伯努利定律
說完了飛行器基本的四種力之后，接下來就是讓飛機(jī)飛起來的重要關(guān)鍵「升力」的來源。在第一節(jié)中，我們認(rèn)識到升力，文章中也提及，升力不是一個(gè)單純的、原生的力，升力其實(shí)是無數(shù)作用在機(jī)翼表面上的壓力的總和。
當(dāng)作用在機(jī)翼表面上的無數(shù)壓力的總合是一個(gè)往上的正的力的時(shí)候，飛機(jī)就獲得升力，說穿了，就是這么簡單。但是，為了要更正確深入的了解升力，我們必須要先認(rèn)識一下我們的大氣環(huán)境以及白努利定理。也許許多人一輩子也不會發(fā)現(xiàn)，但是，我們的大氣，其實(shí)就如同液體一般的存在著巨大的壓力。這些氣態(tài)以及液態(tài)的物質(zhì)，我們統(tǒng)稱它們?yōu)榱黧w，流體的一個(gè)很重要的性質(zhì)，就是它們都具有壓力。
回顧一下基本的物理學(xué)，壓力的單位是FL -2 ，也就是力量除以長度的平方，我們也可以說成力量除以面積，或者更白??話一點(diǎn)說就是單位面積上的作用力大小。不管我們感覺得到與否，大氣就如同流水一般，存在者無孔不入的壓力，就好比水面之下，不論何處都存在著水壓，大氣也一樣。再次的回顧一下流體的壓力，我們先要記得，流體的壓力是四面八方的，它永遠(yuǎn)垂直的作用于它的接觸表面。
其次，我們要進(jìn)入伯努利定理的核心了，這個(gè)定理的方程式，我想就不用造成大家的負(fù)擔(dān)，但是要請千萬記得這個(gè)定理的核心思想：「流速越快的流體，其作用在接觸面上的壓力越小」。乍聽之下，很多人一定不以為然，流速快的流體，壓力怎會比較小？讓我來為大家說明，流速快的流體，它作用在沖擊物體表面產(chǎn)生的沖量（速度×質(zhì)量）比較大，但是其分子撞擊接觸物體表面的次數(shù)因?yàn)榱魉僭龅脑黾幼兩伲瑝毫Φ膩碓?，就是流體的分子撞擊接觸表面而造成，所以，流速快的流體，在這個(gè)撞擊次數(shù)減少的效應(yīng)之下，它的流速越快，造成的壓力越小。
現(xiàn)在我們來看看機(jī)翼的截面，機(jī)翼的截面，為了要發(fā)揮伯努利定理的效應(yīng)，我們故意在上、下表面設(shè)計(jì)成不同的線條。在機(jī)翼的下表面，我們讓空氣直線的流過機(jī)翼表面，而在機(jī)翼的上表面，我們把機(jī)翼作成圓弧型，讓它的長度比下翼面的直線要來的長。當(dāng)機(jī)翼開始前進(jìn)，并且對空氣作相對運(yùn)動時(shí)，發(fā)生了什么事？空氣在機(jī)翼的前緣，被機(jī)翼切開分成兩個(gè)部分，流經(jīng)下翼面的空氣，其流速與機(jī)翼對空氣的相對速度相同，因?yàn)樗叩氖侵本€，我們沒有讓空氣在下翼面轉(zhuǎn)彎。然而，看到上翼面的部分，流經(jīng)上翼面的空氣，他走的路徑是被我們刻意修改過的圓弧型，它對機(jī)翼的流速因?yàn)榱鬟^的距離更長而加快。（注）再回到伯努利說過的至理名言「流速越快的流體，其作用在接觸面上的壓力越小」，現(xiàn)在發(fā)生了什么事？下翼面的空氣的壓力比上翼面的要來的大，因?yàn)橄乱砻娴目諝饬魉俦壬弦砻娴囊獊淼穆?br>
而在機(jī)翼的上表面，空氣的壓力也是沿著機(jī)翼的垂直方向，也就是垂直往下的方向，作用在機(jī)翼的上表面上。有一些壓力因?yàn)樽饔玫谋砻嫔系幕《龋ㄓ浀蒙弦砻娌皇撬降模?，而方向可能略為偏前或偏后，但是把它們加總在一起，我們就可以得到一個(gè)向下的力量。這個(gè)力量因?yàn)榱魉俨畹年P(guān)系，比作用在下表面上往上的力量要小。再次把這兩個(gè)往上與往下的力加在一起，因?yàn)橥系牧Ρ容^大，所以我們可以獲得一個(gè)往上的總力。這個(gè)力量，就是飛機(jī)升力的來源。
不同的飛行器，把這個(gè)化時(shí)代的理論應(yīng)用在不同的層面上，不只是一般我們常見的定翼機(jī)（主翼固定的飛機(jī)），利用此理論讓飛行器獲得升力。即使是在旋翼機(jī)（主翼旋轉(zhuǎn)的飛機(jī)，一般稱為直升機(jī)）的情況，飛機(jī)的升力一樣來自于上下翼面的壓力差，絕不是有些人以為的，直升機(jī)是像電風(fēng)扇一樣，把空氣向下吹以獲得升力。在此順便提到一點(diǎn)，直升機(jī)的主旋翼固然會把氣流向下導(dǎo)引，形成向電風(fēng)扇的功能，但是這是另外一回事，下一單元的「機(jī)翼與氣流」中也會提到。此外，這個(gè)重要的原理也是許多飛行器推力的來源，我們現(xiàn)在長看到許多超大型飛行器，用極為驚人的效率運(yùn)送人員與貨物，這些大型的運(yùn)輸工具，多半采用渦輪扇發(fā)動機(jī)作為推力來源。渦輪扇發(fā)動機(jī)的推力原理，后面一樣會說到。但是還是有許多尺度較小的飛行器，采用螺旋槳作為推力來源，與直升機(jī)的主旋翼的原理相同，螺旋槳也是利用伯努利定理的壓力差形成推力。怎摩說呢？螺旋槳的截面，其實(shí)和一個(gè)扭曲了的機(jī)翼是一樣的，在螺旋槳旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，前方的空氣流過螺旋槳的流速比較大，壓力小；而螺旋槳后方的空氣流過螺旋槳的流速較低，壓力較大，因此我們獲得往前的推力，至于螺旋槳的外型看來被扭曲，這是因?yàn)槁菪龢幌駲C(jī)翼，機(jī)翼穿過空氣時(shí)，從翼根（最靠近機(jī)身的地方）一直到翼尖（最遠(yuǎn)離機(jī)身的地方）流速都是相同且穩(wěn)定的。而在螺旋槳以及直升機(jī)主旋翼的條件下，因?yàn)樗鼈兪切D(zhuǎn)穿過空氣的，所以，越靠外緣的翼面，流速會越快，越靠近中心的部分，流速會越小，同時(shí)由于自身旋轉(zhuǎn)造成的渦流，中心的部分是不太能產(chǎn)生推力的，因此，在這兩種狀況下，主要的力量（不管是往上或者往前）都來自于靠近外緣的旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得較高流速的部分，因此在設(shè)計(jì)上，靠近旋轉(zhuǎn)中心的內(nèi)緣與遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的外緣，會設(shè)計(jì)成不太一樣的截面，以獲得最佳的推力與效率，就是螺旋槳以及旋翼機(jī)主旋翼在外型上有點(diǎn)扭曲不似一般飛機(jī)主翼那般平整的原因。
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