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有翅膀才会飞，是人类从古至今认定的概念。但人类现今还不能如鸟一样扑腾着翅膀在天空中自由飞翔。 有人说：飞机不是有一对“翅膀”让我们在天空中飞行了吗？是的，这只是人类向鸟类学习技能的载人飞行而已。但这足以让人迷惑和神奇，不能扇动翅膀的硬家伙，如何让庞然大物起飞和飞行？
一 当鸟的翅膀展开，并不断上下扇动时，下方的空气被翅膀赶往再下方，翅膀背面就裸露出空洞区，致使空气从翅膀的下方回流到翅膀上方的空洞区，形成翅膀下的空气为一股升力腾空而起；在翅膀继续运动下，前方的空气在压力下逐渐沿翅膀周边流动到后方的低压区形成环流，压力差打破了翅膀前后面的空气平衡力，使鸟类翅膀得到了升力。 鸟类在飞行途中利用上升气流进行飞行，可以减少自身的力量损耗，将上升的气流由位能转化为动能；鸟类借势能力是通过群体飞行可以减少阻力，减少体力消耗。如大雁人字型飞行就是最好的例子，既减少阻力，也接受前一只雁翅膀带来的上升气流。鸟的飞行最关键于它的翅膀，由于其形状大小结构等差异，就有了不同鸟类的飞行技能：长着半月形翅膀的鸟能快速起飞，但飞行空间较小的，不适合长距离飞行；长着长窄尖翅膀的鸟，可以高速飞行；翅膀长窄平的鸟儿，可以随着气流滑翔而休息，若羽毛间有较宽空间的话，还会增加速度和飞行力量，让其宽阔的飞行羽毛在空中更轻松地翱翔。 然而，人类从鸟的翅膀开始幻想，模仿起步，在不断用生命和鲜血付出代价之后，逐步取得仿生翅膀的技能和飞行技术提升，经历翅膀扑腾至滑翔，引领着人类的固定翼航空飞行。
二 人类仅适于陆地，并不适合做振翅飞天这种体力活，但人类的智慧却是无穷尽的。虽然，人们一直在按鸟翅膀扑腾着飞行模式在研究设计，也把鸟的翅膀当成船桨来研究分析，也至今未曾解开，但借助外力曲线飞天却取得了辉煌的成就，而中国古代劳动人民为人类实现飞行梦做出了杰出的贡献，最早记录的明朝人万户进行了人类第一次载人航天飞行的尝试，可惜功败垂成；《韩非子》的“墨子为木鸢，三年而成，蜚一日而败”；《山海经》中出现的“以取百禽，能作飞车，从风远行”等。 降落伞加滑翔机的有机组合尽然是由中国舜帝年轻时，手持两个斗笠从高处跃下，安然无恙而演变至今的。 直升机的飞行原理则来自于中国东晋时期在民间流行的“竹蜻蜓”，它有一对扭曲的“翅膀”能飞旋着上升，再缓缓落下。这是人类模仿蜻蜓翅膀，却又不是鸟类和昆虫翅膀的“旋翼”神奇。 法国的蒙哥尔费两兄弟借用中国的“孔明灯”原理，热气球在巴黎天空飞行，也使轻于空气的航空器盛行，满足了人类飞行的初级梦想。 莱特兄弟的“飞行者一号”不仅是人类思维对鸟翅膀认知的又一次革命，不把鸟翅膀当作桨，而是航行着的帆功能来研究的成果，也是人类实现飞上天空的第一架航空器。从此，如鸟翅膀的飞机机翼在科技上神奇地发明、运用和推广。
三 航空经历百余年的发展，这神奇“翅膀”——机翼，也发生着翻天覆地的变化与进步。 世界上第一架莱特兄弟飞机是一架简陋的双翼机，主要结构是木材和蒙布，靠弹射起飞。二十世纪初，在活塞发动机时代，采取机翼面积很大的双翼机是最适当的，为此，第一次世界大战时期所有的著名作战飞机都是双翼机。 随着飞机性能要求的不断提高，双翼机上下两翼间的支柱和张线等造成很大阻力，对提高速度变得非常不利，逐渐向单翼机过渡而被淘汰。1930年出现了带外撑杆的单翼机，1936年出现了张臂式单翼机，即没有外撑杆单翼机。而机翼的平面形状有矩形翼、梯形翼、后掠翼、三角翼、双三角翼、箭形翼、边条翼等多种多样的运用。 进入喷气飞机时代，助涡轮喷气发动机之力的气动外形升级改变，由平直梯形机翼改为后掠机翼，即机身在和机翼相连的区段缩小截面积，从而减小阻力，1947年出现了第一批后掠机翼的战斗机。为了突破“音障”，采用了后掠角更大的机翼减少阻力。 神奇的“翅膀”也如鸟飞行技能要求的不同而改变大小、形状和结构，适应日益提高的飞机安全、舒适、环保、短远程等要求。
四 机翼的形状大小和材料结构差异，也影响着飞机的飞行高度、速度、续航等能力。 飞机的飞行就是解决上升与前行的问题，从牛顿第三定律“作用与反作用力”和伯努利“液体连续性”定理来解读，由于气流的流速与压强成反比，而神奇的流线型“翼剖面”设计致使机翼上面流速大，压强小，而机翼下面的流速小，压强大，形成压力差，向上形成升力，也即机翼实现升力Y与重力G、拉力P与阻力Q之间复杂关系的平衡或不平衡，致使机翼产生空气动力，即升力和阻力，从而达到与机身重力和动力的平衡或抗衡。飞行员可以通过电器仪表操纵来改变机翼的形状，以支持飞机在空中的稳定飞行。 飞机的前行问题则有航空发动机来解决。 机翼的最大神奇在感觉上是不扇动“翅膀”却能让大于自身百千倍的机身起飞飞行，据知最大起飞重量达640吨的安-225米莉亚飞机是现今世界上最重的唯一一架，长度为84米，高度为19米。 “翅膀”的神奇还在于固定机翼上可活动设计和细节处理，用“四两拨千斤”效能超越鸟翅膀解决一系列问题： 机翼前后有可活动的增升装置和副翼、扰流板、减速板等，起到控制飞机的滚转姿态、机翼扭转变形；增加机翼面积和弯度、升力、阻力的作用；减小升力、速度的作用；增强滚转操纵达到减小、降低高度的目的；等等。 “翅膀”的细节还有意想不到的神奇，垂直安装在机翼上，并平行于机身方向的小薄板，可以用于阻滞气流沿机翼展向的运动，避免失速所引起飞机倾斜、飞机抬头的失控情况发生。 你在搭乘飞机的时候，请注意位于飞机机翼的末梢上有上翘的设计，专家称“翼尖小翼”，又称翼尖帆。它可以有效地减小诱导阻力，改善飞机燃油效率和增加巡航航程，已被大型运输机所广泛采用，这就是美国空气动力学家R.T.惠特科姆从鸟翅膀尖部的小翅得到的启发，就仅如此细小的设计就有多种类型：端板式、融合性、斜削式、双叉弯式、环形、霍纳式、网格式、上下式、双羽式、盒形式等。
五 虽然有机翼的飞机已经超越鸟的飞翔，但人类探索鸟翅膀的秘密还在不断进行之中。 虽然机翼的神奇还有许多没有述说或详尽细说，如机翼内空间的贮藏功能，架炮悬物等。但以上的神奇足够让你相信，随着科技的不断发展和提高，人类改善固定翼飞行品质的“翅膀”神奇功能会得以更多的挖掘发明、运用和推广。 相信你，你将会是其中的一位发明者。
作者：胡鑫川2018 |
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