遨翔寰宇 神采飛揚

任何飛行器皆必須産生大於本身重量的升力才能升空飛行，此為飛行器的基本飛行原理。飛行器可分爲輕於空氣的飛行器及重於空氣的飛行器兩大類，輕於空氣的飛行器如熱氣球、飛船等，其主要部份是一個大大的氣囊，氣囊內充滿比空氣密度小的氣體（如加熱的空氣、氫氣等），如同我們小時候玩過的氫氣球一樣，可以依靠空氣的靜浮力升上空中。遠在一千多年以前，先民們便發明了“孔明燈”這種借助加熱的空氣而升空的精巧器具，可算得上是輕於空氣的飛行器鼻祖。然而對於重於空氣的飛行器如飛機、直昇機、旋翼機等，這又是靠什麽力量飛上天空，娓娓道來之。

相信諸位兒時應有玩過風箏或是竹蜻蜓的經驗，這兩種小小的傳統民俗玩意兒構造十分簡單，但卻蘊含著深刻的飛行原理。重於空氣的航空器其機翼包括飛機及直昇機兩種，風箏的升空原理與滑翔機有些類似，都是靠相對氣流吹動而産生向上的升力，但與飛機有一定的差別；而直昇機、旋翼機與竹蜻蜓卻有著異曲同工之妙，都是靠主旋翼的旋轉而産生向上的升力。

至於飛機的機翼是如何産生升力，我們來做一個物理小實驗。手持著一張白紙的一端，由於重力的作用，白紙的另一端會自然下垂，現在我們將白紙拿到嘴前，沿著紙的水平方向吹氣，看看會有什麽樣的情況發生。我們可以看到，白紙下垂的另一端反而上揚飄動了起來，這是什麽原因？流體力學的基本原理告訴我們，流速慢的大氣壓力較大，而流速快的大氣壓力較小，白紙上面的空氣被吹動，流速較快，壓力比白紙下面不流動的空氣小，因此將白紙給抬了起來，這就是流體力學中著名的白努力效應，為瑞典數學暨物理學家白努力(Bernoulli, 1700-1782)於1730年發表的水動力學(Hydrodynamica)中的重要部份。

這一個基本原理也可在職棒運動中體驗得到，職棒比賽中投手所投的球路變化多端、犀利無比，其實也不脫流體力學的範疇。因為投手的球路變化如“變化球”係在投手投球的瞬間，利用手指的力量使棒球朝前進旋轉，由於棒球的飛行路線是彎曲的，因此稱為“變化球”。這股使棒球偏轉的神秘力量也來自於空氣的壓力差，由於棒球在投出後向前飛行的同時還繞著本身的軸線旋轉，因此在棒球的兩個側面相對於空氣的運動速度不同，所受到的空氣的壓力也不同，於是空氣的壓力差使投手所投出的球呈現曲線運動方式，使本壘板上的打擊者揮棒落空。

在百貨公司或在台北世貿中心(TWTC)的展覽場合中可以看到此一基本原理的運用，為吸引顧客注意力的“氣柱浮球”。由垂直的噴氣管中所吹出的氣流速度遠高於週圍靜止的空氣，因為壓力較低，當球體以水平方式偏離氣柱時，週圍的大氣壓力會將球體推回原位。

對於飛機，當它在空氣中以一定的速度飛行時，依據相對運動的原理，機翼相對於空氣的運動可以看作是機翼不運動，而空氣氣流以一定的運動速度流過機翼。空氣輕微的流動在日常生活中是看不見的，但低速氣流的流動卻與水流有很大的相似性。日常的生活經驗告訴我們，當水流以一個相對穩定的流量流過河床時，在河面寬廣的地方流速減慢，在河面狹窄的地方流速增快。流過機翼的氣流與河床中的水流情形類似，由於翼剖面的形狀是上下不對稱的，上表面比較凸，而下表面比較平，呈現類似眉毛的形狀，流過機翼上表面的氣流就類似於狹窄處的水流，流速較快，而流過機翼下表面的氣流正好相反，類似於寬廣處的水流，流速較上表面的氣流慢。根據流體力學的基本原理，流動慢的大氣壓力較大，而流動快的大氣壓力較小，因此機翼下表面的壓力就比上表面的壓力高。也就是說就是大氣施加於機翼下表面的壓力（方向向上）比施加於機翼上表面的壓力（方向向下）大，在二者的壓力差之下於是產生了升力。

若飛機的翼剖面爲對稱形狀，氣流沿著機翼對稱軸做運動時，由於機翼兩個表面的形狀一樣，因此氣流速度相同，所産生的壓力差也相同，此時機翼不産生升力。將對稱翼剖面以一定的傾斜角度（稱爲攻角）在空氣中運動時，就會出現與非對稱機翼類似的氣體流動現象，使得上下表面的壓力不一致，進而也會産生升力。