鱗目界域-龍論壇

peter860321

野龍

来自 高雄, 台灣

Registered: 2014-03-23

Posts: 612

回应： 龍的飛行─用機翼升力公式討論FR中的龍"滑翔"的可能性

作為航空專業想要補充一些細節，但我不熟悉許多專有名詞的中文，請見諒。

@鏡中龍影 寫道: 機翼的升力有兩個主要來源——流體壓力差和攻角造成的壓力.伯努利原理——流體流速越快壓力越低；機翼上表面是弧形，下表面相對平滑，流體通過整體呈流線型的機翼時會同時到達機翼的後部，通過上表面的氣流路徑更遠，流速更高，因此壓力更小；通過下表面的路徑更短，流速更低，壓力更大，因此上下表面的氣流差速帶來了一部分升力。給迎角和攻角：這兩者的定義概念不一樣，但事實上通常是基本相同的角度——迎角是飛行速度方向與機翼絃線（機翼弧面的弦，可以理解爲機翼平面的角度）之間的夾角，而攻角是飛機的速度矢量與飛機指向的夾角。

伯努利原理作為飛機升力的解釋是個廣為流傳的誤解，事實上全世界很多的物理老師也這麼認為，導致大部分時候這個解釋還是常被拿來使用。幾十年前就已經透過實驗法證實上下表面的氣流不會同時到達機翼的後部，上部(低壓部)的氣流其實會比下部更早到達後端，可以參考NASA的解釋。如果這裡理論為真，一片平板就不可能產生升力了，空氣動力學裡也沒有升力來自流體壓力差和攻角這種說法。

至於迎角和攻角，我不確定他們在中文裡的標準定義，但如果照你說的，一個是飛行速度方向與機翼絃線之間的夾角，一個是飛機的速度矢量與飛機指向的夾角，那這兩個角度在大多數時候都是不同的，因為機翼和機身本身就有一定的傾角，以在飛機幾乎水平的狀態下產生升力。

然而隨着迎角的變大，機翼對於氣流的形狀逐漸不再流線型，氣流逐漸不再穩定的同步通過上下側，形成紊流（造成震動）並劈開氣流造成了氣流分離，伯努利原理因而逐漸失效，氣流壓力差帶來的升力逐漸縮小。

失速就是是指攻角大於機翼的臨界迎角（由翼形決定），流體壓力差帶來的升力所受到的損失超過了向下推開氣流帶來的升力，導致升力急劇下降。失速本身並非失去了運動速度，而是失去了通過機翼的氣流的相對速度帶來的升力。失速通常來自於攻角過大，而加大攻角的同時飛機的阻力也會急劇上升，速度快速下降（向下推開氣流的升力也因此劇烈損失），所以有時會被誤會爲失去了速度和控制，導致下墜。
舊式人工線纜控制舵面的飛機很容易在劇烈拉桿（現代飛控通常都有安全限制）的時候產生過大迎角至機翼單邊失速，造成升力不平衡而側滑，結合劇烈損失速度，致尾旋（失去速度和控制螺旋下墜），在這個情況發生前很明顯的徵兆就是紊流造成的劇烈抖動。

這部份對於失速與紊流的描述不正確，紊流是非常普遍的流體現象，一個正常飛行的機翼表面大概有40-60%都是紊流。在某些飛機的表面甚至會刻意安裝紊流產生器，但原因我就不多談了。

你所說的高迎角的問題來自氣流分離，失速時發生的抖動不是由於紊流，而是氣流分離的程度震盪所致。實際上，紊流比層流(laminar flow)能承受更高的迎角而不分離。失速是來自氣流分離導致升力大幅減弱沒錯，但"流體壓力差帶來的升力所受到的損失超過了向下推開氣流帶來的升力"這部分我不太理解，因為當失速發生時氣流也失去了向下推開氣流的能力，這和機翼表面的壓力差是一體兩面。失速發生時阻力不會急遽上升，飛機速度也不會突然下降，事實上失速的同時一邊加速是完全有可能的。

震顫通常有兩個來源（或者三個）
1失速現象發生前紊流導致的震顫。
2速度接近音速的時候，局部氣流超音速，造成激波，導致震顫
3如果飛機設計不合理，機翼的剛度不夠，在轉向等操作改變迎角的時候機翼受力產生反覆的彈性形變（在正常飛機上不可能）

