【藍天之夢】02，從翅膀到機翼

飛機為什麼能飛上天，這是每一個乘坐飛機的人都會思考的問題。

世界上能飛的東西很多，例如小鳥、昆蟲、飛機、火箭、氣球等。這些能飛的可以分為兩大類：一是比空氣輕的（Lighter thet air），例如氫氣球，它是靠空氣的浮力升空的。二是鳥、飛機、載人熱氣球、火箭、翼裝飛行器等，它們是靠升力克服了重力而升上天空的。

一，鳥是如何飛上天空的

鳥類以及其它能飛的動物，例如蝙蝠都有一個共同的特點，就是它們都有翅膀，而且翅膀都很大（翼展），相對於自身的重量，翅膀越大越有力的鳥，飛的越高越快。

古人觀察鳥類飛行，衍生了半經驗飛行理論（Semipirical flight theory），那是屬於仿生學範疇的。

公元852年，一位叫阿巴斯。伊本。菲爾納斯的西班牙人，在科爾多瓦從教堂頂上藉助禿鷹的翅膀一躍而下，著陸時摔傷，評論家認為他缺少尾巴。

【漢書。王莽傳】記載，王莽招募特種兵，一位勇士應徵，身上綁上鳥的羽毛，據說飛了數百步。

01，鳥的飛行特徵

翻閱了許多資料後，我閉上眼睛，回想著鳥兒飛行的特徵，總結出以下幾點：

1，揮動翅膀產生的升力。鳥的翅膀向上揮動的時候，羽毛像百葉窗似的開啟，氣流可以穿過翅膀，阻力很小，當翅膀向下揮動時，相當於百葉窗關閉，空氣會給翅膀非常大的升力，當升力大於重力的時候，鳥就騰空而起。

2，翅膀張開前進時產生的升力。鳥在飛行時，即使不揮動翅膀也能產生升力，那是鳥的翅膀前厚後薄，並且向下彎曲，這種幾何形狀也會產生升力，這給人類以極大的啟發。

3，利用上升氣流產生的升力。由於地表附近的空氣溫度變高，體積膨脹，密度降低，熱空氣就會上升，鷹就是最善於利用上升氣流在空中盤旋的。

4，鳥的翅膀揮動不是上下的，而是有一定角度的，這樣鳥不僅能獲得向上的升力，還能獲得向前的推力，從而克服與運動方向相反的阻力。

5，鳥類能夠平穩飛行，並且能夠快速爬升和俯衝，主要是靠其尾巴控制，尾部產生負升力，這樣向上的升力、向下的重力和負升力三者平衡，使得鳥飛行的穩定。

6，鳥具備完美的流線型身材，使得它們在飛行中能減少氣動阻力。

7，大型的鳥起飛需要助跑，也就是撲翼起飛，目的是使高速氣流透過翅膀產生升力。

8，鳥在降落的時候會把兩腿前伸，這就是起落架的作用。

透過對鳥的觀察可以理解為：一是鳥能夠擺脫重力而飛上天空，主要是

依靠翅膀獲得了動力

，這和鳥的自身重量與翼展的比值有關係，翼展越大，飛行的越輕鬆；二是鳥能獲得較大的升力，

與翅膀的形狀有關係

，鳥的翅膀不是平的，而是有弧度的。

02，雞能飛嗎？

那麼雞為什麼飛不起來呢？雞的目光自從瞄向地面後，他的翅膀就退化了，自身的重量與翅膀的翼展比太大所致。

例如把雞中翅放進空氣炸烤箱裡，15分鐘後油呲呲作響，可以想象一下，如此肥嫩的翅膀如何能揮動氣流飛起來。

當然也有例外，【圍爐夜話】第四十一篇裡，關於鬥雞的故事是如此記載的：

鬥雞把屁股翹起，頭低下來，轉了幾圈後，開始互相嘗試著尋找對方的破綻，雙方緊張的咯咯直叫。

翅膀開始慢慢張開，忽然開始互相攻擊，一開始主要是用雞啄攻擊對手的頭部，可以看到頭皮已經開始鮮血淋漓，兩隻雞誰也不示弱，場外的賭徒們開始吶喊，聲嘶力竭的喊叫，好像自己就是那鬥雞一樣，十足的代入感。

