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癮科學:飛機為什麼會飛(重新來過)

Andy Yang
2009 年 3 月 24 日, 中午 12:00
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嗄?還有續篇啊。老實說,小薑自已也覺得昨天的那篇寫起來不很滿意,所以又花了一個晚上四處亂逛,想找個比較權威的解釋。最後,似乎還是 NASA 給的解釋最恰當 -- 兩種說法都對,因為現實情況複雜到不是一種解釋能夠講明白的。首先,先重複一次確定是錯的事項:
  • 機翼上緣的氣流不會在機翼後端和下緣的氣流匯合,也沒有理由如此。事實上,就像昨天的影片裡看到的,上緣的氣流的流速還大於下緣。
  • 機翼不是因為氣流擊中機翼下側而產生升力的(不然戰鬥機就不會把飛彈掛在機翼下了)
於是以下的兩種解釋都對:
  • 因為機翼上緣的流速大於下緣,故依照伯努力定律,機翼上緣的壓力較小,下方的壓力較大,這種壓力差會產生升力。
  • 因為機翼上緣的形狀,流經上緣的空氣會受到柯恩達效應的影響而向下彎折,這種向下的氣流會產生向下的推力,從而產生升力。
光靠其中一個,都不足以解釋飛機受到的升力,甚至,兩個都算上了,和最後得出來的結果仍然會有誤差。有些翼形的設計利用伯努力定律多一點,有些翼形設計利用下洗氣流多一點。這就是為什麼即使今日電腦這麼發達了,仍然要做實體模型的風洞測試,仍然要找試飛員試飛的緣故。工程師手上握有的方程式,頂多只是一些「理想狀態」的估計值,所以飛機為什麼會飛?恐怕最後真的只能說是「運氣」吧!

這個連結裡有一個「理想狀態」的方程式,稱為 Navier-Stokes 方程式,描述流動中的流體的速率、壓力、溫度、密度、黏度等相互之間的影響。看完這個之後,小薑認真的開始後悔為什麼要挑這個題目來寫...

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