原创作者：王火山

首发时间：2023.04.16

首发平台：中国*今条头日**

图1

前言

听闻人类一百多年也没有搞清楚固定翼飞机是如何飞起来的！

造物者怒了！

今特派我来向人类解释固定翼飞机飞行基础原理。

本文共20000余字，原创配图41幅，共破解飞行原理三大未解难题！共指出大学航空教科书错误三处！

此文一出，各大航校可着手准备修改航空教材部分内容。

前段时间，有一位自称在北美做机翼尾流研究的网友，说了一句让我震惊的话，我万万没想到一个飞机相关的研究人员竟然会连一个最基本的事实都没搞清楚却在做着飞机相关的研究。他究竟说了什么呢？

他说他坚定地认为民航客机在巡航平飞时飞机发动机只提供“水平方向的推力”。

他一说完我就怔住了，因为民航客机在万米高空以500节左右的空速正常巡航平飞时，若发动机只提供水平方向的推力的话，飞机是会掉下来的。飞机巡航平飞时飞机的仰角一定是为正的，也就是说发动机推力是向斜上方的，角度有大有小而已。这一点有现役民航机长可以做证。

惊讶之后我陷入沉思，究竟是什么造成了这种荒唐情况呢？

首先，一部分人对飞机平飞有些误解，平飞指的是飞机质心的运动轨迹与水平线平行，而不是指飞机机身轴线与水平线平行。只不过有时候3-4度的小仰角不明显，肉眼看起来机身轴线和水平线平行而已。

图2

另外我回想起了中学物理教材里，斩钉截铁地把一个错误的解释生生灌输给了所有学生，早早地封堵了学生的想象空间。

图3人教版八年级物理下册

上图中教材大概意思是讲，由于机翼形状是上翼面长下翼面短的特点，所以机翼上方空气流速快，下方慢。流速快压强小，流速慢压强大，于是机翼上下有了压强差便产生了飞机的升力。

虽然流速差能产生压强差本身并没有错，但有句话叫抛开剂量谈毒性就是耍流氓。要知道虽然机翼上方流速是很快但机翼下方的流速也很快，上下相抵并没有特大的流速差。不能说一个三岁小孩能搬起一本书就证明他一定能搬起100本书。

有多少人被误导，至今还在认为飞机是这样产生升力的呢？我想不在少数。

用下面的小实验来给这个解释证伪吧：

图4

吐槽完中学物理教材，再来看一下大学航空教科书里的一个搞笑的公式：升力公式。

它究竟是怎样搞笑的呢？首先它长这样：飞机升力公式

L=Cl·1/2ρV²·S

L是总升力，单位：牛顿；

Cl是升力系数，无量纲量没单位；

S是机翼的面积，单位：平方米；

v是飞机的速度，单位：米/秒；

ρ是大气密度，单位：千克/立方米。

既然叫升力公式自然是计算升力大小的。不过仔细看一下，若要计算一个升力大小得先知道流体密度、来流速度、机翼面积和升力系数，其它三个物理量可以测量得来，关键的升力系数Cl是个无量纲量根本无法直接测量而得出。那升力系数是怎么得出的呢？也有个公式:

升力系数 Cl= L/ (1/2ρV²·S)

整理一下就是为了用升力公式计算出升力L（计算结果）,就得提前知道升力L大小（计算结果）并算出升力系数Cl才能计算出升力L。

你没听错，就是说若要计算出升力大小，你得提前知道升力的大小。

这句话要是放语文课上算不算病句？

我都提前在风洞实验中测量出了升力L还要用你的升力公式去计算出已经实际测量出的升力L吗？这不是脱裤子放屁嘛？岂不搞笑。

就好像说为了计算出地球到月亮的距离，除了要知道光的平均速度和光经过的时长，还得用尺子先量出地球到月亮的距离，得出一个什么系数才能用距离公式计算出地月距离一样搞笑。

同升力公式一样奇葩的是“升力系数Cl”。它无法直接测量出来，只能在风洞实验中测出升力等数据再计算出来，可就算你辛辛苦苦把某个升力系数算出来了，可它却又没什么普适性，不同的翼形，不同的机翼构型它们的升力系数都不一样。就算是同一翼形构型的升力系数也没有一定的规律，虽然在临界迎角以下升力系数可能是线性的，但是一旦来到临界迎角（教材提法）附近，升力系数立即变小，跟见了鬼一样。那么这样的升力系数是一个什么样的存在呢？有一个成语叫“削足适履”有点像。为了让这个搞笑的升力公式能够成立而引入升力系数削足适履来生搬硬套。

为什么这个升力公式像是一个笑话呢？首先它忽略了发动机推力是升力的重要组成部分，整个公式里都没有把推力考虑进去。其二人们没有认识到生活中的飞机机翼所受到的空气动力是有上限的，它受限于总压坡力的大小，并不能随相对流速、流体密度、机翼面积的增大而无限增大。但是在风洞实验中有时却又没有上限的奇怪现象。更让人难以置信的是在飞机平飞甚至爬升状态下，机翼上下翼面所产生的升力有时候是小于飞机重力的。

升力系数与迎角相关联，但临界迎角（教科书提法，实际是临界仰角）又打乱了它们一开始的线性关系。那临界迎角为什么会有这样的作用，又是怎么来的呢？它像一个妖怪一样捉摸不透，教科书讲是因为迎角过大后上翼面气流分离导致升力下降，大部分飞机的临界迎角为15度到18度。从“大部分”这三个字能看出专家对这个问题困惑了，因为他可能不敢介绍小部分飞机的临界迎角是多少度，说多了怕是要说不清了。但本文就是要说别人不敢说、不想说和说不清的。

固定翼战斗机的数量在整个地球上也不在少数，它们的临界迎角基本都有40度，更有部分战斗机临界迎角能达到七八十度或以上的。那这样说来上翼面的气流分离倒底发生在15度、18度呢？还是七八十度呢？它不应该在相同的迎角处发生分离吗？80度和15度可相差了好几倍呢。

这一个个难以回避的疑问，就像是一朵朵乌云笼罩在飞行原理上，让人百思不得其解。

自莱特兄弟飞机上天至今一百多年了，

那飞机究竟是怎样飞起来的呢？请看下图：飞机沿隐形移动坡爬上高空

图5

本文不仅要揭秘飞机为什么能飞起来，更重要的是要揭示飞机究竟是怎样一步步飞起来直到万米高空的。

笼罩在飞行基础原理研究上的几朵乌云将在这里烟消云散、一扫而空。这几朵乌云具体是什么呢？

首先第一条肯定是对升力来源的争议，有人认为是上下翼面流速差产生升力的，也有人认为是牛顿第三定律产生升力的，还有人认为是涡流产生升力的，各有各的道理，谁也说服不了谁，但真实答案只有一个。

第二朵乌云是关于临界迎角，这是个有点玄的角度，也可以称之为“妖怪角”航空教科书会告诉你有临界迎角这个东西，超过临界角升力就会下降，但却从不告诉你为什么会存在临界迎角这个东西（或者是错误的解释），它是怎么来的？为什么超过临界角度升力就要下降呢？甚至目前人类对这个临界角有限的理解还不完全正确。连“临界迎角”这个称呼本身都不是正确的，本质上来说应当叫“临界仰角”，一个迎字一个仰字，虽然长得也很像，在某些特殊情况下也会重合，但还是有本质区别的。本文就是“照妖镜”专门来捉这个“妖怪角”的

