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前言
1903年，这是一个被载入史册的年份，这一天美国莱特兄弟造就了人类历史上第一架飞机，这架飞机叫"飞行者"。如果不知道飞机的基本结构，可以查看我之前分享的文章飞机的大概构成和组装。飞机主要由机身、机翼、尾翼、起落装置和动力装置组成。
飞行者模型图纸
其实，真正由他们二人发明的具有关键性意义的事物很小，那就是使飞机可以倾斜飞行或者退出倾斜飞行的装置——副翼，或者更准确的说是“横向操纵装置”。因为莱特兄弟使用的并不是我们目前所熟知的副翼，而是使用一种简易的方法，将机翼往相反的方向翘起，从而改变整个机翼的外形。无论是副翼还是翘曲机翼，他们发挥作用的原理都是一样的——使飞机倾斜或者退出倾斜。虽然那时候飞机才刚发明出来，但是莱特兄弟对于飞机飞行的理解是比较到位的，他们很明确副翼是用转弯的，方向舵是用来消除反向向偏航的，或者说消除侧滑。并不像大多数人想的以及“方向舵”这个名称那样，认为飞机的方向舵与汽车的方向盘一样，用来转弯。目前没有方向舵的飞机已经存在了，而且依然可以飞的很好。我相信，飞翼式布局（无尾翼，翼身融合）将是未来战机的发展方向。
美国B2飞翼式隐身轰炸机
飞机诞生直到现在已有一百多年，发展也特别迅速。目前出现了各种用途途的飞机，比如用于交通的民航客机、森林救火的水上飞机、侦查打击的无人机、扑翼机和空中格斗的战斗机等。战斗机根据其技术要求和任务载荷不同又分为歼击机、轰炸机、强击机、侦察机、运输机和多用途战斗机等。
歼20重型战斗机
运20大型运输机
C919民航客机
AG600水陆两用飞机
彩虹无人机
机翼、迎角和升力
那么飞机是怎么飞起来的呢？如果从这个问题出发，飞机对于大多数人来说是既熟悉又陌生，熟悉的是几乎每个人都听过或者在电视上见过飞机，陌生的是几乎很少人真正接触过飞机，哪怕亲手是摸一摸，亲眼看一看，亲自坐一坐，只知道有这样一个东西，至于怎么飞起来的就更不知道了。飞机的声音、气味、内部装饰甚至乘坐感受可能和汽车十分相似，但二者不同之处是飞机依靠机翼飞行。机翼是飞机特有的，对我们而言是全新的事物。想了解更多飞机机翼细节可以查看我之前分享的文章飞机机翼结构。
飞机必须产生足够的升力才能克服重力，升空飞行，这是飞机飞行的基本原理。我们上初中的时候可能听到过老师运用伯努利原理讲解关于飞机是如何产生升力的：
机翼横截面的大致形状，其上表面弯曲，下表面比较平。飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、下两部分，由于机翼横截面的形状上、下不对称，在相同时间内，两股气流会在机翼后缘汇合，因此机翼上方气流通过的路程较长，因而速度较大，它对机翼上表面的压强较小；下方气流通过的路程较短，速度较小，它对机翼下表面的压强较大。这样，机翼上、下表面就存在着压强差，因而有压力差，这就是产生升力的原因。
该解释认为在相同时间内，两股气流会在机翼后缘汇合
这是最广为流传的一种升力解释，被称为“长距理论”或“等时理论”。并且这种解释深入学生们的心里，但是这种解释并不严谨，“在相同时间内，两股气流会在机翼后缘汇合”这种强行解释也无所依据。如果按照这种强行解释，那么他就无法解释一些飞行表演飞机既可以正飞，也可以倒飞。相同的翼型倒过来之后，下表面的行程变长，上表面行程变短，按照“长距理论”根本解释不通。事实上这种强行解释是错误的，飞机机翼上表面的气流确实比下表面的气流快，并且快的多，同时和机翼接触的上下表面气流，上表面气流会早于下表面到达机翼后缘，远远地把下表面气流甩在后面。
飞机倒飞
上表面气流早于下表面气流到达机翼后缘
