为什么不同类型的飞机机翼形状会有所不同?
为什么不同类型的飞机机翼形状会有所不同?
钟欣桦
2024年3月
机翼如何产生升力?

图一 飞机机翼周围的空气流动。
机翼的升力受到多种因素影响,当中包括机翼形状。
由能量守恒的观点切入,特别设计的机翼形状使经过机翼顶部的气流较经过机翼底部的气流为快。根据白努利原理,机翼顶部气压低于机翼底部,由此产生的压力差便产生升力。(见「为何打风爆窗碎片散在室外?」)
我们也可由动量守恒的角度出发。机翼形状引发空气转向效果,因而产生施加在空气的向下作用力[1]。根据牛顿第三定律,向上的反作用力会施加在机翼上,而这就是升力。
由能量守恒的观点切入,特别设计的机翼形状使经过机翼顶部的气流较经过机翼底部的气流为快。根据白努利原理,机翼顶部气压低于机翼底部,由此产生的压力差便产生升力。(见「为何打风爆窗碎片散在室外?」)
我们也可由动量守恒的角度出发。机翼形状引发空气转向效果,因而产生施加在空气的向下作用力[1]。根据牛顿第三定律,向上的反作用力会施加在机翼上,而这就是升力。
锥形翼与矩形翼
当飞机产生升力以飞行时,尤其是在机翼末端周围,会形成小型涡旋。(见「飞机的尾巴」)这些涡旋其实是偷取飞机动力的小偷。因此,具有逐渐变窄锥形翼尖的设计(图二)可减少机翼的表面积,从而减少形成旋涡。总体而言,锥形翼可减少旋涡,减低阻力,使飞行更高效。可是锥形翼的生产成本较高,这就是训练飞机仍然采用传统矩形翼的原因之一。(图三)
后掠翼
气流经过机翼的特别设计时可以比飞机本身的速度更快。因此,在飞机达到音速之前,气流因突破音速而产生冲击波,冲击波的巨大阻力会使飞机减速。

图四 后掠翼的俯视图。
后掠翼把机翼上的部分气流转向来延迟冲击波的形成。从图四中可以看到,气流(箭头A)撞击机翼时会分为两部分。其中一部分横越机翼(箭头B),部分则沿著机翼向侧面流动(箭头C)。这种分离有效地减低了横越机翼的气流速度来延迟冲击波的出现。此外,后掠翼亦有助于保持飞机直线飞行。
有机会再跟大家谈谈机翼设计的其他考量。