第三朵乌云是关于失速迎角，这个角怎么来的？怎么简单计算（不依靠风洞实验得出的升力系数）？航空教科书里依然没有答案。这个临界角变化多端，让人捉摸不透就像一个“幽灵”一不小心就会失速机毁人亡，需要一面“照妖镜”让它现出原形。“照妖镜”哪里找？本文第四节呈上。

第四朵乌云便是飞机的运动规律，究竟是遵循一个什么样的运动模型？航空教科书无从下手依然没有简明直观的答案。这是一个“妖里妖气”的运动规律。

归根结底，本文就是来捉飞行原理里的“妖怪和幽灵”的。

此文修编将近两年才最终完成，目的是为了让更多人能看懂并理解飞行原理这个复杂的物理问题。

为何字里行间处处流淌着不知天高地厚的狂傲？我狂，其因有二。

1.我有狂的资本，手中若无“核*器武**”我也不敢这般无礼放肆。飞机至今已经发明了一百多年，这一百多年诞生过很多物理学家，不过很可惜，其它方面有很大的成就。但就这个单一问题却没有一个能全面准确解释飞机基础飞行原理，由此可以想见这个问题的复杂和难度。

这是人类在物理力学理解力方面的一层 天花板 。

很多人可能还不相信飞机能飞起来居然是个未解之谜。很长时间以来我也没怀疑过，直到偶然间我看到这么一篇文章：

《飞机为什么能飞起来？直到今天，科学家仍然没有答案》

这是 中科院物理所 *今条头日**号的一篇文章。中科院够权威吧？如果中国物理精英集中的地方都承认搞不懂，那么哈佛，麻省，NASA等肯定也是搞不懂的。不是说中科院比他们厉害，而是说对于一个无用之用的基础学问研究成果并没有什么保密价值，不管哪个机构或个人搞懂了都会第一时间公开发表。

那么有人就会问，这飞机天天都在天上飞，而且飞得很好，科学家怎么可能不知道飞机如何飞起来的呢？飞机工程师又怎能设计制造出这么多厉害的飞机呢？

首先举个例子：人们一开始也不知道两个轮子的自行车骑起来不倒的原理，但这并不妨碍人们依靠经验一步一步制造出了现代自行车，飞机也一样，也是经验走在了理论的前头。科学家可以不知道飞机如何飞起来的原理，但科学家可以通过实验数据模型造出各种各样神奇的飞机。飞机设计师研究的方向是怎样让飞机飞得好，飞得妙。而我研究的方向是更基础性的为什么能飞起来。为什么能飞和怎样做飞得更好两者有很大不同。

就是说一个厉害的飞机设计师知道怎样造好飞机，但他不一定知道飞机为何能飞起来。事实就是有这么玄幻！

其2：据统计每年光在专业学术期刊上发表的原创论文将近3000000篇，所以我必须用狂傲的语气来吸引关注力，以免让能捅破人类天花板的文章淹没在论文之海。所以狂傲其实并不是我本意，是不得以而为之。若觉冒犯，敬请海涵，实在无法忍受，就当满纸荒唐言请到评论区狠狠骂。

那么我所说的“核*器武**”究竟是什么呢？有两个！这两个“核*器武**”也正是本文的两个核心价值。

第一个“ 核*器武** ”是一个神奇的“妖坡”，叫 《隐形移动坡》

（全称：《隐形移动且移动速度和坡度可变化的模拟气动坡》）

正是由于我开创性的发现了这个“妖”坡，除我以外的人类几乎都没观察到的这个隐形坡的存在，由于这个隐形移动坡的发现，飞机飞行原理的绝大部分难题便迎刃而解，起到了一个快刀斩乱麻的神奇作用。一通百通地解决了固定翼飞行器诸如风筝、纸飞机、滑翔伞、滑翔机、翼装飞行、动力伞、打水漂、帆船逆风前进等等的难解之谜。对！就是有这么神奇，文章第三节飞行原理专业版会进行详解。

另一个“ 核*器武** ”是一个我创造的一个全新物理量词： 《压坡力终端速度》

就是这个速度决定了飞机何时能起飞，飞机必须达到这个速度才能上升高度。后面文章第三部分飞行原理专业版会进行详解。

是不是觉得这些物理名词很陌生，对的！截止到文章公开发表之时，网络上完全搜索不到，没有这些原创新物理名词将很难准确解释飞机的飞行原理。

文章标题又为何要冲击诺尔贝呢？因为本文不单单只解决“飞机升力”这一个未解之谜。同时还要解决以下几个大难题：

1 .固定翼飞机运动规律（其实这个比飞机升力更难理解）

2 .飞机失速重新正确定义（目前学术界对飞机失速的定义是不正确的，文章第四节会进行证伪）

3 .飞机失速临界仰角的计算方法（临界角是多少?怎么计算？当前整个物理界几乎全靠猜，根本不会简单计算方法）

牛皮吹得差不多了，下面即将进入正文，正文共分为五部分。分别是：

第一节 、《当前飞行原理研究困境》

一百多年没研究明白只有一个原因：研究方向可能错了。这部分将对研究困难进行分析。

第二节 、《飞行原理科普版》

这部将用尽可能通俗易懂的解释让尽可能多的人们能初步了解飞机的运动规律。

第三节 、《飞行原理专业版》

这部分是全文的难点，也是全文的精髓。但需要一定的物理专业知识才有可能看懂。

第四节 、《飞机失速重新定义以及飞机失速临界仰角的计算方法》

既然要重新定义失速就得先得给当前教科书中失速定义进行证伪，最后再给出飞机失速临界仰角的计算方法。

第五节 、《机翼上方的低压区是怎样产生的？》

这部分做为全文的压轴，将要解决的是困扰人类百多年的飞机升力来源。

以下是正文

第一节 《当前飞行原理研究困境》

飞行原理研究为什么会这样的难？有两点，

一是因为连锁物理变量太多，没错，就是“连锁物理变量”，何谓连锁物理变量呢？就是指飞机的某一个物理量的变化会引起飞机多个物理量同时做出一定改变，如果理解力和想象力不够的话就很难将这些变量联结到一起并看透飞行规律。就比如说飞机仰角这个物理量增大变化，同时会引起飞机下坡分解力增大、飞机压坡分解力变小、隐形移动坡运动速度变小、飞机推力（上坡力）与重力下坡分解力比值变小、飞机上坡加速度变小或由正转负、动能产生的额外压坡力和上坡力也可能同时出现。是不是觉得这些物理名词很陌生，教科书里也不曾见到过？是的，这些都是我新创的词，这些物理量极其重要，文章后面会有详细解说。

