时代杂志：为什么飞机能够翻着飞

华特兄弟首次飞行100年纪念日，美国《时代》杂志刊文“究竟是什么让我们高空飞行？”主要想探讨一个问题：飞机是怎么飞起来的。

为了回答这个问题，《时代》请来了流体力学领域权威人士，John D. Anderson。

Anderson表示目前关于飞机飞行的原理并没有统一意见。并且答案往往是不同的。

''There is no simple one-liner answer to this,''

爱因斯坦飞行理论

早在1916年，爱因斯坦曾经以德文撰写一篇文章“水波与飞行理论”，试图解释鸟类飞行的奥秘。文中表示：

“关于飞行，有很多模糊的界限，我不得不承认没有任何文献，能给出一个简单的答案。”

爱因斯坦似乎更倾向于伯努利升力理论（见后文）。但通篇文章中，爱因斯坦并没有提到伯努利的名字，只是表示一个带鼓包的翅膀，可以引起压力差，使得飞行成为可能。

1954年，爱因斯坦承认，当年他涉入飞行理论研究只是初生牛犊不怕虎，犯下了一个年轻又冲动的错误。

伯努利升力理论

最常见的解释是空气在机翼表面流速更快，依据伯努利定律，越快的流速，意味着更低的压力，这种压力差即为升力，升力是飞机飞行的奥秘。

但是，伯努利升力理论有重要的缺陷。

伯努利升力并没有解释为什么上表面的流速更快，这种不完善导致了很多困惑。

飞行的伯努利升力理论

Raskin，目前是一个计算中心的研究人员，回忆起中学的时候老师给他们讲解升力理论，他提了几个来自灵魂的拷问：

“为什么飞机可以翻着飞？”

“飞机并不能够翻着飞”

“但是我见过飞机翻着飞”

“飞机翻着飞是违反科学定律的”

Raskin第二天带来一个木板子做的飞机，演示了在把飞机翅膀反过来之后的飞行。当然，老师最后把他送到了主任办公室。

为什么飞机可以翻着飞？

伯努利升力理论还不能解释为什么平平的纸飞机也能长时间高空飞行。

2003年之前，最受关注的飞机飞行讨论刊发于1994年的《量子》杂志，在这篇文章中表示，虽然伯努利升力理论是有效的，但只只能满足教学意义。

牛顿理论

Raskin与其他科学家认为，

“飞机翅膀只是让空气向下流动，受力是相互的，在空气向下流动的同时，会导致飞机的反方向移动。”

到底有多少空气向下流动，取决于飞机翅膀的角度，即广为人知的攻角。飞机的飞行取决于翅膀的角度，而不是翅膀的形状。

牛顿定律完美的解释了飞机翻着飞的原因，只要姿势正确就可以了。

牛顿理论

Rberhardt是华盛顿大学气动流体力学教授。他在他撰写的“Understanding Flight”书中表示：

“伯努利升力理论和牛顿理论都是正确的，但是我在做流体力学科普的时候，牛顿定律看起来更容易让人接受。”

然而牛顿定律依然存在问题：牛顿定理没有解释为什么飞机翅膀上方，存在一个持续的低压区。

为什么存在一个低压区？

为什么飞机翅膀使得空气向下流动？很明显，所有人都感觉是因为气体分子遇到翅膀后向下回弹。

“这是完全错误的说法。”

Anderson表示：真正的原因是，大量的气体冲击到翅膀表面，翅膀掰弯了它。

这种被掰弯的空气流动，来源于粘性，最终导致康达效应。即流体倾向于依附于壁面进行流动。

依据翅膀掰弯气流引起升力的理论，如果没有分子粘性，就不会飞了吗？如果飞机飞过过冷氦，会怎么样呢？完全飞不起来？

这个问题困扰了大量的空气动力学专家。

“我们完全不懂飞行。”

Anderson坦白。