【簡介：】飛機有很多種類，不過一般主要用到兩個原理:1、伯努利原理。即物體表面的流體壓強和流速相關，一定范圍內流速越快壓強越小，所以一般機翼、旋翼和螺旋槳的上和前表面弧度較大，讓空

飛機有很多種類，不過一般主要用到兩個原理:1、伯努利原理。即物體表面的流體壓強和流速相關，一定范圍內流速越快壓強越小，所以一般機翼、旋翼和螺旋槳的上和前表面弧度較大，讓空氣的流過路徑更長以獲得升力和推力；2、作用力和反作用力原理，作用力=反作用力。所以飛機對空氣或噴氣施加一定的力獲得反作用力，即升力和推力。

飛機的飛行原理：

1、機翼的側剖面是一個上緣向上拱起，下緣基本平直的形狀。所以氣流吹過機翼上下表面而且要同時從機翼前端到達后端，從上緣經過的氣流速度就要比下緣的快。根據伯努利方程：同樣是流過某個表面的流體，速度快的對這個表面產生的壓強要小。因此就得出機翼上表面大氣壓強比下表面的要小的結論，這樣子就產生了升力，升力達到一定程度飛機就可以離地而起。

2、噴氣式飛機向后方噴出氣體，給氣體向后的推力，同時氣體給飛機向前的推力，提供飛機飛行的動力。

飛機設計中用到哪些仿生學原理？

1樓生物學家通過對蛛絲的研究制造出高級絲線，抗撕斷裂降落傘與臨時吊橋用的高強度纜索。船和潛艇來自人們對魚類和海豚的模仿。 響尾蛇導彈等就是科學家模仿蛇的“熱眼”功能和其舌上排列著一種似照相機裝置的天然紅外線感知能力的原理，研制開發(fā)出來的現代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨魚反沖原理。 科研人員通過研究變色龍的變色本領，為部隊研制出了不少軍事偽裝裝備。 科學家研究青蛙的眼睛，發(fā)明了電子蛙眼。 白蟻不僅使用膠粘劑建筑它們的土堆，還可以通過頭部的小管向敵人噴射膠粘劑。于是人們按照同樣的原理制造了工作的武器―一塊干膠炮彈。 美國空軍通過毒蛇的“熱眼”功能，研究開發(fā)出了微型熱傳感器。 我國紡織科技人員利用仿生學原理，借鑒陸地動物的皮毛結構，設計出一種KEG保溫面料，并具有防風和導濕的功能。 根據響尾蛇的頰窩能感覺到0.001℃的溫度變化的原理，人類發(fā)明了跟蹤追擊的響尾蛇導彈。人類還利用蛙跳的原理設計了蛤蟆夯。人類模仿警犬的高靈敏嗅覺制成了用于偵緝的“電子警犬”?？茖W家根據野豬的鼻子測毒的奇特本領制成了世界上第一批防毒面具。 1、球型宮殿：非洲文鳥用喙和腳巧妙編織而成的圓巢，它從一個圓支架做起，形成一個圓球最后再將其懸掛在樹枝上。 2、穩(wěn)定的輕質結構：田蜂筑造的紙盒型巢十分精致，它雖然是一種輕質結構，但有令人難以置信的穩(wěn)定性。 3、完美的膠合：織網蟻的巢是用樹葉粘合而成。它們的幼蟲能夠吐出粘合劑，是理想的膠水瓶。 4、樹上圓塔住宅：樓群居雀的居所看起來就像架在樹上的一個搖搖欲墜的柴草堆，但其結構十分牢固，能夠維持幾十年，經常是到樹不堪重負被壓斷為止。 5、樹杈上的灶灶：鳥的巢是用粘土砌成的，一般選在較為安穩(wěn)的樹杈上。一個巢大約需要2500粒粘土，都是灶鳥用喙銜來的。 6、平臺建筑群：熱帶無刺蜂用蜂蠟建筑蜂巢，層層疊疊結合在一起，通常有40層，外表看起來就像是電影《星球大戰(zhàn)》中的航天飛船，能夠安置10萬戶居民。 7、帶空調的古堡：白蟻能夠通過一種匪夷所思的管道系統(tǒng)改善巢內的溫度狀況，白天制冷，夜里供暖。 水母幾乎全部由水構成，它身體中的水分實際上占到了百分之九十八，組成它身體的分子之間，有著大量的液體，經過提煉就能從中獲得日常用的聚合膠

天鵝絨、鯊魚皮與飛機在空氣動力學設計上的創(chuàng)新有何相干？在航空學領域，越來越多的新想法都來源于自然界中各種各樣的結構、器官和材料。在未來，這些在大自然中經過無數次嘗試與檢驗洗禮的設計仍將成為激發(fā)我們創(chuàng)意的巨大源泉。

天鵝絨、鯊魚皮與飛機在空氣動力學設計上的創(chuàng)新有何相干？有一個專門的學科可以給你答案。此學科致力于從大自然中汲取靈感并效法自然。它就是“仿生學”。其設計靈感皆源于自然。仿生學家通過研究和模仿自然界中最優(yōu)秀的創(chuàng)意來解決人類遇到的種種問題。在航空學領域，越來越多的新想法都來源于自然界中各種各樣的結構、器官和材料。在未來，這些在大自然中經過無數次嘗試與檢驗洗禮的設計仍將成為激發(fā)我們創(chuàng)意的巨大源泉。