二是对于研究困难我总结了五个字：

巧-妙-怪-隐-迷

这五点既是飞行原理的特点同时更是飞行原理的难点。

1飞机滑跑的目的就是在追一个有特定速度的向前移动的“妖坡”，当飞机速度达到移动坡的速度之后便可沿移动坡向上爬升高度，此谓之“妙”也！

2飞机的失速临界角度居然与飞机的仰角有一个十分巧合的几何关系，此谓之“巧”也！

3移动坡。道路上固定静止不动的坡我们都见到过，但一个坡居然是移动的！你见过这么奇怪的“妖”坡吗？此谓之奇也“怪”也

4这个移动的坡不但奇怪，竟然还是隐形的看不见的。目前应该只有我能看出来。此谓之“隐”也！

这个隐形移动坡对飞行规律的研究相当重要，必须找出来并弄懂它的变化规律。那它究竟有多重要呢？打个比方：以太阳、地球、月亮三者的相对运动关系为例，假设我们要研究月球和太阳的相对运动规律，对，你没看错，说的是月球相对太阳的运动规律，物理和数学能力很厉害的同学就会说，那还不简单地球绕着太阳转、月亮绕着地球转、地球带着月亮一起绕着太阳转。很容易就能计算出月亮绕太阳运动的规律呀！且慢！如果太阳和月亮中间的运动参照物“地球”是隐形的并且运动规律不停变化着，就是说你不但看不见地球而且它还带着月亮不规则运动，这时你再研究月亮相对于太阳的运动规律是不是就无从下手了呢？我们研究飞机的运动规律其本质是研究飞机相对地面的运动规律，如果把飞机类比做月亮，地面类比做太阳，那么这个隐形移动可变坡就相当于是地球了，所以我们一定要找出这个看不见的运动参照物“隐形移动可变坡”。我们做几何题的时候经常要用到一个叫辅助线的工具，往往会让解题变得直观明了。而这个看不见的可变坡就是充当了这么一个辅助角色。

5所谓“迷”就是指迷惑性，一个伯努利原理对飞机升力的解释。就如同农民伯伯的稻田里一种叫稗子的植物，稗子虽不能结出稻谷，但它在抽穗前和真禾苗长得几乎一模一样，一般人很难分辨真假，惟有经验老道的农民伯伯才能分辨出来。

注意，伯努利原理本身是没错的，这里所指的是用伯努利原理中的上下翼面流速差去解释升力是不对的。注意！流速差产生压力差也是没错的，错的是这一点点流速差所产生的压力差远远不够将几百吨的飞机升起来。为什么这么说呢？假设用一个100平方米的机翼进行吹风实验，上翼面比下翼面空气流速每快1m/s能增加多大的压力差呢？这样的实验在研究所应该很容易得出结果吧，这结果也能把流速差产生飞机升力原理给实锤了吧？也不会到现在还产生争论了吧？但为什么没有去做这么个实验呢？又或者说做了实验却没公布结果呢？我认为只有一个答案：流速差所产生的“升力”很小根本不足以升起几百吨的飞机重量。

再比如飞机发动机工作时喷出来的气体流速非常快，可达1300千米/小时，这么快的气体流速飞机设计师理应把发动机装在机翼上面以增加上翼面空气流速才对呀？却偏偏反其道而行之大部分重型民航飞机发动机装在机翼下面。白白浪费这么多“升力”。这讲不通呀？

先说一个普遍的误解：很多坚信伯努利原理能解释飞机升力的人普遍误认为，民航客机在巡航平飞时飞机的攻角为0度，而事实并不是这样的，我曾和首都航空的一位现役民航机长确认过，飞机巡航平飞时仰角一定为正仰角，一般为4度，速度再增加时可能就3度，2度的样子，但不会为0度。只是这么小的角度看起来就像0度，仅仅是感觉像0度而已，千万别小瞧这三四度的小攻角，毕竟空速将近900千米/小时所产生的气动力不容小觑。如果飞机零升线攻角真是0度的话，那飞机就是一个平抛运动，最终会坠落地面。

再有就是飞机翻过来机腹朝上依然可以飞行，此时飞机的升力向下理应使飞机加速坠落，但现实是飞机只是气动效率变低而已。

上下翼面一样长的对称翼飞机也能产生升力让飞机飞向天空。

上面两个例子是老生常谈的了，这里不多讲，下面讲点新的例子。

飞机在某个相同高度，既能以200节的空速平飞，也能以300节、400节的空速平飞。我们知道平飞时飞机升力等于飞机重力，那么问题来了，400节的空速产生的流速差肯定要大于200节时的。400节的流速差更大升力也更大，但刚举的例子中200节和400节的升力都是等于重力，这用流速差产生升力原理能解释得通吗？

最后来个灵魂一问：你们在现实中有见过攻角为0的飞机飞起来过吗？按机翼上长下短的流速差产生升力原理，飞机是可以不用正攻角的。

当前物理界主要在研究飞机的“升力”。教科书里所指的“升力”是一个方向向上的合力，我认为就因为研究的是合力而把飞机运动规律这个相对简单的问题变得更复杂更难以理解，所以我说当前的研究走错了方向，走上了一条崎岖弯弯小路。先搞清楚飞机的运动规律再去找飞机的升力就易如反掌。

第二节《飞行原理科普版》

对于一个这么复杂的问题有必要科普吗？科普得清楚吗？我认为还是有必要的，毕竟飞机和老百姓的出行息息相关，我相信坐过飞机和没坐过飞机的广大人民群众心里一定都很想知道一架几百吨的“铁鸟”究竟是怎样飞上天的。

是不是看过太多的上长下短用伯努利原理解释升力的伪科普？这里将给你一个新鲜的解释。

由牛顿第三定律，空气动力给飞机提供了一个移动的模拟坡，当飞机加速滑跑直到达到移动坡的速度后就能沿移动坡向上爬升高度，飞机就是这样离开地面飞上天空。

下面将用通俗易懂的图文来分析这一过程。先了解一下移动坡是什么模样。

图B1

图B2

图B3

图B4

下面是飞机三个最基础的运动规律

一：飞机怎样爬升高度

图B5

二：飞机怎样平飞

图B6

三：飞机怎样下降落地

图B7

飞机就是靠爬隐形移动模拟坡而飞上天空的。由于移动坡是隐形的特点，之前一百多年都没有人能看出来这个神秘的移动坡。

有了这个辅助坡我相信大部分人应该能看懂飞机是如何上升的，但心中一定会有几个大大的问号！

这个玄幻的隐形移动坡到底怎么来的？

这个隐形移动坡是客观存在吗？

这个隐形移动坡的速度是多少？由什么物理量决定它的移动速度？速度是怎么变化的？

这个隐形移动坡的角度是多少？由什么决定坡的角度？角度怎么变化的？

这个隐形移动坡高度有多高？

欲知答案详情请看下一节。

第三节《飞行原理专业版》

欢迎来到深水区！本节的任务就是捉“妖怪”要把那个玄之又玄的隐形移动坡给揪出来，如果能搞懂这一节，你将会是全世界第二个搞懂飞机运动规律的人。这一节是全文的难点，难点在于需要个人很高的理解力和想象力，虽然很难，但我始终相信一个复杂的问题一定可以分解成若干个简单问题，我会把这个问题掰开揉碎了来讲解，只要能摸清楚它们之间的连锁物理变量，问题就迎刃而解了。

既然是专业版，那么对基础物理知识还是有一定的要求的。请完全掌握下列相关的基础物理知识：

1.终端速度（终端速度一般是讲降落伞或者自由落体的运动规律的，与飞机有什么关系呢？你可千万别小看它，这个知识点十分重要，它决定了飞机的起飞离地速度）

2.牛顿第一、二、三定律

3.力的分解与合成

4.斜坡运动规律与受力分析

5.动能

6.爬坡与冲坡的区别

7.飞机的迎角（攻角）

8.飞机的仰角

9.仰角和迎角（攻角）的区别

10.零升线迎角和零升线仰角

图C1

物理课本鲜有提及零升线仰角这一概念，但它又是如此重要，主要涉及飞机机翼安装角和襟翼形态不同情况下的分析。为了简化飞行原理的复杂性，本文中没有特别指出的情况下，所提到的仰角均为零升线仰角，迎角为零升线迎角。

