【蓝天之梦】02，翅膀与机翼
蓝天之梦
导 语
当人类站立起来，把目光从地面引向空中后，就开始梦想着能像鹰一样在蓝天上翱翔。
宇宙的基本原理具有随机性，生物靠随机性来变异，靠死亡和幸存获得筛选，但是人类不满足上帝似乎不太公平的的安排，为此我们靠大脑和双手制造出了翅膀，飞上了蓝天，实现了人类飞天之梦，这就是人类文明。
庄子在【逍遥游】一文中说：若夫乘天地之正，而御六气之辩，以游无穷者，彼且恶乎待哉？意思是只要遵循宇宙万物之规律，把握六气之变化，就能飞翔遨游于无穷无尽的境域，他还需要仰赖什么呢？这是庄子的空气动力学，属于狭义飞行相对论，因为老庄可能认为曲率张量是0。
庄子接着又说：故曰：至人无己，神人无功，圣人无名。意思是至人能够达到忘我的境界，精神世界完全超脱物外，这是庄子对待飞翔的态度，属于庄子的空气动力哲学。这时老庄可能看到了时光的曲率，意思到了微分同胚诱导下的对称性，于是他直接拐弯到人的心灵深处，就产生了老庄版的广义飞行相对论。
都说少学孔孟老学庄，意思就是孔孟是教你入世的，老庄是教你出世的。到了该学老庄的年龄，就按照老庄的教诲去学习飞行吧。
【蓝天之梦】就是本着老庄广义飞行相对论，以无为的境界去学习飞行，没有任何功利目的，并且试图从一些特殊的视角，与读友们一起顺着老庄的空气动力哲学思路，去探讨空气动力学。
【战地日记】通过战争的视角，记录了第一代空军人如何怀揣梦想，从陆地猛虎变为蓝天雄鹰。他们最初像一只雏鹰那样，挣扎着在暴风骤雨中学会了飞，并且在战火纷飞中逐步成长，在枪林弹雨中展翅翱翔，最终成长为一只目空天下、搏击苍穹的中华雄鹰。
【蓝天之梦】则通过刚学到的航空理论，结合当年先辈们的战斗经历，活学活用，把理论和实战相结合，技术和战术相对接，沿着先辈们在蓝天留下的痕迹，试图在浩渺的历史空间寻找一幕幕电闪雷鸣的瞬间，在那些逝去的蓝天空战中解析成与败，胜与憾的因果。
寻找历史真相，还原战斗过程，【蓝天之梦】除了与读友一起研究老庄飞行相对论，探讨航空理论知识外，还期待在分析战例时，能为历史留下足迹，为后人祭奠先辈提供素材荤料，饕军事历史爱好者魂牵梦绕之瘾。
飞机为什么能飞上天，这是每一个乘坐飞机的人都会思考的问题。
世界上能飞的东西很多，例如小鸟、昆虫、飞机、火箭、气球等。这些能飞的可以分为两大类：一是比空气轻的（Lighter thet air），例如氢气球，它是靠空气的浮力升空的。二是鸟、飞机、载人热气球、火箭、翼装飞行器等，它们是靠升力克服了重力而升上天空的。
一
鸟是如何飞上天空的
鸟类以及其它能飞的动物，例如蝙蝠都有一个共同的特点，就是它们都有翅膀，而且翅膀都很大（翼展），相对于自身的重量，翅膀越大越有力的鸟，飞的越高越快。
古人观察鸟类飞行，衍生了半经验飞行理论（Semipirical flight theory），那是属于仿生学范畴的。
公元852年，一位叫阿巴斯.伊本.菲尔纳斯的西班牙人，在科尔多瓦从教堂顶上借助秃鹰的翅膀一跃而下，着陆时摔伤，评论家认为他缺少尾巴。
【汉书.王莽传】记载，王莽招募特种兵，一位勇士应征，身上绑上鸟的羽毛，据说飞了数百步。
01
翻阅了许多资料后，我闭上眼睛，回想着鸟儿飞行的特征，总结出以下几点：
