在本指南中，我将为你讲解空气动力学的基础知识，这些内容与我在地面学校学到的相同。 牛顿运动定律 基础理论、定律及定义 你可能听说过牛顿三大定律。如果你理解这三大定律，就能更容易明白飞机如何在空中保持飞行状态，以及不同的力如何影响飞机。我会尽量用简单的方式来解释！ 牛顿运动定律 牛顿第一定律（惯性定律） 任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。 解释：如果一个物体不受任何合外力的作用，它将无法改变自身的运动状态（加速度为零）。如果物体处于静止状态，它将保持静止。如果物体具有速度，它将以该速度沿直线继续运动。

牛顿第二定律：物体所受合力等于物体的质量与加速度的乘积，且加速度的方向与合力的方向相同。

解释 受到合外力作用的物体会在力的方向上产生加速度。 牛顿第二定律给出了合外力与加速度之间关系的数学表达式。该定律指出，合外力与加速度成正比。 在国际单位制中，比例系数等于物体的质量： F=ma（合外力=质量×加速度） 力（F）的单位是牛顿。 地球重力加速度约为9.81米/秒²。将其与物体质量（千克）相乘，即可得到物体的重量（单位为牛顿）。 描述牛顿第二定律时，也会涉及惯性。物体的质量越大，其惯性就越大。惯性越大，物体就越难改变其速度或运动方向。牛顿第三定律：当一个物体对另一个物体施加力时，另一个物体会对第一个物体施加大小相等、方向相反的力（作用力-反作用力）。

解释 如果将一个物体放在桌子上，物体对桌子施加一个力，而桌子也会对物体施加一个力。这两个力方向相反，大小相等。当你开枪时，你会体验到牛顿第三定律。当子弹加速时，你会感觉到肩膀上受到一个力。你不会被向后推飞的原因是你的质量比子弹大得多。如果你和子弹质量相同，你就会以与子弹向前运动相同的速度向后运动。 伯努利原理 伯努利 在解释伯努利定律之前，我们需要先解释这些定义： 静压 动压 总压 静压（p） 这就是大气压力。当你完全静止且周围空气不流动时，你测量的是静压。 在快速飞行的飞机周围测量这种压力存在挑战。解决方法是在飞机机身侧面（与气流成90度角）测量静压，此处气流完全平稳。测量静压的点被称为静压孔。

动压（q） 动压的计算公式如下：（ρ）为空气密度，（V）为空气的相对速度。 q = 1/2 ρ v² 从公式可以看出，动压随速度的平方而增加。这意味着如果速度加倍，动压（q）会变为原来的四倍。这种压力是空气运动或在空气中移动所产生的结果。当你感觉到风吹在脸上时，你所体验到的就是动压。这种压力还取决于空气的密度（空气分子的数量）。总压 总压是静压与动压之和：总压=动压+静压 当迎着气流直接测量压力时，我们得到的是动压，但同时也捕捉到了静压。这意味着我们读取的是总压。总压也可称为皮托管压力。用于测量总压的装置是皮托管。 伯努利原理/文丘里效应 丹尼尔·伯努利发现，流体中的静压会随着流速的增加而降低。在理想流体中，总能量保持恒定。这意味着如果动压发生变化，就会影响静压（反之亦然）。如果你拿一根中间直径比一端小的管子，并通过它吹气，中间的静压会降低，因为速度和压力相互影响。增加速度（动压）会导致静压降低，反之亦然。这种现象也被称为文丘里效应。

这一原理也被应用于化油器中以吸入燃油。 空气动力 空气动力指的是升力和阻力。 升力垂直于相对气流方向作用。它是一种与重力相反的力，能使物体（如飞机机翼）保持在空中。 阻力平行于相对风向（运动方向）作用。它是物体在流体（如空气）中运动时遇到的阻力，会减缓物体的运动速度。

空气动力是由机翼周围的压力分布产生的。多种因素会影响这些空气动力： 机翼上表面的面积 动压（气流中的能量） 机翼周围的相对压力分布 迎角 机翼剖面 观察机翼剖面时，有几个术语需要熟悉。其中许多术语随后会用于解释其他现象。