图C2

且本文所举例的飞机假设为机翼安装角0度，翼形为对称翼形。故本文所举例之飞机 ：

零升线仰角=仰角，

零升线迎角=迎角

为了更直观更易理解，我们给几个关键的作用力取上一个直观易记的名字。请看下图，设图中的坡为固定的摩擦力极小的光滑冰坡。

图C3

G=飞机重力

G1=重力压坡分解力=简称“ 压坡力 ”

G2=重力下坡分解力=简称“ 下坡力 ”

P=推力/拉力=简称“ 上坡力 ”

R=空气动力=简称“ 坡撑力 ”

F3=与上坡力方向相反的阻力（但不包括重力下坡分解力G2）

请牢记上面几个力的简称，下面的文章会用简称代替。

上面没有像教科书中将空气动力分解为向上的升力和向后的阻力，因为那样只会让问题整体变得更难以理解。

接下来开始捉第一个“妖怪”： 隐形移动“妖坡”

只需三步就能用“照妖镜”让这个看不见摸不着的“妖坡”现出原形。

隐形移动坡有两个显著特征，一是隐形，二是可移动。

第一步从最容易理解的角度出手，先找第一个特征“隐形” 不动 坡，看清楚是隐形但是不移动的坡。

看图：设下图C4中飞机重400吨，黄色坡角度16度，坡顶与地面垂直高10000m，坡面为冰坡，摩擦力小。

图C4

观察上面动图C4，我们来探究一个坡的本质问题：在图中飞机从A点位移至C点的过程中，黄色实体坡给飞机提供了什么作用？很明显，飞机停留或经过A点至C点任意位置时黄色实体坡都提供了一个支撑力（坡撑力），且坡撑力大小等于飞机重力压坡分解力G1（压坡力）。

坡撑力=Gcos16゜=384.5吨力(384.5*9.8千牛)

本文中为了直观易懂将不再把重量转换成重力，直接用重量代表重力，比喻用400吨代替400*9.8千牛。

这两个力是一对反作用力，大小相等，方向相反。坡撑力的大小由压坡力的大小决定。就是说压坡力变大坡撑力跟着变大，反之亦然。

好，我们发挥一下想象力。既然 实体坡本质就是提供一个坡撑力 ，就是一个与压坡力大小相等方向相反的反作用力而已。

那么如果用其它方式给飞机提供一个与坡撑力相同的力的话，对飞机的运动规律来说起到的效果是一样的 。

比如空气动力R 请看下面小实验图：

图C5

图C5中，小型风洞风速为3m/s

用仰角40度白色板子代替机翼

从上图中能明显看出白色板子下方虽然是空的，但由于有气动力R的存在，可以看做机翼下方有一个隐形固定坡。

与下图C6同样角度的实体木板坡效果一样

图C6

这样我们就可以把空气动力R看作是一个模拟实体坡，虽然它是隐形的。至此我们就找出了“隐形不动坡”

第二步我们来找出隐形移动坡第二个特征“可移动”，很好找，就是让第一步找出来的“隐形不动坡”移动起来。究竟怎么动起来？

当没有风的时候，只能主动制造风，就如同没风的天气你跑起来便有了风是一个道理。上两图中：隐形不动坡中的气流速度为3m/s所产生的气动力刚好与白色机翼板子的压坡力相等。接下来再考虑当风速为0时，白色机翼板子直接以3m/s的速度水平运动，相同条件下依然可以获得相同的气动力（坡撑力），也就是说只要达到一定的相对运动速度，就能获得一定的坡撑力也就是一个移动模拟坡，因为实体坡本质就是提供坡撑力，获得坡撑力等同于获得一个模拟实体坡。如果需要飞机保持一定的运动速度才能获得所需的空气动力（坡撑力）那么就可以认为飞机是在追爬一个隐形移动坡。

图C7

图C8

图C9

好了！请打开你的脑洞，放飞你的想象力。仔细看前面5个动图(图C5、C6、C7、C8、C9)，接下来是考验理解能力的时候了，若能把空气动力转换成一个隐形移动坡的坡撑力便有了火眼金睛，能轻易看出“隐形移动坡”了。

设：以上5图有空气的示意图中空气密度相同，白色机翼板子质量为G。

那么可以得得出上五图中的空气动力和坡撑力都是相等的，

R=F2=R1=F2-1=F2-2=Gcos40゜

上面这个等式是固定翼飞机运动规律的精髓，只有理解透了这个等式才能理解隐形移动坡才能理解固定翼飞机运动规律。

重要的事情说三遍：

一定要将空气动力R理解成一个移动坡的坡撑力，请忘掉实体坡，实体坡的本质就是一个移动的坡撑力，要在脑海中建立起模拟坡概念。

一定要将空气动力R理解成一个移动坡的坡撑力，请忘掉实体坡，实体坡的本质就是一个移动的坡撑力，要在脑海中建立起模拟坡概念。

一定要将空气动力R理解成一个移动坡的坡撑力，请忘掉实体坡，实体坡的本质就是一个移动的坡撑力，要在脑海中建立起移动模拟坡概念。

接下来再拿真实飞机举例，设空客A380客机以12゜仰角（零升线仰角）离地起飞。请注意如果飞机以机身仰角12度离地起飞是有极大的擦机尾风险，一般情况下是不允许这么大机身仰角起飞离地。而零升线仰角是考虑了机翼的安装角，和襟翼放出情况造成零升线仰角比机身仰角大两三度（估算）。也就是说零升线仰角为12度时，机身仰角可能就9到10度左右。

如果空速150节飞机就可以离地上升。此时空气动力R等于实时压坡力。那么飞机前面的隐形移动坡速度便是150节，只要飞机滑跑空速达到150节就等于追上了隐形移动坡，追上坡之后要上升就好办了，只要实时上坡力（净推力）大于实时下坡力G2（重力下坡分解力）飞机就一边爬坡上升一边跟着移动坡前进了。

我们用飞机来代替上面五图中的白色板子，将相对气流速度改成150节。就会看到下图C10飞机的运动规律。

图C10

图C11

上图C11中 R=F2

这种运动模型好理解吗？爬移动坡这种现象其实非常普遍，只因我们同处一个运动系统中不见庐山真面目而已。比如地球自西向东旋转，以太阳为参照物的话，地球上马路上的坡都是移动坡，地球上的车爬的坡都是移动坡。然后把地球当隐形透明的，再去看地上汽车爬坡在太空中的运动轨迹，你会发现什么？

再来一个例子，以便于理解爬移动坡这种运动模型。假设有一列匀速水平直线运动的超级巨大的火车。在巨大的车厢内放置一个1万米高，坡角度为12゜的实体冰面坡，让一架飞机从坡底沿坡运动到坡顶。分析这一过程，第一种情况：人站在车内以车为参照物观察飞机的运动规律。第二种情况：人站在地面以地面为参照物观察火车坡上飞机的运动规律。

飞机，坡，地面这样一个“三角运动关系”我们把它拆分为 两个交叉的运动系统比较好分析理解 。就像地月系和地日系，而地球在这两个运动系中分别充当了参照物和被参照物的角色。

同理飞机和隐形移动坡两者可以视为一个以隐形移动坡为参考系的运动系统，我们把飞机和坡这两者的运动关系简称为“ 机坡系 ”