1，挥动翅膀产生的升力。鸟的翅膀向上挥动的时候，羽毛像百叶窗似的打开，气流可以穿过翅膀，阻力很小，当翅膀向下挥动时，相当于百叶窗关闭，空气会给翅膀非常大的升力，当升力大于重力的时候，鸟就腾空而起。
2，翅膀张开前进时产生的升力。鸟在飞行时，即使不挥动翅膀也能产生升力，那是鸟的翅膀前厚后薄，并且向下弯曲，这种几何形状也会产生升力，这给人类以极大的启发。
3，利用上升气流产生的升力。由于地表附近的空气温度变高，体积膨胀，密度降低，热空气就会上升，鹰就是最善于利用上升气流在空中盘旋的。
4，鸟的翅膀挥动不是上下的，而是有一定角度的，这样鸟不仅能获得向上的升力，还能获得向前的推力，从而克服与运动方向相反的阻力。
5，鸟类能够平稳飞行，并且能够快速爬升和俯冲，主要是靠其尾巴控制，尾部产生负升力，这样向上的升力、向下的重力和负升力三者平衡，使得鸟飞行的稳定。
6，鸟具备完美的流线型身材，使得它们在飞行中能减少气动阻力。
7，大型的鸟起飞需要助跑，也就是扑翼起飞，目的是使高速气流通过翅膀产生升力。
8，鸟在降落的时候会把两腿前伸，这就是起落架的作用。
通过对鸟的观察可以理解为：一是鸟能够摆脱重力而飞上天空，主要是依靠翅膀获得了动力，这和鸟的自身重量与翼展的比值有关系，翼展越大，飞行的越轻松；二是鸟能获得较大的升力，与翅膀的形状有关系，鸟的翅膀不是平的，而是有弧度的。
02
那么鸡为什么飞不起来呢？
鸡的目光自从瞄向地面后，他的翅膀就退化了，自身的重量与翅膀的翼展比太大所致。
例如把鸡中翅放进空气炸烤箱里，15分钟后油呲呲作响，可以想象一下，如此肥嫩的翅膀如何能挥动气流飞起来。
当然也有例外，【围炉夜话】第四十一篇里，关于斗鸡的故事是如此记载的：
斗鸡把屁股翘起，头低下来，转了几圈后，开始互相尝试着寻找对方的破绽，双方紧张的咯咯直叫。
翅膀开始慢慢张开，忽然开始互相攻击，一开始主要是用鸡啄攻击对手的头部，可以看到头皮已经开始鲜血淋漓，两只鸡谁也不示弱，场外的赌徒们开始呐喊，声嘶力竭的喊叫，好像自己就是那斗鸡一样，十足的代入感。
斗了一会儿，两只鸡开始拉开距离，在喘息中窥视对方，寻找攻击点和出击的机会。
突然两只鸡飞了起来，鸡的弹跳能力那么好，真的出乎我的意料，两只鸡飞起来，平衡后，身体呈后仰状，两只爪子向前伸。
只见那尖尖的爪子随着鸡后仰，爪子尽量抬高，前伸，然后奋力的一收身子，鸡胸往前一挺，两只尖爪子狠狠的向对方撕去，顿时一地鸡毛，鲜血从鸡的身上向下淌，高卢鸡把对方的鸡眼给撕裂开来。
两只鸡愈斗愈勇，脸下方那块脖子的皮都爆了起来，斗鸡的战斗情绪彻底的被激了起来。
平时我们说有些人喜欢斗嘴，喜欢脸对脸的叫骂，就说这人像打了鸡血似的，就是现在斗鸡的模样。
半场暂停开始，双方把斗鸡收回后，细心的抚摸，按摩，喂食。然后开始给斗鸡的鸡爪子绑上锋利的小刀，My God，这不就是F-86（佩刀战斗机）嘛，这是我没有想到的，世界竟然如此残酷，如此残忍，如此残暴。
裁判手一挥，比赛继续开始，不知道谁是这竞技场上活到最后的斯巴达。
两只鸡在场地里转圈，在等候机会，那只高卢鸡，高傲的抬起头，蔑视着对方，它渴望着再次取得胜利，因为胜利后等待着它的是，那只带着7只小高卢的，名叫凯西（Kathy）的老情人。