1. 翼弦线：连接翼型前缘与后缘的直线。翼弦：翼弦线的长度。 2. 中弧线：位于翼型上表面与下表面之间的中线。 3. 翼型最大弯度：翼弦线与中弧线之间距离最大的位置。 4. 翼型最大厚度：翼型最厚的位置。最大厚度的位置及实际厚度以翼弦长度的百分比表示。 5. 前缘半径：此假想圆越大，翼型前缘越圆。 几何迎角：相对气流与翼弦线之间的夹角。通常，这简称为攻角。在下图中，它是标记为“A”的绿色角度。 气动攻角： 相对气流与零升力线之间的夹角。零升力线表示机翼不产生任何升力时的角度。

二维气流 流线。 这些用于可视化空气如何绕物体流动。在风洞中，烟雾条被用于可视化空气的运动。

在图示中，线条用于直观展示空气如何围绕物体流动。这些线条除了在速度为零的位置外，不会相互交叉。当这些线条靠得更近时，表明静压降低，这意味着动压增加（根据伯努利定律）。流线之间的间距越小=速度越大。 驻点： 机翼前方气流分离的点。理论上，该点处的局部气流速度为零。如果空气和机翼之间没有摩擦，机翼后侧气流重新汇合的地方也会形成一个驻点，这被称为后驻点。

如果你测量机翼周围的气压，会发现前缘驻点处的气压最高。随着迎角的增大，该点会沿着机翼前缘向下并向后移动。

前缘驻点处的压力为绝对静压，等于气流的总压。这意味着该点的静压将高于大气压。 如果我们将一个球置于没有粘性或空气阻力的理想气流中，情况如下：流场用+和-号标记，表示相对于大气压的压力。在这个假设实验中，结果是力的总和相等，球不会移动。

如果我们考虑现实中存在的因素，例如黏性和空气阻力，情况就会大不相同。球的背面会形成湍流，这导致球后方的压力降低，在这种情况下，球会向左移动。

机翼周围的压力分布 下图显示了在无粘性、无空气阻力的气流中，迎角为0度的对称翼型。当气流从前缘驻点移动时，必须从机翼上方或下方流过。这会导致空气速度增加，从而使静压降低。

如果我们考虑实际因素： 空气粘度 空气阻力 压力分布如下所示：

压力中心 如果我们取机翼的一个小薄片，这被称为翼型。我们也可以说这是机翼的二维部分。如果我们将翼型周围的所有力集中到一个点上，这个点就称为压力中心。 解释：压力中心 翼型上所有力的合力所集中的点。

压力中心通常位于翼型前缘后方约25%弦长处。压力中心的位置并非固定不变，它会根据多种因素发生移动。现在我们来看其中两个因素： 迎角的变化 襟翼的使用 迎角的变化 当迎角增大时，压力中心会向前移动，直到机翼失速。此时，压力中心会向后移动。我们稍后将讨论失速问题。

襟翼的使用 当襟翼展开时，机翼后缘的弧度会增加，导致压力中心向后移动。我们稍后也会更详细地介绍襟翼。

如果我们观察作用在压力中心的力，它就是机翼上的总升力。这个力可以分为两个分量：阻力（与相对气流平行）和升力（与相对气流垂直）。 三维气流 升力中心 到目前为止，我们只研究了翼型，它只是整个机翼的一部分。如果我们现在考虑压力如何作用于整个机翼，就会发现升力中心。 升力中心 升力中心是整个机翼升力总和的作用点。 升力中心的移动方式与压力中心相同。我们只需记住，机翼通常不是对称的，襟翼也不会沿着整个机翼延伸。通常，升力中心位于翼展的中间位置。机翼上下表面的压力差 当空气在机翼上方加速流动时，静压会降低。这就导致机翼下表面和上表面之间产生压力差。该压力差试图在翼尖处达到平衡，从而形成从机翼下表面流向上表面的气流。

空气从机翼下表面向上表面的这种流动会影响整个机翼上方的气流。如果没有这种空气流动，空气会平行于机身运动，但实际情况并非如此。机翼下表面的空气几乎平行于机身流动，但略微向外；机翼上表面的空气几乎平行于机身流动，但略微向内。