而隐形移动坡与地面以地面为参考系的运动系统简称为“ 坡地系 ”。

先说第一个机坡系：飞机和隐形移动坡。为何反复举例分析这种相似三角运动关系？其目的就是为了化繁为简，最终就是要让大家明白，飞机在空中飞行过程中，如果单独只看飞机和隐形移动坡之间的运动规律，那么飞机在隐形移动坡上的运动规律就和我们平时地面开汽车上下坡的运动规律是一样的。或者说人站在匀速水平直线移动的火车内观察火车坡上的飞机运动规律。到此飞机运动规律已经简化到了中学物理水平了。

用三个图来说明这个简单的运动规律，

设飞机总质量为400吨

最大推力为120吨

飞机推重比为0.3

坡为实体冰坡（冰是透明的且摩擦系数小可看做是隐形移动坡的固体版）

图C12

从图C12可以看出上坡力大于下坡力，飞机可以爬坡上升。

图C13

图C13中上坡力等于下坡力，飞机可设为相对于坡是静止的。

图C14

图C14上坡力小于下坡力飞机向下溜坡降低高度。

这是斜坡运动的三个基本运动规律

接下来分析另一个坡地系：隐形移动坡与地面的运动规律。

这里要提到一个重要的物理量

“ 压坡力终端速度 ”

终端速度我们都知道一般是指降落伞运动员从飞机上跳下来之后，下降速度越来越大，随之风阻也越来越大，直到空气阻力与重力一样大时的做匀速运动的速度叫终端速度。

终端速度的几个关系：

在其它情况相同时，伞越大（迎风面积越大）终端速度越小，反之越大。

在其它情况相同时，质量越大终端速度越大，反之越小。

之所以讲降落伞终端速度，是用它做引子，我们最终要研究的是斜面终端速度，在此之前还要先讲水平运动终端速度。

在水平路面行驶的汽车，当汽车所受阻力与牵引力相等时汽车做匀速运动，这个速度就是汽车实时牵引力的终端速度。相同条件下实时牵引力越大终端速度越大，反之越小。每一个不同大小的牵引力都会对应一个终端速度。

设水平飞机跑道无限长，飞机轮胎足够承受力。一架400吨的A380客机收起所有襟翼也不抬轮，用120吨推力水平运动。假设空速为V时达到120吨推力终端速度，飞机匀速前进。当使用更小的推力时它的终端速度也跟着变小，所以在构型和迎风面积不变的水平运动时任意大小的推力都对应一个终端速度，也就是说其它条件相同的情况下，推力越大终端速度越大，推力越小终端速度越小。

接下来要探究的终端速度有点特别，是一个斜面的终端速度，一个有迎角的飞机的终端速度。

铺垫了这么多，终于要找第二个“核*器武**”《 压坡力终端速度 》了。就是这个物理量决定了飞机何时能起飞。

还是那架400吨的飞机，这次把飞机前起落架适当加长，让飞机一开始就以12度零升线仰角向前滑跑。可以算出12度坡400吨的飞机

重力压坡分解力G1=Gcos12゜=391.3T

重力下坡分解力G2=Gsin12゜=83.2T

图C15

设实时净推力P净(净上坡力)=下坡力=83.2T

什么是净推力？（飞行时飞机会产生与推力方向相反的阻力如摩擦力、干扰阻力、形状阻力等，把这些阻力和称为反推阻力F3，反推阻力F3为变力，一般随飞机速度增大而增大，减小而减小）则净推力为：

P净=P - F3

特别注意：本文为了简化问题便于理解，将暂时忽略反推阻力F3，设推力P为净推力。

随着飞机滑跑的速度不断增大，飞机所受的气动力(坡撑力)也不断增大，当增大到与压坡力相等时飞机达到实时状态下的终端速度。此时飞机的外力和为零

上坡力=下坡力

压坡力=坡撑力

飞机做匀速直线运动。这时有一个非常重要的变化就是地面跑道对飞机的支持力变为0。飞机不需要地面的支持力了，也就是说假设把地面跑道抽走飞机也不会掉高度。

另外假设有AB两架相同的飞机同方向同终端速度运动，在外力和为0的状态下，两架飞机是相对静止的，以A飞机为参照物给B飞机任意方向施加一个任意大小的力，B飞机将朝着额外力的方向运动。而B飞机能够获得的额外力最可能的就是 剩余推力。 而剩余推力又是什么呢？在我看过的几本航空教科书中都没有看到详细的解释。那究竟什么是剩余推力呢？

简单理解：

P-G2=P剩余

最大可用推力-下坡力=剩余推力

严谨解释：

最大可用净推力-下坡力=剩余推力

P净max-G2=P剩

也可表示为：

最大推力-与推力方向相反的阻力-下坡力=剩余推力

由于剩余推力的方向是12度斜向上，在 机坡系 中剩余推力以小于0.9m/s²的加速度推动飞机作爬上坡运动，而在 坡地系 中隐形移动坡带着正在爬坡的飞机相对地面以约150节速度向前移动。把两个运动系统融合起来理解， 飞机就是这样飞起来的。

以飞机总质量为400吨，最大净推力120吨为例，当仰角为12゜时。

剩余推力P剩=120-83.2=36.8T

由F=ma得出a=F/m

F=36800*9.8=360640N

m=400000kg

a=360640N/400000kg=0.9m/s²

这个结果是理论结果，因为随着飞机空速的增加摩擦阻力等也会增加，导致净推力变小，上坡加速度变小。

如果还是难以理解，那换一个方式来帮助你理解。想象一下，

有一列巨大的火车，正以150节（77.17m/s）速度匀速直线向前行驶，巨大的车厢内有一个高度达到大气层边缘、坡角为12゜的巨坡，人站在火车上可以看到一架400吨的A380客机在巨坡上以小于0.9m/s加速度向上爬坡。再换参考系，人站在地面上看飞机，飞机既随火车向前移动又沿巨坡向上爬高。此时若把火车和巨坡用魔法变成全透明的，那么站在地上的人看到的飞机飞行轨迹和在飞机场看到的真飞机飞行轨迹是一样的。

图C16

那么上坡加速度的大小与哪些因素有关系呢？肯定与剩余推力的大小有关。那剩余推力的大小又和哪些因素有关呢？既与实时推力大小有关系也与下坡力大小有关系。这两个力都是可变力，在其它情况相同时，实时推力越大剩余推力越大，但推力是有限制的就是不能超过飞机的最大推力120吨，而下坡力的上限和下限范围更广，下坡力会随仰角的不同最小可为0（仰角为0゜时），最大时可超过推力达到400吨力（仰角90゜时）。

我们来看一个特殊的仰角，就是当重力下坡分解力刚好等于最大净推力时，120/400=0.3=sin17.46゜就是说最大净推力120吨总质量400吨的飞机，当仰角为17.46゜时飞机下坡力等于上坡力（净推力P净），故此仰角下飞机无法向上爬坡来上升高度（冲坡除外，就算冲坡上去待动能消耗完毕还是会掉高度）飞机升力小于飞机重力，我把这个仰角称之为 临界仰角 ，考虑飞机襟翼构型的不同和机翼安装角专业叫法应称为 临界零升线仰角。