转着转着，突然两只鸡往前冲了几步，就像F35B飞机起飞时的短距滑跑(Stovl)，然后腾的一下跃了起来，鸡身后仰，类似战斗机做眼镜蛇动作似的，身体在惯性作用下尽量保持高度。
大凡当过飞行员，而且是玩儿过战斗机的飞行员，十分了解空战中获得高度的意义。
看着这两只斗鸡的飞行动作和战术技巧，我在思考：
这斗鸡训练员,一定熟读战斗机黑手党John的能量机动原理,并且代入到训练中来。
你看那鸡翅膀张开的动作，一定是美国西北大学热动力系的教授编写的教材里学来的熵理论，利用翅膀的下半部和尾巴的回翘，使……
我赶紧拿出纸和笔，一场惊心动魄的鸡斗，将要创造一门崭新的斗鸡仿生学：战斗鸡黑手党能量机动理论。我分析：
1，鸡翼摆动产生的升力，沿着鸡中轴线，由两侧回旋，形成空气升力涵道。
2，鸡身向前挺，造成空气阻力，这阻力空气向下产生的反作用力，使鸡获得悬停和平衡。
3，鸡尾部垂直并且内摆，产生的空气内旋，形成一个独立的内涵道。斗鸡通过尾巴摆动克服升力的熵增，并且形成负升力，平衡了升力与重力。
4，公式：悬停造成的升力损失+鸡重力—阻力获得的负熵/有效载荷+升力裕度+独立内道涵=鸡的悬停高度。
好了，等战斗结束跟高卢鸡好好聊聊。
说时迟那时快，两只斗鸡把头向后一仰，鸡爪超过头顶，亮晃晃的刀子在空中划过，然后鸡屁股一翘，鸡胸部一挺，鸡爪子从上往下一划......
身起刀落，咔嚓一声，两只鸡都落在地上，只是瞬间，一只鸡的左机翼断裂，鲜血直喷，已经斜靠在地面，难以动弹。
编号F-17的高卢鸡，脖子2/3处被直接砍断，鸡头被剩余的鸡皮连着，耷拉着靠在鸡胸部上。
可怜的F-17高卢鸡，还是昂着高傲的半截脖子，一股绝不服输的神气，拖着被砍断的脑袋继续往前冲，毫无方向的寻找着目标，一摇一晃，向对方咯咯咯叫着：我还活着，我要杀了你……
也许它心里正惦记着凯西和那七只小高卢。
走着走着，突然高卢鸡身一歪，倒在了斗鸡场中央，脖子还翘起来，意思是：哥们儿，我记住你了，下回我一定拍死你丫的……
二
从翅膀到机翼
上帝没有给人类翅膀，但是给了人类大脑和双手，于是人类发明了飞机。
首先明确一下飞机的定义：飞机（Airplane），是指具有一具或多具发动机的动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。
教程里是这样描述的：An airplane or aeroplane (informally plane) is a powered, fixed-wing aircraftthat is propelled forward by thrust from a jet engine or propeller. Afixed-wing aircraft is an aircraft, such as an airplane or aeroplane (See SpellingDifferences), which is capable of flight using wings that generate liftcaused by the vehicle's forward airspeed and the shape of the wings.