鬥了一會兒，兩隻雞開始拉開距離，在喘息中窺視對方，尋找攻擊點和出擊的機會。

突然兩隻雞飛了起來，雞的彈跳能力那麼好，真的出乎我的意料，兩隻雞飛起來，平衡後，身體呈後仰狀，兩隻爪子向前伸。

只見那尖尖的爪子隨著雞後仰，爪子儘量抬高，前伸，然後奮力的一收身子，雞胸往前一挺，兩隻尖爪子狠狠的向對方撕去，頓時一地雞毛，鮮血從雞的身上向下淌，

高盧雞把對方的雞眼給撕裂開來

。

兩隻雞愈鬥愈勇，臉下方那塊脖子的皮都爆了起來，鬥雞的戰鬥情緒徹底的被激了起來。

平時我們說有些人喜歡鬥嘴，喜歡臉對臉的叫罵，就說這人像打了雞血似的，就是現在鬥雞的模樣。

半場暫停開始，雙方把鬥雞收回後，細心的撫摸，按摩，餵食。然後開始給鬥雞的雞爪子綁上鋒利的小刀，My God，這不就是F-86（佩刀戰鬥機）嘛，這是我沒有想到的，

世界竟然如此殘酷，如此殘忍，如此殘暴

。

裁判手一揮，比賽繼續開始，不知道誰是這競技場上活到最後的斯巴達。

兩隻雞在場地裡轉圈，在等候機會，那隻

高盧雞，高傲的抬起頭

，蔑視著對方，它渴望著再次取得勝利，因為勝利後等待著它的是，那隻帶著7只小高盧的，名叫凱西（Kathy）的老情人。

轉著轉著，突然兩隻雞往前衝了幾步，就像

F35B飛機起飛時的短距滑跑(Stovl)

，然後騰的一下躍了起來，雞身後仰，類似

戰鬥機做眼鏡蛇動作

似的，身體在慣性作用下儘量保持高度。

大凡當過飛行員，而且是玩兒過戰鬥機的飛行員，十分了解空戰中獲得高度的意義。

看著這兩隻鬥雞的飛行動作和戰術技巧，我在思考：

這鬥雞訓練員，一定熟讀

戰鬥機黑手黨John的能量機動原理

，並且代入到訓練中來。

你看那雞翅膀張開的動作，一定是美國西北大學熱動力系的教授編寫的教材裡學來的

熵理論

，利用翅膀的下半部和尾巴的回翹，使……

我趕緊拿出紙和筆，一場驚心動魄的雞鬥，將要創造一門嶄新的

鬥雞仿生學：戰鬥雞黑手黨能量機動理論

。我分析：

1，雞翼擺動產生的升力，沿著雞中軸線，由兩側迴旋，形成

空氣升力涵道

。

2，雞身向前挺，造成空氣阻力，按照牛三定律，這阻力空氣向下產生的反作用力，使雞獲得

懸停和平衡

。

3，雞尾部垂直並且內擺，產生的空氣內旋，形成一個獨立的內涵道。鬥雞透過尾巴擺動

克服升力的熵增，

並且形成負升力，平衡了升力與重力。

4，公式：

懸停造成的升力損失+雞重力—阻力獲得的負熵/有效載荷+升力裕度+獨立內道涵=雞的懸停高度

。

好了，等戰鬥結束跟高盧雞好好聊聊。

說時遲那時快，兩隻鬥雞把頭向後一仰，雞爪超過頭頂，亮晃晃的刀子在空中劃過，然後雞屁股一翹，雞胸部一挺，雞爪子從上往下一劃……

身起刀落，咔嚓一聲，兩隻雞都落在地上，只是瞬間，一隻雞的

左機翼斷

裂，鮮血直噴，已經斜靠在地面，難以動彈。

編號F-17的高盧雞，脖子2/3處被直接砍斷，雞頭被剩餘的雞皮連著，耷拉著靠在雞胸部上。

可憐的F-17高盧雞，還是昂著高傲的半截脖子，一股絕不服輸的神氣，拖著被砍斷的腦袋繼續往前衝，毫無方向的尋找著目標，一搖一晃，向對方咯咯咯叫著：我還活著，我要殺了你……

也許它心裡正惦記著凱西和那七隻小高盧。

走著走著，突然高盧雞身一歪，倒在了鬥雞場中央，脖子還翹起來，意思是：哥們兒，我記住你了，

下回我一定拍死你丫的

……

二，從翅膀到機翼

上帝沒有給人類翅膀，但是給了人類

大腦和雙手

，於是人類發明了飛機。

首先明確一下飛機的定義：飛機（Airplane），是指具有一具或多具發動機的動力裝置產生前進的推力或拉力，由機身的固定機翼產生升力，在大氣層內飛行的重於空氣的航空器。

教程裡是這樣描述的：

An airplane or aeroplane (informally plane) is a powered, fixed-wing aircraftthat is propelled forward by thrust from a jet engine or propeller. Afixed-wing aircraft is an aircraft, such as an airplane or aeroplane (See SpellingDifferences), which is capable of flight using wings that generate liftcaused by the vehicle's forward airspeed and the shape of the wings.