这便是为什么会有临界仰角的原因

这里要指出航空教科书的第一个错误，教科书把这个角称为临界迎角（攻角），实际上应该把临界迎角改正为临界零升线仰角。

“迎”和“仰”这两个字本身看起来很相像，在某些情况下又是相等的，很容易混淆。但我相信能看到本文这里的网友是一定能分清仰角和迎角（攻角）的区别的。那为什么作为教科书作者怎么会分不清呢？我认为最大的可能性是因为做实验的风洞一般只能提供水平方向的气流，在水平气流下迎角和仰角一般是大致相等的。而并没有考虑到现实场景中飞机爬坡时气流来流方向是从上向下相对而来的，而这时飞机仰角是大于迎角的，因为爬升时

飞机迎角=仰角-爬升角

举例：某飞机临界仰角为18゜（按教科书来设临界迎角为18゜）当飞机以10゜爬升角正常飞行时把仰角拉到25゜。以临界仰角来判断上坡力小于下坡力，飞机升力小于飞机重力，在冲坡动能消耗完毕后就会掉高度。

而再算它的迎角却是25-10=15゜并没有超过18゜的临界迎角，但依然会失去部分升力而下降高度（冲坡除外，就算冲上去也会往下掉）。

故临界迎角说法不能成立，

只有临界仰角。

超过临界仰角后，飞机下坡力大于上坡力，在机坡系中飞机加速度方向是向下坡方向的。

前面讲过隐形移动坡的速度是可变化的，那么它究竟是怎样变大变小的呢？我们已经知道隐形移动坡的速度是一个压坡力终端速度，那么首先压坡力越大终端速度越大，隐形移动坡的移动速度越大，反之越小。

所以一架飞机在同等仰角下，满载时比空载时压坡力更大，隐形移动坡的移动速度就更大，于是满载时的飞机滑跑距离更长，滑跑时间更久。

第二.同等质量的飞机仰角越大压坡力(G1)越小，仰角越小压坡力(G1)越大，呈反比关系。

注意区分，下坡力(G2)情况相反，是随仰角变大下坡力(G2)变大，仰角变小下坡力变小，呈正比关系。

现实中我们能看到客机做最小离地起飞速度测试时，机尾会擦地冒火星。那为什么要擦机尾呢？目的就是要尽最大可能性增大飞机的仰角，前面讲了仰角越大压坡力越小，隐形移动坡的速度就跟着变最小，只有先追上隐形移动坡的速度，飞机才能沿隐形移动坡向上爬升离地起飞。这也是滑跃式起飞航母上有一个斜上坡的原因，尽量增大飞机仰角，以达到短距起飞的目的。综上一架飞机的理论最小离地起飞速度就是飞机以接近临界仰角的大仰角时隐形移动坡的终端速度。

既然增大仰角就能更快离地起飞，那把飞机仰角增大到80度甚至90度飞机岂不是能更快甚至原地起飞？理论上是可以的，现实中却几乎没有，为什么？别忘了，要离地起飞有两个必要条件，一是追上隐形移动坡速度，二是上坡力必须要大于下坡力才能上升高度。当仰角超过临界仰角后下坡力已经大于上坡力了，所以无法正常离地起飞。

第三.隐形移动坡的速度大小还与飞机的迎角（攻角）大小有关系，相同情况下攻角越大压坡力终端速度越小，攻角越小压坡力终端速度越大。类似于降落伞迎风面积越大终端速度越小，反之亦然。

第四、与空气密度有关，在其它情况相同时，空气密度越大隐形移动坡终端速度越小，空气密度越小隐形移动坡的终端速度越大。随着飞机的爬高，空气密度越来越低，飞机随着隐形移动坡的速度变快而同步加快。这也是客机要爬到近万米高空飞行更省油的一个原因。民航客机在近万米高空一般以4度左右的仰角作巡航平飞，推重比0.3的400吨飞机4度仰角巡航时

下坡力=400sin4゜=28吨

相应的所需净推力（上坡力）也只要28吨（但发动机实时推力要大于28吨)。

而巡航速度高达500节左右，油耗很低，经济效益很高。

那么也可以推断出，此飞机在所处的空气密度中，500节就是此飞机光洁形态下4度仰角的终端速度。

再拿常见机型波音737算一下，设某架737重70吨在高空以4度仰角巡航平飞。70吨*sin4゜=4.883吨

所以只需4.833吨净推力就可以维持一架70吨的飞机在万米高空不掉下来。

是不是很神奇，5吨左右的推力就能将 70吨的飞机保持在万米高空不掉下来。

飞机在匀速平飞时合外力等于0，在机坡系中飞机相对于隐形移动坡是静止的，那么也可以得出匀速平飞时飞机的空速就等于隐形移动坡的速度，简单点说就是坡走多快飞机就走多快。

划重点：飞机的平飞速度就是移动坡的速度。

那么如果要知道固定翼飞机最慢的平飞速度，那么只要在机坡系中飞机不溜坡的条件下尽可能增大仰角，因为仰角越大隐形移动坡的移动速度越慢，而平飞时飞机速度等于坡速。

那多大的仰角，坡速最慢呢？是90度！这里讲一下90度仰角这个极限值。当飞机仰角为90゜时，隐形移动坡的坡角也是90゜。那么压坡力为0，同时隐形移动坡的移动速度也为0。但下坡力增加到了飞机重力400吨一样大，而推力只有120吨，故飞机在机坡系中下坡力大于上坡力，飞机垂直往下掉。但如果推重比大于等于1，则理论上固定翼飞机可以做到速度为0。玩过航模的同学都知道一个骚操作“吊机”。所以理论上固定翼飞行器推重比（1以下）越大能慢飞的速度越小。

所以我们的大推重比的战斗机其实可以不要增升襟翼也可以实现短距起飞，因为战斗机没有客机那么大的擦机尾风险，或者稍改一下，起飞时可以适当把仰角拉到二十度左右或更大起飞仰角（前提是保证不擦机尾和舵面有足够快的气流来控制飞机姿态），因为仰角越大，隐形移动坡的速度就越小，离地起飞更早。去掉增升襟翼有利于战斗机的简化减重增加有效负载。另外某些战斗机也可不用落地后的减速伞，在保证安全的前提下尽量增大仰角降落便可使接地速度变小。

还有一个值得研究的问题。当飞机滑跑空速160节时，超过了飞机12゜离地起飞仰角终端速度150节会发生什么？就是说坡速只有150节，而飞机滑跑速度已经达到160节，这时就会发生冲坡现象。飞机动能就会产生作用，动能会产生两个分解力：动能压坡力和动能上坡力，分别叠加到了总上坡力和总压坡力上。额外的动能压坡力会使隐形移动坡速度增加，额外的动能上坡力叠加推力会产生冲坡运动，使上坡加速度变大。。待动能消耗完毕才消失，飞机该溜坡还是得溜坡。这也就是为什么速度足够时飞机即使拉杆超过临界仰角还是能上升一段高度的原因。用推重比大于1的战斗机的“旱地拔葱”特殊飞行动作来举例，当飞机仰角拉到90゜时，重力压坡力为零，飞机隐形移动坡的速度理应为零，但实际上飞机在水平方向前进一段距离才停止水平方向运动。这就是因为产生了动能压坡力，即使重力压坡力为零，但总压坡力等于动能压坡力直到动能消耗完毕。

另外压坡力不只重力压坡分力。总压坡力包括重力压坡分解力、动能压坡力、配平力矩产生额外的压坡力、推力压坡分解力等，有些不是主要的压坡力。上坡力也并不只发动机推力一个力，总上坡力还有额外动能上坡力等，就不在本文细说了，以后另写文章详解。

