飞机是如何停留在空中的？无论你是否在飞行中思考过这个问题，它仍然是一个迷人而复杂的话题。这里将快速浏览一下飞机飞行涉及的物理学，并揭示一个关于该主题的误解。
首先，想象一架飞机——一架商用客机，例如波音或空客运输机——在空中平稳飞行。这种飞行涉及对立力量的精妙平衡。“机翼产生升力，升力抵消飞机的重量，”剑桥大学空气动力学教授Holger Babinsky说。
“升力（或向上的力）必须等于或大于飞机的重量——这就是它保持在空中的原因，”普渡大学航空航天学院院长William Crossley说。
同时，飞机的发动机提供它抵消空气摩擦产生的阻力所需的推力。“当你向前飞行时，你必须有足够的推力至少等于阻力——如果你在加速，推力可以大于阻力；如果你在减速，推力可以小于阻力——但在稳定、水平的飞行中，推力等于阻力，”Crossley指出。
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要理解飞机机翼最初是如何产生升力，这有点复杂。“媒体通常总是在寻找一个快速而简单的解释，”Babinsky反思道。“我认为这让我们陷入了困境。”一种流行的、错误的解释是这样的：流过机翼弯曲上方的空气必须比流过下方的空气走更长的距离，因此，它会加速以试图跟上底部的空气——就好像上下方的两个空气粒子需要神奇地保持连接一样。NASA甚至有一个专门介绍这种想法的网页，并将其标记为“不正确的翼型理论”。
那么，正确的思考方式是什么呢？
伸出手
开始思考这个问题的一个非常简单的方法是想象你坐在汽车的乘客座位上。将你的手臂向侧面伸出，迎着来风，手掌向下，拇指向前，手基本与地面平行。（如果你在现实生活中这样做，请务必小心。）现在，稍微向上倾斜手的前部，以便风能够吹到你的手下方；这个倾斜手的过程近似于机翼上的一个重要概念，称为其迎角。
“你可以清楚地感受到升力，”Babinsky说。在这种直接的情况下，空气撞击你的手下方，被向下偏转，根据牛顿的原理（参见第三定律），你的手会向上推动。
跟随曲线
当然，机翼的形状不像你的手，还有其他因素需要考虑。关于机翼，需要记住的两个关键点是，机翼的前部——前缘——是弯曲的，并且总的来说，从横截面看，它们也呈现出一种称为翼型的形状。
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机翼弯曲的前缘很重要，因为气流倾向于“跟随弯曲的表面，”Babinsky说。他说他喜欢通过将吹风机对准一个水桶的圆边来演示这个概念。气流会附着在水桶的弯曲表面上并转弯，甚至可能熄灭桶另一边一根被桶挡住的蜡烛。这里有一个一个迷人的旧视频，似乎演示了相同的想法。“一旦流动附着在弯曲表面上，它就喜欢保持附着——[尽管]它不会永远保持附着，”他指出。
对于机翼——想象它稍微向上倾斜，就像你放在汽车窗外的手一样——发生的情况是，空气遇到了圆润的前缘。“在上表面，空气会附着在那里，并弯曲，并非常顺畅地遵循这个迎角，”他说。
保持低压
最终，发生的情况是，流过机翼上方的空气附着在弯曲表面上并发生转弯，或者稍微向下流动：形成一个低压区域，空气也 Travels更快。与此同时，空气撞击机翼的下方，就像风撞击你伸出汽车窗外的 Yet一样，产生一个高压区域。瞧：机翼上方是低压区域，下方是较高压力。“这两种压力之间的差异产生了升力，”Babinsky说。
此视频很好地描绘了总体过程
Babinsky指出，机翼上方的低压区域比下方的低压区域做了更多的工作。你可以将机翼视为将顶面和底面的气流都向下偏转。他说，在机翼的下表面，气流的偏转“实际上小于上表面的气流偏转”。Babinksy说：“大多数翼型，一个非常、非常粗略的经验法则是，三分之二的升力在那里（在上表面）产生，有时甚至更多。”
你能最后再为我整合一下吗？
当然！NASA艾姆斯研究中心的航空航天工程师Gloria Yamauchi如此解释：“所以我们有一架飞机在空中飞行；空气接近机翼；它在前缘被机翼‘转动’，”她说。（“转动”的意思是改变方向，就像一辆在路上行驶的汽车迫使空气改变方向绕过它一样。）“空气在流过机翼表面（上方和下方）时速度会发生变化。”
“通常，机翼上方的速度大于机翼下方的速度，”她继续说道，“这意味着机翼上方的压力低于机翼下方的压力，而压力的差异会产生向上的升力。”
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此故事已更新。最初发布于2022年7月。
