐，只知道有這樣一個東西，至於怎麼飛起來的就更不知道了。飛機的聲音、氣味、內部裝飾甚至乘坐感受可能和汽車十分相似，但二者不同之處是飛機依靠機翼飛行。機翼是飛機特有的，對我們而言是全新的事物。想了解更多飛機機翼細節可以查看我之前分享的文章飛機機翼結構。
飛機必須產生足夠的升力才能克服重力，升空飛行，這是飛機飛行的基本原理。我們上初中的時候可能聽到過老師運用伯努利原理講解關於飛機是如何產生升力的：
機翼橫截面的大致形狀，其上表面彎曲，下表面比較平。飛機前進時，機翼與周圍的空氣發生相對運動，相當於氣流迎面流過機翼。氣流被機翼分成上、下兩部分，由於機翼橫截面的形狀上、下不對稱，在相同時間內，兩股氣流會在機翼後緣匯合，因此機翼上方氣流通過的路程較長，因而速度較大，它對機翼上表面的壓強較小；下方氣流通過的路程較短，速度較小，它對機翼下表面的壓強較大。這樣，機翼上、下表面就存在著壓強差，因而有壓力差，這就是產生升力的原因。
該解釋認為在相同時間內，兩股氣流會在機翼後緣匯合
這是最廣為流傳的一種升力解釋，被稱為“長距理論”或“等時理論”。並且這種解釋深入學生們的心裡，但是這種解釋並不嚴謹，“在相同時間內，兩股氣流會在機翼後緣匯合”這種強行解釋也無所依據。如果按照這種強行解釋，那麼他就無法解釋一些飛行表演飛機既可以正飛，也可以倒飛。相同的翼型倒過來之後，下表面的行程變長，上表面行程變短，按照“長距理論”根本解釋不通。事實上這種強行解釋是錯誤的，飛機機翼上表面的氣流確實比下表面的氣流快，並且快的多，同時和機翼接觸的上下表面氣流，上表面氣流會早於下表面到達機翼後緣，遠遠地把下表面氣流甩在後面。
飛機倒飛
上表面氣流早於下表面氣流到達機翼後緣
如果飛機飛起來是因為上表面流速快，下表面流速慢，產生壓力差，從而產生升力。這樣說也是正確的，但是比較籠統，不夠嚴謹。要想解釋“上表面流速快，下表面流速慢”這種現象，還需要用到流體力學中的氣體連續性定理，但這種複雜一點的解釋對飛行員來說，沒有一點作用。如果你不是飛機的工程師或者設計師，那麼這些過於“微觀”的升力解釋對你用處也不是很大。這些理論毋庸置疑是真理，但對一個飛行員來說，如果這理論會使那些更簡單、更基礎的關於飛行的事實變的晦澀難懂，那麼它就是無用甚至有害的東西。
沒有真正理解飛機飛行原理的飛行員在學習飛行的時候會浪費許多的飛行時數，他們沒有看清能夠解釋他們正在做的一切事情的一個事實，他們缺少一把打開大部分飛行奧秘的鑰匙。這把“鑰匙”就是迎角，迎角是“機翼”與空氣相遇時兩者形成的角度，這裡的“機翼”指的是翼絃線或者零升力線。翼絃線：一條參考線，是機翼前緣與機翼後緣的連線，容易測量，是一個理論上的值，是工程師出於方便的考慮才使用的概念，但它並非實際中真正起作用的線，真正發揮作用的應該是零升力線。零升力線顧名思義，使機翼產生的升力為0時的線。這兩條線一般來說並不重合，只有當飛機翼型為對稱翼型時這兩線才重合。用零升力線得出的迎角也叫“有效迎角”，在解釋飛機機頭向下的水平飛行時就用的上。
解釋了迎角實際上就解釋了大部分飛行原理，注意這裡說的是飛行原理，不單單是升力，而是關於飛行的大部分，比如飛機爬升、下滑、水平飛行、轉彎、失速、動力失速、尾旋、抬頭式動力進近和著陸等。飛行技術中最重要的部分也是迎角及其在飛行中的變化。但是在實際中，根本不可能看到迎角，因為看不見空氣，這是學習飛行困難的一個原因。如果你只有兩個小時跟別人解釋飛行原理，那麼迎角是你必須要說清楚的內容。在本文中只說明機翼是如何產生升力幫助飛機飛行的，其他在這裡不做過多解釋。
所有重於空氣的飛行器飛行的主要事實是：機翼通過迫使空氣向下流動，使得飛機飛起來。
α即為迎角
氣流轉彎並不是因為機翼上部是彎曲的，而是因為機翼與氣流呈一定夾角，稱作迎角。只要機翼以合適的、大小適度的迎角與空氣相遇，它就會充當向下的空氣導流板，本質上是一個斜面，現實中是一個包含傾斜平面的曲面外殼，包上曲面外殼後，對於飛機的升力性能、阻力性能以及失速性能都有所提升。導流效果與翼型有關，不管翼型如何，只要迎角為正且合適，就會有一定的向下導流作用，下表面將氣體向下推，上表面將空氣向下拉（下洗氣流大部分都是上表面對氣流的下拉形成的，什麼叫下洗呢？因為某種作用使得氣流向下運動就叫氣流下洗），使氣流下洗。
下洗流將飛機下的雲往下吹
根據牛頓第三定律作用力與反作用力，機翼對空氣產生了一個向下的力，空氣就會對機翼產生一個向上的力，這個力克服飛機自身的重力，從而使得飛機升起來。觀察飛機飛過雲層上方的照片，也可以發現飛機下方的雲被吹到下方去了。至於為什麼機翼會使氣流下洗，是因為流體在流經彎曲面或者傾斜面時，有沿彎曲面流動的趨勢。是不是覺得不好理解？我們來看一個例子當把勺子的彎曲面接觸到水龍頭流出來的水時，會發生什麼事情呢？直覺告訴我們，水流接觸勺子會產生推力將其推開。但結果是，水流發生發生轉彎沿著勺子流動，而勺子則被水流吸附住。想了解更多飛機升力的產生細節可以查看我之前分享的文章尋趣分享 | 《認識飛行》（1）——升力。
在這裡解釋一下為什麼飛機機頭水平的時候，仍然可以水平飛行呢？這是因為機翼起初有個正的安裝角，這個安裝角是由飛機設計師設計的。當飛機進行水平飛行時，機頭是水平的，與相對氣流的夾角為零，但是相對氣流與機翼的夾角不為零。有些飛機即使在機頭向下的時候也可以水平飛行，此時看起來機翼的翼絃線與相對氣流夾角為零，但是這只是看起來如此而已。正如前面講到的真正發揮作用的是零升力線，機頭向下時，零升力線與相對氣流的夾角不為零，即有效迎角不為零，飛機此時仍然可以產生升力。
流體在流經彎曲面時，有沿彎曲面流動的趨勢
總結
所有重於空氣的飛行器飛行的主要事實是：機翼以一定角度與空氣相遇時，通過迫使空氣向下流動，使得飛機飛起來。這個角度就是迎角，需要為正且不能超過該飛機的失速迎角。
來源：原創 興空 飛行原理與技術
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