本节还要回答最后一个问题：隐形移动坡的运动方向？

答：与总压坡力方向相同。

第四节

《飞机失速重新定义和失速仰角的计算方法》

本节我将再次大言不惭，就飞机失速这个单一问题挑战全世界物理学者。这一百年来居然没一个人搞明白。本节是全文最精彩部分。

失速坠机！一个多么沉重的话题。飞行安全，与每一个开飞机和坐飞机的人的生命安全息息相关。波音737max的近几次空难都与飞机失速有关。

有一个有趣的现象，关于升力人们会有各种争议，但对于失速这个问题，不管

是教科书、科普读物还是网络科普博主都给出了同样的解释。这是一个难得的统一，然而却是一个错误的统一。

就是因为这个错误的统一是我认定此前人类并没有真正搞懂飞行原理的证据之一。

同时也是我就飞行基础原理这方面敢挑战全世界物理学家的原因，因为不管是官科还是民科就飞机失速原理的解释居然罕见整齐划一错到一起去了。

若要论本文对人类的贡献，我认为本节给所有驾乘飞机的人们提供的价值是最大的。因为人类至今没有搞清楚飞机失速的本质原因，虽然航空界可以通过控制失速速度等一些手段很好地避免了飞机失速事故的大量发生，但没有彻底搞清失速的本质原因，就好像是在黑夜里摸黑前行。

先给出失速仰角的计算公式：

sin失速仰角=净推重比

那飞机失速的本质原因究竟是什么呢？

当前航空界对飞机失速定义错在哪呢？

飞机失速是指飞机的迎角超过了临界迎角后，飞机的升力急剧下降，飞机的阻力大幅上升的状态。失速的原因是飞机超过临界迎角后气流与机翼分离，升力减小，阻力增大。这是教科书对飞机失速的解释。

这是我将要指出的教科书的第二个错误。

那么究竟哪错了呢？有两处，一个是定义部分，一个是失速原因分析错误。首先在定义部分其实只错了一个字“迎”角，有教科书指失速迎角大部分飞机为18度，我们设正确的失速仰角也为18度。通过举例能够证明飞机迎角超过18度也可以不失速，飞机迎角低于18度也会失速。

举例1：飞机以15度仰角正常飞行，当遇到上升气流时它的迎角（攻角）大大超过了18度，但飞机会失速吗？显然不会。如果上升气流足够大，迎角（攻角）达到90度，也不会失速。

举例2:当飞机以25度超失速仰角做大角度爬升，爬升角为10度，则迎角（攻角）为15度，虽然低于失速迎角。但飞机却进入了失速状态。

通过上面两个例子我们可以得出飞机失速是因为飞机超过了临界仰角，而与迎角（攻角）并没有什么必然关系。对于飞机失速的问题我们只需要在机坡系这一个运动系统内考虑就可以了，只需要分析上坡力和下坡力哪个力更大，当下坡大于上坡力飞机就开始进入失速状态。

所以飞机失速的正确定义应该是：

失速是指飞机的仰角超过了临界仰角后，飞机的下坡力大于上坡力，飞机在机坡系中作下坡运动，导致飞机高度下降的状态。超过临界仰角越多，下降越快。

失速仰角=临界仰角

我们来看一下飞机失速的一个过程，当飞机在正常飞行过程中，持续增大仰角会发生哪些变化，

图D1

再来看一下为什么大推重比的战斗机失速仰角能达到五六十度以上呢？

设下图中战斗机净推重比为0.8。根据失速仰角计算公式：

sin失速仰角=净推重比=0.8=sin53.13゜

此战斗机的失速仰角为53.13゜

故0.3净推重比的客机仰角拉到30度会进入失速状态，但0.8净推重比的战斗机仰角拉到30度不会进入失速状态依然可以爬升。

设此战斗机总质量为30吨，净推力为24吨，净推重比=24/30=0.8

当飞机仰角在30度时重力下坡分解力

G2=30吨*sin30゜=15吨=下坡力

上坡力24吨>下坡力15吨

所以此战斗机在30度仰角没有进入失速状态。

图D2

但是平飞的战斗机增大仰角后，如果不增大油门增加推力，那么随着仰角变大同时下坡力变大，导致下坡力大于上坡力（实时净推力）。战斗机依然会进入失速状态。

图D3

综上，飞机的失速与飞机的实时净推重比息息相关。很可惜教科书并没有认识的这一点。

有的飞机失速后会形成螺旋下降，并不像上面图中姿态可控下降，主要是因为仰角超过临界仰角太多，移动坡速变得很慢飞机跟着变得很慢。空速过慢导致没有足够快的气流经过俯仰舵面和方向舵面，因此无法有效控制姿态而出现的情况。

飞机失速也分轻度失速和重度失速，轻度失速超过临界仰角不多，下坡加速度小，飞机虽然在下降但姿态依然可控。比如飞机仰头着陆降落就属轻度可控失速状态降落，飞行员把油门减小让上坡力比下坡力小一点点，实时净推力小于下坡力。请看下图：

图D4

再做两个预测，实时净推重比为0.95的战斗机失速仰角为：

sin失速仰角=0.95=sin71.8゜

失速仰角=71.8゜

欢迎战斗机或航模进行验证，只要超过仰角71.8゜飞机的上升加速度为负。

以常见的波音737-800为例

图D5

拿波音737-800在本场做极限飞行表演，

设空载（空重+机组人员+少量燃油）：41.413吨+3.58吨=45吨

设净推力=24.76吨*0.91=22.53吨

则实时净推重比=22.53/45=0.5

根据失速仰角公式

sin失速仰角=0.5= sin30゜

失速仰角=30゜

所以此状态下的波音737-800客机零升线仰角拉到30゜才开始进入失速状态。30゜以下依然可以实现正上升率。

故而我们在航展上看到那些令人惊叹的客机大仰角爬升飞行表演就不足为奇了。

失速的另一个错误：教科书指失速的原因是因为气流分离导致升力不足的。当我看到这个时心里就有一个大大的疑问，气流分离了，那气流与机翼之间的空间是什么物质呢？是真空吗？如果是真空那升力不是变更大了么？要知道在标准大气压下机翼下面每平米有将近10吨力的空气压力哦。另外，同一架飞机气流分离的迎角角度应该是相同的，而我们可以看到在不同载重量情况下的同一架飞机它的失速角度却大不相同。民航客机在空载少油的情况下也能做30度大仰角的飞行表演。更不用说推重比更大的战斗机失速仰角可达60度甚至更大.推重比大于1的战斗机几乎可以说没有失速迎角。

这样看来飞机失速仰角与飞机推重比有很大关系。而飞机的实时推重比并不是一成不变的而是一个动态变化数值。拿民航客机中最常见的波音737-800和空客320neo为例，最大推力和最大起飞重量的比值大约是0.31。这是起飞时的推重比，当快要到达目的地时由于油料消耗减重约5分之1。那此时的最大推重比可达0.38，临界仰角也增大到了约22度，此时最大推力情况下飞机要达到22度仰角附近才开始进入失速状态。另外飞行过程中操纵油门大小也能控制推力的大小，推力的变化也能改变实时推重比。所以飞机的失速仰角并不是一个固定值，它随实时推重比的变化而变化，实时推重比越大失速仰角越大，实时推重比越小失速仰角越小。这也是为什么飞机满推力的时候在失速仰角内没失速，一旦减小推力仍不降仰角就可能会失速的原因。