飞机的定义之一就是机翼产生升力，没有翅膀的重于空气的航空器也有，但是从定义上不能称之为飞机。
01
飞机能飞起来是因为飞机在移动的过程中产生了升力，来抵消重力对飞机的影响，升力的产生归根结底就是因为机翼上表面和下表面形状不同而产生的压差。
翼型（Airfoils）是指飞机机翼、尾翼、导弹翼面、直升机旋翼叶片和螺旋桨叶片上平行于飞行器对称面或垂直于前缘（或 1/4弦长点连线）的剖面形状，也称翼剖面或叶剖面。
在飞机的各种飞行状态下，机翼是飞机承受升力的主要部件，而立尾和平尾是飞机保持安定性和操纵性的气动部件。一般飞机都有对称面，如果平行于对称面在机翼展向任意位置切一刀，切下来的机翼剖面为翼剖面或翼型。翼型是机翼和尾翼成形的重要组成部分，其直接影响到飞机的气动性能和飞行品质。
翼型的几何参数：
翼型的最前端点称为前缘点，最后端点称为后缘点。前缘点也可定义为：以后缘点为圆心，画一圆弧，此弧和翼型的相切点即是前缘点。前后缘点的连线称为翼型的几何弦（弦线Chord line）。
但对某些下表面大部分为直线的翼型，也将此直线定义为几何弦。翼型前、后缘点之间的距离，或者前、后缘在弦线上投影之间的距离称为翼型的弦长。
通常飞机设计要求机翼和尾翼尽可能升力大、阻力小、并有小的零升俯仰力矩。因此对于不同飞行速度，机翼的翼型形状是不同的。
低亚音速（Subsonic)飞机，为了提高升力系数，翼型形状为圆头尖尾形。
高亚音速飞机，为了提高阻力发散Ma数，采用超临界翼型，其特点是前缘丰满、上翼面平坦、后缘向下凹。
超音速(Supersonic）飞机，为了减少激波阻力，采用尖头、尖尾形翼型。
02
最早的机翼是模仿风筝的，在骨架上蒙布，基本上是平板。之后在实践中发现弯板比平板好，能用于较大的攻角范围。
1903年莱特兄弟研制出薄面带正弯度的翼型。
儒可夫斯基的机翼理论出来之后，明确低速翼型应是圆头，应该有上下缘翼面，圆头能适应于更大的攻角范围。
一战期间，交战各国在实践中摸索出一些性能很好的翼型，例如：
德国的Gottingen翼型；英国的RAF翼型；美国的Clark-Y翼型，以及三十年代以后，美国NACA翼型（National Advisiory Committeefor Aeronautics），后来演化成NASA（National Aeronautics and Space Administration）；还有苏联中央空气流体研究院研制的翼型。
近现代以来，翼型不断发展，种类越来越多。不同类型的飞机使用不同的翼型。而一些现代飞机已经使用了翼身融合的设计，并由此获取更好的气动性能和隐身能力。
03
美国的NACA翼型是目前种类最多、用途最广、最流行的机翼翼型，而且数据都是公开的。
在西北大学网站上可以非常容易的获取所有资料，供专业或业余航空爱好者学习、参考或设计之用。
NACA的翼型有特殊的编号，从编号就可以知道这种翼型的特性。例如NACA2412：第一个数字2，代表中弧线最大弧高2%；第二个数字4，代表最大弧高在前缘算起40%的位置；第三和第四数字12，代表最大厚度是弦长的12%。
NACA0010，第一和第二都是0，代表对称翼，最大厚度是弦长的10%。
翼型主要分为以下几个类型：
1，全对称翼：上下弧线均凸且对称；
2，半对称翼：上下弧线均凸，但不对称；
3，克拉克Y翼：下弧线为一直线（也叫平凸翼，有很多种）；
4，S型翼：中弧线是一个平躺的S型，这类翼型因攻角改变时，压力中心较不变动，常用于无尾翼飞机；
5，内凹翼：下弧线在翼弦线上，升力系数大，常见于早期飞机及滑翔机，所有鸟类（除蜂鸟）都是这种翼型；
6，其他特种翼型。
在观察一个翼型时，最重要的是找出它的中弧线，然后再看它中弧线上下厚度分布情况。
中弧线弯曲的程度决定了翼型的特性，弧线越弯升力系数越大。
了解了机翼的翼型，就可以进一步了解机翼是如何获得升力了。
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