引言：
- 远远看着大型客机徐徐起飞、缓缓着陆，朋友们都会有这样的感受：如此庞大的钢铁巨兽，是如何做到拔地而起、持续飞升的呢？
- 无论是否从事航空相关行业，大家多少都会有这样的疑问。这里就涉及到航空器的飞行原理，今天笔者就和大家一起系统的学习回顾下。
正文：
一、首先，我们回归课堂
这节课，我们学习两个定理——“伯努利定理”和“牛顿第三定律”。
1. 伯努利原理：
- “伯努利原理”是瑞士流体物理学家丹尼尔·伯努利在1726年提出的，它是流体力学中的一条基本原理 ，实质是理想流体的机械能守恒。
- 在理想条件下，同一流管的任何一个截面处，单位体积流体的动能、势能和压力势能之和是一个常量 。
- 其最为著名的推论为：等高流动时，流速越大，压强越小。流体力学中经常说的压力，其实指的是单位面积上的压力，也就是普通物理学里说的压强。
- 通过公式的形式表述出来的话，就是如下：
或者
注释：p为流体中某点的压强，v为流体在该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C为一个常量。
2. 牛顿第三定律：
- 牛顿第三运动定律该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。
- 它的常见表述是：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
- 作用力和反作用力是相互的，互相依赖相为依存，均以对方存在为自己存在的前提，没有反作用力的作用力是不存在的。
- 公式表述为：F+F'=0
注释：F为作用力，F'为反作用力。
二、其次，理论在实践中的体现
伯努利方程和牛顿第三定律在航空器上的应用。
1. 升力的产生：
- 飞机的机翼被设计成特定的形状，这样可以使得通过机翼下表面的空气流速低于上表面的空气流速。这样的设计会产生机翼上下方压强的差异，即下方压强大于上方压强，由此产生一个向上的升力。
- 应用于固定翼飞机，就是飞机机翼产生向上的拉力；应用于旋翼机或者直升机，叶片的气动构型与机翼类似，也同样产生向上的拉力。
- 升力的作用是克服飞机的重力，使其能够在空中保持飞行状态。
- 如下图的表述，当F2>F1时，升力产生，当升力大于自身重力，则飞机离地。
2. 升力产生的动力源：
- 想让具有气动构型的机翼或者旋翼产生拉力，首先要有空气流动，这时候就要提到动力源。毫无疑问，动力源就是航空器的核心——发动机。
笔者之前曾经发布过关于航空发动机种类介绍的推文，感兴趣的朋友可以回顾：
细数“航空发动机”的种类及应用
航空发动机“喘振”概论
- 固定翼飞机的发动机，通常是涡轮喷气式、涡轮螺旋桨式、涡轮风扇式、活塞螺旋桨式发动机等。无论何种发动机，它的作用都是产生向前的推力（拉力），流过机翼的气流上下形成压差，产生升力，当飞机速度到达一定的速度时，升力大于机体自身重量，飞机离地起飞。
- 直升机或者旋翼机的发动机，通常使用活塞轴式、涡轮轴式发动机，这种发动机出口燃气所含的可用能量几乎全部供给动力涡轮。涡轮轴发动机的动力涡轮直接以高转速输出，通过主减速器将转速降低，并改变轴的方向传给旋翼和尾桨。
旋翼叶片的气动构型与机翼类似，高速旋转带动气流流过叶片表面，产生上下压差，随即产生升力。多片桨叶的升力叠加，在旋翼的桨盘产生合力矢量，当此矢量大于自身重力时，直升机（旋翼机）原地飞升。
三、航空器空中操纵
我们分两种典型航空器分别论述，一种是固定翼飞机，一种是直升机，今天我们只针对固定翼飞机的空中机动控制。
1. 飞行控制系统：
- 我们看一下如下两张图，一个是舵机控制模块图，一个是舵机控制回路方块图。（非典型控制图）
- 简单地说，就是由人工或者计算机输出动作指令，通过伺服作动器作动舵面操纵，飞机传感器信号反馈，重新计算后再进行舵机修正，最终形成自动控制回路，完成操作指令。
2.飞机舵面操纵
了解了飞行控制系统基本操作原理，我们可以了解飞机在空中是如何进行俯仰、转弯、横滚的操纵的。
- 飞机的转弯动作：
飞机在空中飞行，没有外力依靠，所以需要多重操作完成转弯动作。飞机转弯通常通过操纵机构控制三个气动操纵面（升降舵、方向舵和副翼）的偏转来实现。
举例：
飞行员踩右侧脚蹬时，传动机构可使方向舵向右偏转。这时正面吹来的气流使方向舵产生一个向左的附加力，这个力与重心共同作用产生使飞机向右侧偏航的力矩，飞机机体方向向右偏转。
反之亦然。
仅操纵方向舵只能使之侧向滑行，并不能完成飞机转弯动作，还必须同时操纵副翼。转弯时，飞机必须倾斜，也就是左右主翼一高一低。如果飞行员向右压驾驶杆，左边副翼向下偏，右边副翼向上偏。
左副翼下偏使迎角变大，左翼升力增大；右副翼上偏使迎角变小，右翼升力降低。左右机翼产生的升力差相对于飞机纵轴产生一个横滚力矩，进而使飞机向右方倾斜，飞机实现右转弯。
反之亦然。
- 飞机的俯仰动作：
一般我们常见的飞机,尾部有一对小的水平方向的翼面,叫作水平尾翼(简称平尾)。在水平尾翼的后缘,有一个可上下活动的舵面,叫作升降舵。它的作用就是控制飞机俯仰（低头或抬头）。
举例：
在飞行时,飞行员向后拉驾驶杆,升降舵会向上偏转,使气流对水平尾翼产生向下的力,将飞机尾部下压,于是飞机就会抬头向上飞行。
同理,飞行员向前推驾驶杆,升降舵会向下偏转,气流对水平尾翼产生向上的力,使机头下沉,飞机就会低头向下俯冲飞行。
四、辅助操纵舵面
空中飞机高速巡航，小速度降落如何实现？
- 大家都知道，升力的大小由机翼的面积、倾斜角度、空气密度以及飞行的速度来决定。
- 当飞机降落过程中，在倾斜角度（攻角） 、空气密度一定的情况下，如果想同时保持升力小速度降落，势必要增大机翼面积。
- 这时候，前缘缝翼、襟翼和扰流板等辅助操纵舵面闪亮登场。
注释：“辅助操纵舵面”是笔者自行叫法，非专业名词。
- 前缘缝翼
一般在飞机迎角较大时打开，它能引导机翼下表面的高压气流流向机翼上表面，减缓机翼上表面附面层的分离，从而增加了飞机的升力系数和临界迎角。
- 后缘襟翼
打开时既向下偏转增大机翼弯度，又向后滑动开缝，增大机翼面积，同样也可以在飞机速度较小、迎角较大时增大飞机的升力。
- 扰流板
扰流板也叫减速板，顾名思义就是帮助飞机减速用的。
在飞机落地时，飞行员除了打开发动机反推，也会打开扰流板，帮助飞机减速。如果你仔细观察还可以看到飞机机翼上有一些板翘起来了，这个就是扰流板。
扰流板又分为飞行、地面扰流板两种，地面扰流板只能够在地面使用，但是飞行扰流板既可以在地面使用，也能够在空中使用。
从襟、缝翼、扰流板的作用可以看出，在飞机的起降阶段，襟、缝翼使用最多、作用最明显。特别是缝翼的作用，对飞机飞行性能的影响尤为关键，能够明显提升飞机的最大升力系数和临界迎角。
