長(zhǎng)久以來(lái)，飛行一直是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單卻被廣泛研究的現(xiàn)象。然而，其中的許多現(xiàn)象常常被我們誤解。例如，在關(guān)于飛機(jī)是如何產(chǎn)生升力的物理學(xué)描述中，大多數(shù)都把機(jī)翼的截面形狀（翼型）作為飛機(jī)產(chǎn)生升力的關(guān)鍵因素。這些描述認(rèn)為，產(chǎn)生升力的原因是由于機(jī)翼的上方有凸起，使得相同的氣流在機(jī)翼上方比下方流動(dòng)得更快、更遠(yuǎn)。然而我們都知道，有些飛機(jī)可以倒飛，此時(shí)機(jī)翼的形狀倒置，如圖I-1 中的“雷鳥(niǎo)”（Thunderbirds）戰(zhàn)斗機(jī)所示（“雷鳥(niǎo)”戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼幾乎沒(méi)有任何厚度），飛機(jī)一樣可以飛得很好。這與升力主要是由翼型產(chǎn)生的這一說(shuō)法相沖突。為了反駁這一悖論，一些學(xué)者提出了倒飛的飛行狀態(tài)與正飛不同的理論。然而，事實(shí)上，翼型與升力的產(chǎn)生是沒(méi)有關(guān)系的，任何關(guān)于升力的產(chǎn)生是依靠翼型的解釋都是誤導(dǎo)人的。這一說(shuō)法將在第一章中詳細(xì)討論。這里要指出的是，翼型與機(jī)翼在巡航速度時(shí)的效率和失速特性有關(guān)。

下面，我們?cè)賮?lái)看看三個(gè)成功的機(jī)翼設(shè)計(jì)案例，這些例子明顯違背了翼型是產(chǎn)生升力的基礎(chǔ)這一描述。第一種設(shè)計(jì)歷史悠久，如圖I-2 所示，這是一款柯蒂斯（Curtis）1911 D-IV 型飛機(jī)。顯然，氣流流過(guò)該機(jī)翼頂部和底部的距離相同。然而，這架飛機(jī)飛行成功了，而且成為美軍在1911 年購(gòu)買(mǎi)的第二架飛機(jī)。

圖I-3 所示的是一架特技飛機(jī)上的對(duì)稱(chēng)翼。該機(jī)翼比較厚，而且機(jī)翼上部和下部的曲率很大，這使它擁有很好的失速特性并能緩慢飛行。而圖I-1中噴氣式飛機(jī)的機(jī)翼雖然也是對(duì)稱(chēng)翼，卻很薄，這樣的機(jī)翼使飛機(jī)可以快速飛行，但其代價(jià)是會(huì)使飛機(jī)突然進(jìn)入失速狀態(tài)。

能夠證明升力的產(chǎn)生不是依靠翼型的最后一個(gè)例子，是一種非�，F(xiàn)代化的翼型，就是圖I-4 所示的惠特科姆超臨界翼型（Whitcomb Supercritical Airfoil）[美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）/蘭利委員會(huì)（Langley SC）（2）-0714]。這種翼型的頂部基本是平坦的，而底部則是彎曲的。顯然，這與前述觀點(diǎn)中流行翼型的形狀相反，但這種翼型正是現(xiàn)代客機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

在關(guān)于升力產(chǎn)生原因的眾多解釋中，人們之所以強(qiáng)調(diào)翼型的重要性，是基于“流動(dòng)時(shí)間相等”這一原則。這個(gè)原則錯(cuò)誤地認(rèn)為，無(wú)論氣流流過(guò)機(jī)翼上方還是下方，都必須在相同的時(shí)間內(nèi)到達(dá)機(jī)翼后緣。由于氣流在機(jī)翼上方流動(dòng)的路程更遠(yuǎn)，所以其流速必須更快。根據(jù)伯努利原理，這樣就產(chǎn)生了升力。但現(xiàn)在，我們知道“流動(dòng)時(shí)間相等”這一原則是站不住腳的，“氣流流過(guò)距離更遠(yuǎn)，流動(dòng)速度更快”這一陳述也是沒(méi)有說(shuō)服力的。這只是“流動(dòng)時(shí)間相等”原則的一個(gè)變體。實(shí)際上，“流動(dòng)時(shí)間相等”原則只適用于沒(méi)有升力的機(jī)翼。圖I-5所示的是具有升力的機(jī)翼周?chē)鷼饬鬟\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬情況。顯然，機(jī)翼上方的氣流早于機(jī)翼下方的氣流到達(dá)后緣。事實(shí)上，升力越大，機(jī)翼上下方氣流到達(dá)機(jī)翼后緣的時(shí)間差越大。第二次世界大戰(zhàn)前后，這一通行的對(duì)于升力的解釋?zhuān)�才開(kāi)始在小學(xué)到專(zhuān)業(yè)飛行訓(xùn)練班進(jìn)行講授。在這個(gè)理論滲入這些飛行指導(dǎo)課之前，教授的關(guān)于升力的正確理論都認(rèn)為升力是一種反作用力。