【荷花效應】

在現在的進化階段，荷葉表面的角質可以使其表面的雨水滾落并帶走污濁以保持自身的清潔與干燥。這就是“荷花效應(the Lotus Effect)”。荷葉的這種特性激發(fā)了人們在機艙設備涂層設計上的靈感。這種涂層可以使水分以滾珠的形式流走并同時去除污物。這樣就提高了飛機的清潔度，同時還能省水，減重，降耗并減少碳排放。此靈感已經在空客飛機上的衛(wèi)生間得到了應用。在未來，座位和地毯的材料也很可能被這樣設計。

【可移動的機翼表面】

海鳥可以通過喙部察覺出空氣中的陣風荷載量(Gust Load)，并通過調節(jié)翅膀的形狀抑制升力。新型的空客A350 XWB在機頭的探測器就可以檢測風力并利用其可移動的機翼表面提高飛行效率。此設計可以進一步節(jié)能減排。

【來自老鷹的翼尖帆設計靈感】

對于像草原雕這樣的大型鳥類，如果其翅膀過長，轉向時的半徑就會過大，從而使其在飛翔時無法利用熱空氣柱上升。實際上，鷹的翅膀完美地結合了最大的升力和最小的翅膀長度。它們會將翅尖羽毛向上卷曲，從而形成近乎90°的夾角。這能減小空氣中的漩渦，提高飛行效率。若按傳統(tǒng)方法設計，A380的翼幅將比國標機場可容納的距離大出3米。不過，多虧了“翼尖帆(Winglet)[1]”――這種小巧的設計模仿了鷹類向上卷曲的羽毛，A380的翼幅比國標機場限值還少20厘米，卻可以為世界上最大的客機提供足夠的升力和飛行效率（節(jié)能、減排并減少機場擁堵現象）。

【貓頭鷹的靜音飛翔】

經歷了2000萬年的進化，如今，貓頭鷹已擁有鋸齒狀的翅羽以及絨毛狀的腿部羽毛。這可以幫助它們最大限度地減少氣動噪聲。盡管相比于40年前的飛機，現代飛機的噪聲已經降低了75%，空客工程師仍希望通過進一步的研究，揭示貓頭鷹靜音飛翔的奧秘。新的創(chuàng)意包括：模仿貓頭鷹羽毛后緣的可伸縮式刷子邊緣及天鵝絨般的起落架涂層。

【仿生學應用】

自然界的許多生物，如：蜜蜂、蝴蝶，都擁有應對多種環(huán)境的輕型、適應性強的骨架。因此，空客希望將“仿生學結構”應用到未來的飛機結構設計中。如果氣動表面可以變得更輕并更能適應各種環(huán)境，那么，飛機即可減重、減排。空客工程師還在探索新的制造工藝并希望將這種“仿生學骨架”應用到未來飛機結構中，使其更輕、更具機動性。

【“溝狀”鯊魚皮】

鯊魚皮表面充滿了微小的溝槽結構?？茖W家發(fā)現這種結構可以減少鯊魚在水中的阻力，并有利于其在捕食時保持體力。在過去30年中，航空工程師一直對“鯊魚皮”（Groovy Skin or Riblet, 術語稱“溝槽結構”）進行研究和實驗。這項研究最終將被應用到空客飛機的制造中。正如“鯊魚皮”結構能使運動中的鯊魚減少能量消耗，這些微小的溝槽也將幫助噴氣式飛機降耗。

【蝴蝶的翅膀】

蝴蝶和一些昆蟲可謂是地球上最精美的生物了。但其華麗的外表也掩飾了其復雜精細的翅膀結構。這些翅膀可是它們高效飛行的利器。它們柔軟的外膜和血管（微毛細血管）時緊時松，使其能在任何飛行階段都收放自如。同樣，空客工程師已研發(fā)出可以在飛行中自動翻轉的機翼。但如果可以控制其轉動，那么飛行效率將得到提高，能耗也會降低。目前，工程師們正在研究是否能夠效仿蝴蝶的微毛細血管翅膀結構，在機翼設計中采用小型可移動表面及靈活的內部組件，從而提高飛行效率。

【列陣飛行】

在自然界中，大型鳥類有時會集體飛行以節(jié)省能量并增加飛行距離。列陣飛行時（就像遷徙時的鵝或鴨那樣），領頭鳥的翅膀會產生漩渦狀氣流，其后的鳥就會因此得到額外的升力，也就是說會省力。機翼也可以有同樣的效果，我們稱之為“尾渦”(Trailing Vortex)。軍用飛機經常利用列陣飛行減少能耗（燃油量）。目前，客運噴氣式飛機出于安全考慮，還沒有使用這種方法。不過，空客正與其合作伙伴研究在長途飛行中節(jié)能減排的方法。

感謝Wildscreen ARKive[2]項目團隊的仿生學蝴蝶標志。

譯注：

[1]翼尖小翼（winglet或wingtip），又稱作翼梢小翼、翼尖帆或翼端帆，通常用于提高固定翼航空器機翼的效率，也可用來改善航空器的操縱特性。

[2]Wildscreen是一個致力于通過極具視覺沖擊力的生物圖片鼓勵人們關注自然和生物多樣性的慈善組織。ARKive是其最核心的項目之一。此項目旨在組建野生物種圖片的電子圖書館，尤其針對瀕危物種，為后代保留珍貴影像。ARKive匯集了全球頂尖野生動植物攝影家和7500多家網絡資料提供方。其資料向公眾免費開放。

（編譯：princeegypt；via airbus）