飛機的定義之一就是

機翼產生升力

，沒有翅膀的重於空氣的航空器也有，但是從定義上不能稱之為飛機。

01，翼型的幾何形狀與引數

飛機能飛起來是因為飛機在移動的過程中產生了升力，來抵消重力對飛機的影響，

升力的產生歸根結底就是因為機翼上表面和下表面形狀不同而產生的壓差。

翼型（Airfoils）

是指飛機機翼、尾翼、導彈翼面、直升機旋翼葉片和螺旋槳葉片上平行於飛行器對稱面或垂直於前緣（或 1/4弦長點連線）的

剖面形狀

，也稱翼剖面或葉剖面。

在飛機的各種飛行狀態下，機翼是飛機承受升力的主要部件，而立尾和平尾是飛機保持安定性和操縱性的氣動部件。一般飛機都有對稱面，如果平行於對稱面在機翼展向任意位置切一刀，切下來的

機翼剖面為翼剖面或翼型。

翼型是機翼和尾翼成形的重要組成部分，其直接影響到飛機的氣動效能和飛行品質。

翼型的幾何引數：

翼型的最前端點稱為前緣點，最後端點稱為後緣點。前緣點也可定義為：以後緣點為圓心，畫一圓弧，此弧和翼型的相切點即是前緣點。前後緣點的連線稱為翼型的幾何弦（絃線Chord line）。

但對某些下表面大部分為直線的翼型，也將此直線定義為幾何弦。翼型前、後緣點之間的距離，或者前、後緣在絃線上投影之間的距離稱為翼型的弦長。

通常飛機設計要求機翼和尾翼儘可能升力大、阻力小、並有小的零升俯仰力矩。因此對於不同飛行速度，機翼的翼型形狀是不同的。

低亞音速（Subsonic）飛機，為了提高升力系數，翼型形狀為圓頭尖尾形。

高亞音速飛機，為了提高阻力發散Ma數，採用超臨界翼型，其特點是前緣豐滿、上翼面平坦、後緣向下凹。

超音速（Supersonic）飛機，為了減少激波阻力，採用尖頭、尖尾形翼型。

02，翼型的發展與常見型別

最早的機翼是模仿風箏的，在骨架上蒙布，基本上是平板。之後在實踐中發現彎板比平板好，能用於較大的攻角範圍。

1903年萊特兄弟研製出薄面帶正彎度的翼型。

儒可夫斯基的機翼理論出來之後，明確低速翼型應是圓頭，應該有上下緣翼面，圓頭能適應於更大的攻角範圍。

一戰期間，交戰各國在實踐中摸索出一些效能很好的翼型，例如：

德國的Gottingen翼型；英國的RAF翼型；美國的Clark-Y翼型，以及三十年代以後，美國NACA翼型（National Advisiory Committeefor Aeronautics），後來演化成NASA（National Aeronautics and Space Administration）；還有蘇聯中央空氣流體研究院研製的翼型。

近現代以來，翼型不斷髮展，種類越來越多。不同型別的飛機使用不同的翼型。而一些現代飛機已經使用了翼身融合的設計，並由此獲取更好的氣動效能和隱身能力。

03，NACA機翼翼型

美國的NACA翼型是目前種類最多、用途最廣、最流行的機翼翼型，而且資料都是公開的。

在西北大學網站上可以非常容易的獲取所有資料，供專業或業餘航空愛好者學習、參考或設計之用。

NACA的翼型有特殊的編號，從編號就可以知道這種翼型的特性。例如NACA2412：第一個數字2，代表中弧線最大弧高2%；第二個數字4，代表最大弧高在前緣算起40%的位置；第三和第四數字12，代表最大厚度是弦長的12%。

NACA0010，第一和第二都是0，代表對稱翼，最大厚度是弦長的10%。

翼型主要分為以下幾個型別：

1，全對稱翼：上下弧線均凸且對稱；

2，半對稱翼：上下弧線均凸，但不對稱；

3，克拉克Y翼：下弧線為一直線（也叫平凸翼，有很多種）；

4，S型翼：中弧線是一個平躺的S型，這類翼型因攻角改變時，壓力中心較不變動，常用於無尾翼飛機；

5，內凹翼：下弧線在翼絃線上，升力係數大，常見於早期飛機及滑翔機，所有鳥類（除蜂鳥）都是這種翼型；

6，其他特種翼型。

在觀察一個翼型時，最重要的是找出它的中弧線，然後再看它中弧線上下厚度分佈情況。

中弧線彎曲的程度決定了翼型的特性，弧線越彎升力係數越大。

瞭解了機翼的翼型，就可以進一步瞭解機翼是如何獲得升力了。

（謝謝閱讀）