所謂的震顫有很多原因，除了失速前的震顫，你說的來源2稱為buffet，並不是單純因為局部氣流超音速 (商用飛機在巡航時機翼上表面基本上都是部分超音速的) 而是再提升速度時機翼表面的shock本身開始震盪並導致機翼在低攻角時產生部分失速/氣流分離的現象。
來源3叫做flutter，是機翼彈性形變->攻角改變->受力改變->機翼再形變的循環，加上兩者的自然震盪頻率正好吻合時產生的破壞性現象。當然，如果機翼堅硬到完全不形變就不會有這問題，但實際上設計時的重點在於讓兩著的震盪頻率錯開，而不是單純的增加機翼剛性。flutter的發生也和轉向或迎角改變沒有特別關聯，如果設計不良，一臺飛機可以在平穩地到達一定速度時就產生flutter。

先科普到這邊就好，打字好累 
如果有和飛行器設計和空氣動力學相關的問題我可以盡量回答。

最后修改： peter860321 (2026-01-31 04:56:54)

---

有 2 位朋友喜欢这篇文章：羽落, 龍爪翻書

---

目前頭像by黑隱者

peter860321

野龍

来自 高雄, 台灣

Registered: 2014-03-23

Posts: 612

回应： 龍的飛行─用機翼升力公式討論FR中的龍"滑翔"的可能性

@鏡中龍影 寫道: 不過關於伯努利原理是誤會我存在一些疑惑。第一就是爲那什麼更長路徑的氣流速度會更快？第二就是超鏈接中的NASA解釋並沒有指出升力的來源，而只是把整個機翼作爲安定翼理解。我認爲紙飛機就應該只是安定翼，平板翼就是沒有升力，只是提供了重力方向上的阻力？我可以理解爲——因爲機翼自帶的迎角，所以機翼下側的氣流受到的阻礙更大，所以速度更低，而機翼上側的弧形的開端在迎角下最爲平滑，對氣流的減速影響最小，然後因爲機翼迎角和下側弧的垂直投影的阻擋，機翼上側的後方形成了一個低壓區，然後氣流從前方進入低壓區得到加速嗎？所以說如果機翼不帶迎角，下側沒有弧的話，下側的流速就不會超過上側？

升力的確切物理解釋相當複雜，我甚至不確定有沒有一個物理理論能完整解釋它。不同的物理定律能夠描述升力的一部份，卻總是遺漏一部份無法解釋。最簡單的解釋就是一塊有攻角的扁平物體，會把氣流向下導引，而要讓運動的流體改變方向，唯一個方式就是施加一個垂直力，而施加力就會產生反作用力。

流體相對於剛體一個有趣但複雜的地方就是，一個現象的原因和結果在時間上常常是同時存在的，導致很難指出到底誰是因誰是果。用伯努力原理來說好了，機翼上方的氣流壓力下降是"由於"流速增加沒錯，但為什麼氣流會加速? 唯一的解釋就是因為機翼前方的氣壓比機翼上方的氣壓大，這樣才符合牛頓定律，這樣到底是因為有壓力差才加速，還是因為加速才產生壓力差？我們只能說，當你對機翼附近的流場套用各種物理定律後，只有這樣的結果才能同時滿足全部。更詳細的解釋可以看看維基百科。

至於你對上下路徑長度的疑惑，我可以舉幾個反例給你：

1. A320使用這種翼形。你可以看到這跟你平常看到的上凸下平的翼形不同，但毫無疑問的它可以產生巨大的升力。

2. 估算一下一般機翼飛行時上下表面的壓力差有多少(飛機重量/翼面積，A320約6000 N/m^2)，然後使用伯努力原理計算上下的速度差要多大才能產生這麼大的壓力差，再和上下表面的長度比較，你會發現上表面的氣流通過機翼的時間遠小於下表面。

3. 如果壓力差來自速度差，而速度差還自上下表面的長度差，那為什麼攻角提高時升力跟著提高？要留意到所有的升力都由壓力差而來。

4. 一塊上下形狀相同的平板，只要有攻角就能產生升力。特技飛機和戰鬥機也能倒著飛行，表示機翼上下的路徑差並不是決定性因素，只要有升力，上表面的流速就會超過下表面。

---

我對升力的理論理解大概就到這裡了，雖然是航空專業，但我學習的內容更專注在升力的現象與應用的方式。你可以自己再深入研究，但如我所說的，升力並不存在一個能同時解釋所有方面的理論，這不表示升力是個科學之謎，而是流體力學這種東西，通常無法用單純的"因為A所以B"的物理邏輯解釋，而是"只有這種流場才同時遵守所有物理定律"。你畫的圖裡的現象，每個都可以同時是原因也是結果。

@鏡中龍影 寫道: 所以說如果機翼不帶迎角，下側沒有弧的話，下側的流速就不會超過上側？

我猜你想說的是上側沒有弧。如果上下形狀對稱，又沒有迎角，那整個流場就會是對稱的，自然不會有上下的任何差異。

最后修改： peter860321 (2026-02-03 05:04:26)

---

有 1 位朋友喜欢这篇文章：龍爪翻書

---

目前頭像by黑隱者