如果飞机飞起来是因为上表面流速快，下表面流速慢，产生压力差，从而产生升力。这样说也是正确的，但是比较笼统，不够严谨。要想解释“上表面流速快，下表面流速慢”这种现象，还需要用到流体力学中的气体连续性定理，但这种复杂一点的解释对飞行员来说，没有一点作用。如果你不是飞机的工程师或者设计师，那么这些过于“微观”的升力解释对你用处也不是很大。这些理论毋庸置疑是真理，但对一个飞行员来说，如果这理论会使那些更简单、更基础的关于飞行的事实变的晦涩难懂，那么它就是无用甚至有害的东西。
没有真正理解飞机飞行原理的飞行员在学习飞行的时候会浪费许多的飞行时数，他们没有看清能够解释他们正在做的一切事情的一个事实，他们缺少一把打开大部分飞行奥秘的钥匙。这把“钥匙”就是迎角，迎角是“机翼”与空气相遇时两者形成的角度，这里的“机翼”指的是翼弦线或者零升力线。翼弦线：一条参考线，是机翼前缘与机翼后缘的连线，容易测量，是一个理论上的值，是工程师出于方便的考虑才使用的概念，但它并非实际中真正起作用的线，真正发挥作用的应该是零升力线。零升力线顾名思义，使机翼产生的升力为0时的线。这两条线一般来说并不重合，只有当飞机翼型为对称翼型时这两线才重合。用零升力线得出的迎角也叫“有效迎角”，在解释飞机机头向下的水平飞行时就用的上。
解释了迎角实际上就解释了大部分飞行原理，注意这里说的是飞行原理，不单单是升力，而是关于飞行的大部分，比如飞机爬升、下滑、水平飞行、转弯、失速、动力失速、尾旋、抬头式动力进近和着陆等。飞行技术中最重要的部分也是迎角及其在飞行中的变化。但是在实际中，根本不可能看到迎角，因为看不见空气，这是学习飞行困难的一个原因。如果你只有两个小时跟别人解释飞行原理，那么迎角是你必须要说清楚的内容。在本文中只说明机翼是如何产生升力帮助飞机飞行的，其他在这里不做过多解释。
所有重于空气的飞行器飞行的主要事实是：机翼通过迫使空气向下流动，使得飞机飞起来。
α即为迎角
气流转弯并不是因为机翼上部是弯曲的，而是因为机翼与气流呈一定夹角，称作迎角。只要机翼以合适的、大小适度的迎角与空气相遇，它就会充当向下的空气导流板，本质上是一个斜面，现实中是一个包含倾斜平面的曲面外壳，包上曲面外壳后，对于飞机的升力性能、阻力性能以及失速性能都有所提升。导流效果与翼型有关，不管翼型如何，只要迎角为正且合适，就会有一定的向下导流作用，下表面将气体向下推，上表面将空气向下拉（下洗气流大部分都是上表面对气流的下拉形成的，什么叫下洗呢？因为某种作用使得气流向下运动就叫气流下洗），使气流下洗。
下洗流将飞机下的云往下吹
根据牛顿第三定律作用力与反作用力，机翼对空气产生了一个向下的力，空气就会对机翼产生一个向上的力，这个力克服飞机自身的重力，从而使得飞机升起来。观察飞机飞过云层上方的照片，也可以发现飞机下方的云被吹到下方去了。至于为什么机翼会使气流下洗，是因为流体在流经弯曲面或者倾斜面时，有沿弯曲面流动的趋势。是不是觉得不好理解？我们来看一个例子当把勺子的弯曲面接触到水龙头流出来的水时，会发生什么事情呢？直觉告诉我们，水流接触勺子会产生推力将其推开。但结果是，水流发生发生转弯沿着勺子流动，而勺子则被水流吸附住。想了解更多飞机升力的产生细节可以查看我之前分享的文章寻趣分享 | 《认识飞行》（1）——升力。
在这里解释一下为什么飞机机头水平的时候，仍然可以水平飞行呢？这是因为机翼起初有个正的安装角，这个安装角是由飞机设计师设计的。当飞机进行水平飞行时，机头是水平的，与相对气流的夹角为零，但是相对气流与机翼的夹角不为零。有些飞机即使在机头向下的时候也可以水平飞行，此时看起来机翼的翼弦线与相对气流夹角为零，但是这只是看起来如此而已。正如前面讲到的真正发挥作用的是零升力线，机头向下时，零升力线与相对气流的夹角不为零，即有效迎角不为零，飞机此时仍然可以产生升力。
流体在流经弯曲面时，有沿弯曲面流动的趋势
总结
所有重于空气的飞行器飞行的主要事实是：机翼以一定角度与空气相遇时，通过迫使空气向下流动，使得飞机飞起来。这个角度就是迎角，需要为正且不能超过该飞机的失速迎角。
来源：原创 兴空 飞行原理与技术
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