升力方向

当机翼产生升力时，升力的方向与相对气流垂直。这意味着当迎角增大时，升力会略微向后指向。如果我们将升力分解为向量，就会发现升力有一个向后的分量。 空气流动 当我们距离机翼足够远时，气流不受影响。当我们靠近机翼时，就会进入边界层： 边界层 这是物体周围空气速度逐渐降至零的区域。 首先，我们需要解释什么是粘性。想象一下水和糖浆的流动方式。显然，糖浆比水更粘稠。液体的粘稠度越高，其粘性就越大。物体与空气之间产生摩擦力的原因是空气具有粘性。机翼边界层的初始部分为层流，即不存在湍流。不过，湍流的形成并不需要太多条件。

转捩点：当湍流形成时，层流边界层会转变为湍流边界层。发生这种转变的点被称为转捩点。

湍流边界层由表面扰动引发。改变边界层速度的压力增加也会触发湍流边界层。湍流边界层比层流边界层厚。层流边界层通常相当小，而湍流边界层覆盖的区域更大。实际上，湍流边界层具有优势，因为湍流空气包含更多能量，这使其更难从机翼分离。 我们之前已经了解过机翼上表面的静压如何变化。在最大曲率点，静压最低。当空气从该点向后移动时，静压再次增加。这被称为负压梯度。负压梯度会导致边界层转变为湍流。这意味着当存在负压梯度时，转捩点会向前移动。因此，转捩点会出现在最大曲率点或更靠前的位置。 分离点 湍流边界层开始向前移动的位置。 机翼后方的负压梯度会使湍流边界层减速。最终，湍流边界层中的空气会停止流动，其中一部分实际上会开始向前移动。发生这种情况的位置称为分离点。湍流边界层无法跟随机翼，导致显著的湍流和空气阻力，并且在此点之后停止产生升力。随着迎角的增加，分离点向前移动。

分离点后形成的部分紊乱气流会冲击机翼后方的飞机。这种气流会导致机身产生抖动或振动，若冲击到升降舵，操纵杆也会开始抖动，这种现象称为抖振。这可以明确表明飞机正在接近失速。 升降舵的位置会决定操纵杆感受到的抖振或振动程度。如果升降舵直接处于紊乱气流中，这种抖动会十分明显。如果

在特定情况下，这种紊乱气流会降低升降舵的效能。如图所示，不同机型的抖振对升降舵的影响差异很大。 升力 升力的产生原理 将机翼置于气流中会改变空气流动方向，从而产生升力。机翼上表面气压较低，下表面气压较高。观察机翼周围的气流，会发现空气在机翼前方向上流动，在机翼后方向下流动，这被称为上洗流和下洗流。空气的这种流动方式会产生向上的力，这可以用牛顿定律来解释：

牛顿运动定律 空气具有质量和粘性，这使得升力得以产生。牛顿第二定律指出：合力与加速度成正比。在使用国际单位制时，比例系数等于质量。当机翼使空气发生偏转时，必然存在一个导致这种偏转的力：F = m*a。 牛顿第三定律指出：当一个物体对另一个物体施加力时，第二个物体也会对第一个物体施加一个大小相等、方向相反的力（作用力与反作用力）。如果一个物体对另一个物体施加力，那么第二个物体将对第一个物体施加一个大小相等但方向相反的力。因此，当空气发生偏转时，会有一个方向相反的力作用于机翼。不仅展弦比会影响机翼特性，机翼的形状同样具有显著影响。本指南中不对此展开详述，若你感兴趣，可自行进一步了解。 襟翼的作用： 改变压力中心。当机翼弧度增加时，会对气流产生影响。机翼后方的空气会向下偏折更多。这同时也会增大上下表面的压力差。随着襟翼的增大，诱导阻力也会增加。 襟翼类型： 简单襟翼：此类襟翼仅增加翼型的弧度。会产生大量空气阻力。 分裂襟翼：此类襟翼同样会增加翼型的弧度。它产生的空气阻力比普通襟翼更大。 开缝襟翼：这种襟翼会增加机翼的曲率。开缝能够延迟分离点的形成。 富勒襟翼：这种襟翼会同时增加机翼的曲率和面积。它是效率最高的襟翼类型。 襟翼的类型远不止这里所描述的这些。这些襟翼类型也可以有各种组合，例如开缝富勒襟翼等等。 本指南到此结束！