举例：最大净推力120吨，重400吨的飞机，满推时失速仰角为17.45゜附近，当飞行员减小油门使推力减为90吨力时，飞机仍以17゜左右仰角飞行就必然要进入失速状态，若要改出初期失速状态，最直接的就是加油门和降低仰角。

那么失速仰角怎么计算呢？很简单！且不需要教科书计算方法中的升力系数，只需知道实时净推重比就可以。

sin失速仰角=实时净推重比

举例：重400吨的飞机实时净推力120吨

实时净推重比=0.3=sin17.45゜

得出此时飞机的失速仰角为17.45度。

到此我们知道失速仰角其实就是临界仰角。为什么大部分客机的临界仰角为

15゜—18゜。因为客机推重比一般为0.25—0.3对应的正弦值差不多是

sin15゜—sin18゜

为什么是这样算的？请看下图：

图D6

进入失速状态后，为什么升力就会小于重力呢？究竟是什么原因造成的呢？从上图我们知道升力是由飞机推力和气动力的合力组成。而气动力（坡撑力）的大小是有上限的，它由总压坡力的大小决定。因为它们是一对力方向相反大小相等的反作用力。就好像你永远称不出比你体重更大的重量一样。当仰角越来越大的时候，重力压坡分解力也越来越小，导致气动力的上限跟着变小，到最后气动力和推力的合力小于重力，造成飞机失速往下掉高度。而并不是气流分离造成的，这是教科书的第三个错误。

那么巨大的气动力R（坡撑力）又是怎么产生的呢？

首先空气作为一种实体物质它是有质量的，机翼改变了空气的运动方向和速度就一定会受到一个反作用力，这种撞击力有多大呢？若一架飞机以278km/h（77m/s）的空速起飞，拿台风的风速来对比一下。

图D7

从上表中我们可以看到12级飓风只有36米/秒。飞机起飞时面对的空气来流相对速度超过了70米/秒的18级大风（陆地少有），可以想象撞击反作用力有多么的大。如果忽略如此大的撞击升力不计，单讲伯努利原理流速差产生升力是多么的荒唐！

这种撞击反作用力是空气动力的一个组成部分，但不是全部。另外由于机翼攻角对气流运动方向的偏转导致大量空气分子去挤占机翼下方的空间，造成机翼下方空气密度变大的同时机翼下表面的空气压力也变大。第三，机翼的攻角还会造成机翼上方的气压变小，那么机翼上方的空气压力究竟是怎样变小的呢？请看下一节。

第五节

机翼上方的低压区是怎样产生的？

本节作为全文的压轴，将解释飞机机翼上方的低压区是如何产生的。

先作一个小实验，用水代替空气，木板代替机翼。

图E1

从上图可以看出，当木板划过水时候木板后上方会出现水“真空”，于是机翼上方便产生了低压区。

上面的实验用的流体是水，那么如果是空气会不会也像这样产生低压区呢？答案是肯定的，我们现实生活中就有现成的例子。

比如我们的汽车行驶过程中车尾就会产生一个低压区，下雨天低压区会把污水雾吸到SUV汽车后窗玻璃上，让后窗玻璃变得很脏。

又比如自行车比赛时第二名车手喜欢紧随第一名，因为前面的车手背后面会产生低压区，后面跟随的车手吃尾流便可以节省体力，就像下图中的乒乓球一样跟随木板前进。

图E2

图E3

图E3乒乓球跟随

当机翼划过流体产生瞬间水“真空”的时候，周围的流体会快速去填充水“真空”，乒乓球便一路跟随流体去填充机翼后方不断产生的水“真空”。

所以我们SUV汽车后窗的污迹，自行车吃尾流等现象都是同样的原理，跟随流体填充真空而产生。

那么究竟为什么会产生瞬间真空呢？

首先我们来到微观层面，空气是由一个个微小的空气分子组成的，虽然空气分子很小，但每一个空气分子都要占据一定的微小空间。有句话叫一个萝卜一个坑，把一个个的空气分子比喻成一个个的萝卜，当机翼运动时把空气分子推离原先所占据的空间后会留下一个又一个“萝卜坑”（真空），由于流体内部任意方向都存在的压强，空“萝卜坑”周围的萝卜会迅速进行填充。

在某一空间内，设蓝色小点点为单个的空气分子

图E4

空间内充满了空气分子

图E5

然后放入一个实心铁块，铁块所占据空间的空气分子被挤走，没有空气分子。当铁块突然消失时，铁块原来所占据的空间瞬间变真空。

图E6

铁块不会突然消失，但可以移动，当铁块移动时后面会出现瞬间真空。周围的空气分子会迅速填补瞬间真空。

图E7

本来10个萝卜占10个坑，出现瞬间真空时，坑也许变成了12个或更多，这样10个萝卜就不够填满12个坑了。于是瞬间真空以及周围空气密度就变小了，空气密度变小同时压强也跟着变小了。

图E8

上图E8中，是机翼划过空气的轨迹，机翼后方会产生一连串的瞬间真空。然后附近的空气会迅速填补，拉低机翼后上方空气密度而产生低压区。

图E9

上图E9中，烟雾本来是向上流动的，但风扇一开烟雾立即向风扇后面流去。流体会从高压区流向低压区，正是因为风扇叶片将空气分子推向前方，导致风叶后方持续出现瞬间真空而产生低压区，然后风扇后方附近的空气分子源源不断向低压区流动去填补瞬间真空。

有的解释误认为是涡流产生机翼上方的低压区，然而事实上涡流却是空气填补瞬间真空时的产物。低压区和涡流的前后因果关系不能搞反了。必然是先有瞬间真空这个低压区后才有涡流的出现。而不是先有涡流后有低压区。

所以瞬间真空是因，涡流才是果。

前因后果不能搞反了。

但填充真空的速度根据流体内部的压强大小来决定，压强越大填充速度越快，压强越小填补速度越慢。但只要填补过程有时间差，就一定会产生低压区。机翼的相对速度越快，空气越来不及填补真空，所产生的瞬间真空越大，反之越小。

图-慢中快划水

图E10

上图E10可以看到快速划水时，水“真空”明显变大。

虽然标准大气压下的压强比图中水压强要大很多，但同时飞机的速度也比木板速度快很多。所以把水换作是空气依然会产生低压区。

到此，我们找出了机翼上方低压区产生的原因。但低压区也并不是升力的全部，发动机推力也是组成升力的一部分。

回顾全文，本文描述了飞机的运动规律，找到了临界仰角（失速仰角）出现的原因，给出了临界仰角（失速仰角）的计算方法，找出了机翼上方低压产生的原因。

全文完

感谢字节跳动提供优秀平台

一一一一一一一一一一一一一一一一一后续文章预告：

《破解世界未解之谜（2），风筝的飞行原理》

风筝没有可控水平尾翼，当风速变化时它是怎样巧妙控制俯仰角？风筝无动力，它是怎样获得上坡力的？风筝线为什么必须与风筝上轴线成一个锐角？在来流不变化的情况下风筝为什么不能悬停在放风筝人的头顶正上方？

《破解世界未解之谜（3）自行车平衡原理》此文将实打实给出数学计算方法。不管是有人骑的自行车，没人骑的自行车，还是在跑步机上骑的自行车，通通都能找到它们怎样保持平衡的答案。