使人們相信翼型決定了升力的產(chǎn)生的另一個(gè)錯(cuò)誤論據(jù)是，機(jī)翼是一個(gè)半文氏管的觀點(diǎn)。文氏管（見(jiàn)圖I-6）是通過(guò)限制氣流的流動(dòng)而工作的。隨著氣流的收縮，氣流流動(dòng)速度加快，就像是用拇指壓在花園澆水的橡膠軟管末端一樣。根據(jù)伯努利原理，速度加快導(dǎo)致壓力（垂直于氣流流動(dòng)方向的力）減小。這種巧妙的裝置產(chǎn)生低壓以將燃料吸入汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。關(guān)于機(jī)翼的爭(zhēng)論如下：如果將文氏管的上半部分去掉，剩下的部分可以看作是一個(gè)機(jī)翼，如圖I-6 所示。問(wèn)題是——任何學(xué)過(guò)物理的學(xué)生都知道——此圖中是不會(huì)產(chǎn)生升力的。如果氣流水平流入又水平流出，怎么可能會(huì)產(chǎn)生垂直方向的力呢？關(guān)于這點(diǎn)，我們將在第一章中討論。

我們寫(xiě)這本書(shū)，是為了推翻那些誤導(dǎo)人們的以及不正確的理論。本書(shū)從分析升力是一種反作用力出發(fā)，介紹了升力在物理學(xué)上正確的原理。雖然這個(gè)原理的基礎(chǔ)在半個(gè)多世紀(jì)之前已經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用，但是我們對(duì)其進(jìn)行了很大的擴(kuò)展和補(bǔ)充，用來(lái)解釋關(guān)于飛行的其他方面的現(xiàn)象。

本書(shū)主要對(duì)飛行現(xiàn)象和航空學(xué)原理進(jìn)行了清晰、直觀的描述，并且盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。本書(shū)內(nèi)容分為兩個(gè)層次，其中大多數(shù)內(nèi)容適用于一般讀者，他們只需要具備極少的與飛行相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)即可。在正文之外，書(shū)中有時(shí)會(huì)插入一些簡(jiǎn)短的話題，并做出評(píng)論，以對(duì)正文內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。這些補(bǔ)充性文字將會(huì)呈現(xiàn)在彩色背景上。跳過(guò)這些補(bǔ)充性文字，既不會(huì)影響正文的連續(xù)性，也不會(huì)影響對(duì)本書(shū)的理解，但是它們會(huì)使本書(shū)更富有趣味性。

第1 章“飛行原理”，是我們研究升力和飛行的切入點(diǎn)。我們相信，這一章給出了迄今為止最完整、最正確的關(guān)于升力的物理學(xué)描述。和之前已有的描述一樣，我們也用牛頓三大定律來(lái)解釋升力的物理學(xué)原理。但與其他人不同的是，從前述的理論邏輯出發(fā)，我們用的這種描述可以解釋幾乎所有關(guān)于飛行方面的問(wèn)題。這樣可以使讀者更直觀地了解關(guān)于飛行的知識(shí)，而不像以往那樣，通常只涉及數(shù)學(xué)方面的原理和解釋。例如，飛機(jī)減速時(shí)為何要增大機(jī)翼的迎角？飛機(jī)高速飛行時(shí)為何產(chǎn)生升力所需的功率會(huì)減少？為何對(duì)稱(chēng)的機(jī)翼可以應(yīng)用于飛機(jī)上且飛機(jī)可以倒飛？諸如此類(lèi)的問(wèn)題，讀者都可以通過(guò)閱讀本書(shū)找到答案。

在本書(shū)的第一版中，“基本概念”這一章對(duì)飛機(jī)的基本術(shù)語(yǔ)和概念做了介紹，為讀者和作者展開(kāi)對(duì)飛行和航空的討論，提供了一套共同的標(biāo)準(zhǔn)。然而，我們發(fā)現(xiàn)這章一次性介紹了太多的信息，作為一本普及性的書(shū)籍，放在開(kāi)頭顯得混亂且沒(méi)有必要。在本書(shū)中，我們將原來(lái)的這一章作為附錄A 放在書(shū)后。如果讀者是飛行領(lǐng)域的初學(xué)者，應(yīng)當(dāng)首先快速翻閱附錄A，以作為閱讀本書(shū)的參考。

本書(shū)還增加了兩章內(nèi)容，其中一章是“直升機(jī)和自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)”。在此之前，我們沒(méi)有在任何一本書(shū)中找到關(guān)于直升機(jī)與自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的具有可讀性的、完整的討論。寫(xiě)過(guò)這一話題的書(shū)籍，要么太過(guò)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)理論，要么太過(guò)詳細(xì)煩瑣或者不夠完整。比如直升機(jī)的功率曲線等話題，就從未有書(shū)用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)解釋過(guò)。

增加的另外一章是對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)短討論。這章主要是向讀者簡(jiǎn)要介紹飛機(jī)的構(gòu)造。

總之，本書(shū)是一部用物理學(xué)術(shù)語(yǔ)直白地介紹飛行原理的完整教程，簡(jiǎn)單易懂，適合所有初學(xué)者閱讀。