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氣。相反的，當一定容積上空氣的壓力降低時，空氣會膨脹且占據更大的空間。那是因為較
低壓力下的最初空氣體積容納了更少質量的空氣。換句話說，就是空氣密度降低了。事實上，
密度直接的和壓力成比例。如果壓力增倍，密度也就增倍，如果壓力降低，密度也就相應的
降低。這個說法只在恒定溫度條件下成立。
溫度對密度的影響
增加一種物質的溫度的效果就是降低其密度。相反的，降低溫度就有增加密度的效果。這樣，
空氣密度就和絕對溫度成反比例變化。這個說法只在恒定壓力的條件下成立。
在大氣中，溫度和壓力都隨高度而下降，對密度的影響是矛盾的。然而，隨著高度的增加壓
力非�？斓南陆凳钦贾饕绊懙摹Ｒ虼耍梢灶A期密度是隨高度下降的。
濕度對密度的影響
前面段落的敘述都假設空氣是完全干燥的。實際上，空氣從不是完全干燥的�？諝庵械纳倭�
水蒸氣在特定情況下幾乎可以忽略，但是在其它條件下濕度可能成為影響飛機性能的重要因
素。水蒸氣比空氣輕，因此，濕空氣比干空氣要輕。在給定的一組條件下，空氣包含最多的
水蒸氣則其密度就最小。溫度越高，空氣中能包含的水蒸氣就越多。當對比兩個獨立的空氣
團時，第一個溫暖潮濕（兩個因素使空氣趨于變輕）的和第二個寒冷干燥(兩個因素使得空
氣變重)的氣團，第一個的密度必定比第二個低。壓力，溫度和濕度對飛機性能有重要的影
響，就是因為它們直接影響空氣密度。
運動和力的牛頓定律
在17 世紀，哲學家和數學家 牛頓提出了三個基本的運動定律。它在這樣做的時候腦子里
確定無疑的沒有飛機這個概念，但是幾乎所有已知的運動都可以回到這三個定律。這些定律
以牛頓的名字命名如下：
牛頓第一定律：一個靜止的物體有維持其靜止狀態的特性，運動中的物體有維持其原有速度
和方向的特性。
飛行員航空知識手冊
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簡而言之，本質上，一個物體一直保持其運動狀態知道有外界力量改變它。停機坪上的靜止
飛機會一直保持靜止除非施加一個足夠強的克服其慣性的力。然而，一旦其開始運動，它的
慣性會讓它保持運動，克服施加于飛機上的各種其它力量。這些力量或推動其運動，或減慢
其速度，或改變它的方向。
牛頓第二定律：當一個物體收到一個恒定力的作用時，其加速度和物體的質量成反比，和物
體的所施加的力成正比。
這里所涉及的就是克服牛頓第一定律的慣性的因素。其包含方向和速度的改變，有兩層含義：
從靜止到運動（正加速度）和從運動到停止（負加速度或者減速）。
牛頓第三定律：無論何時一個物體對另一個物體施加力量，那么另一個物體也對這個物體施
加力量，這個力的大小是相等的，而方向是相反的。
開火時槍的反作用力是牛頓第三定律的形象化例子。游泳冠軍在折回時對游泳池壁施加反作
用力，或者嬰兒學步－都會失敗，但是現象都表現了這個定律。飛機上，螺旋槳轉動向后推
動空氣，所以，空氣向相反的方向推螺旋槳－飛機前進。在噴氣式飛機上，發動機向后推動
熱空氣氣流，作用于發動機的反向等大小的作用力推動發動機，使得飛機前進。所有交通工
具的運動都形象的演示了牛頓第三運動定律。
馬格努斯效應
通過觀察氣流中旋轉的圓柱可以很好的解釋升力的原因�？拷鼒A柱的局部速率由氣流速度和
圓柱的旋轉速率共同決定，距離圓柱越遠其速率越低。對于圓柱，頂部表面的旋轉方向和氣
流方向一致，頂部的局部速率高，底部的速率低。
如圖2－2 所示，在A 點，氣流線在分支點分開，這里有個停滯點；一些空氣向上，一些空
氣向下。另一個停滯點在B 點，兩個氣流匯合，局部速度相同�，F在圓柱面前部有了升流，
后面有降流。
飛行員航空知識手冊
第28 頁
表面局部速度的差別說明壓力的不同，頂部壓力比底部低。低壓區產生向上的力稱為“馬格
努斯效應”。這種機械降低的循環演示了旋轉和升力之間的關系。
正迎角的機翼產生的氣流使得機翼尾部的停滯點稱為尾部邊緣的尾巴，而前面的停滯點前到
機翼邊緣的下方。
壓力的伯努利原理
牛頓發表其定律的半個世紀之后，一個瑞士數學家伯努利先生解釋了運動流體(液體或者氣
體)的壓力是如何隨其運動速度而變化的。特別的，它說道運動或者流動的速度增加會導致
流體壓力的降低。這就是空氣通過飛機機翼上曲面所發生的。
可以使用普通管子里的水流來作個模擬。在恒定直徑的管子中流動的水對管壁施加一致的壓
力；但是如果管子的一段直徑增加或者降低，在那點水的壓力是肯定要變化的。假設管子收
縮，那么就會壓縮這個區域里的水流。假設在一樣的時間流過收縮部分管子的水量和管子收
縮前是一樣的，那么這個點的水流速度必定增加。
因此，如果管子的一部分收縮，它不僅增加流速，還降低了所在點的壓力。流線型的固體(機
翼)在管子中同一點也會得到類似的結果。這個一樣的原理是空速測試和機翼產生升力能力
分析的基礎。
伯努利定理的實踐應用是文氏管。文氏管的入口比喉部直徑大，出口部分的直徑也和入口一
樣大。在喉部，氣流速度增加，壓力降低；在出口處氣流速度降低，壓力增加。如圖2－4
飛行員航空知識手冊
第29 頁
機翼設計
在討論牛頓和伯努利的發現的章節里，我們已經一般性的討論了飛機比空氣重而機翼為什么
能夠維持飛行的問題�；蛟S這個解釋能夠最好的簡化為一個最基本的概念，升力就是機翼上
空氣流動的結果，或者用日常語言來說，就是因為機翼在空氣中的運動。
由于機翼利用其在空氣中的運動產生力量，下面降會討論和解釋機翼結構以及前面討論的牛
頓和伯努利定律的材料。
機翼是一種利用其表面上運動的空氣來獲得反作用力的結構。當空氣收到不同的壓力和速度
時，其運動方式多種多樣。但是這里討論的是限于飛行中飛行員最關心的那些部分，也就是
說機翼是用來產生升力的。看一下典型的機翼剖面圖，如機翼的橫截面，就可以看到幾個明
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飛行員航空知識手冊(18)
