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气。相反的，当一定容积上空气的压力降低时，空气会膨胀且占据更大的空间。那是因为较
低压力下的最初空气体积容纳了更少质量的空气。换句话说，就是空气密度降低了。事实上，
密度直接的和压力成比例。如果压力增倍，密度也就增倍，如果压力降低，密度也就相应的
降低。这个说法只在恒定温度条件下成立。
温度对密度的影响
增加一种物质的温度的效果就是降低其密度。相反的，降低温度就有增加密度的效果。这样，
空气密度就和绝对温度成反比例变化。这个说法只在恒定压力的条件下成立。
在大气中，温度和压力都随高度而下降，对密度的影响是矛盾的。然而，随着高度的增加压
力非常快的下降是占主要影响的。因此，可以预期密度是随高度下降的。
湿度对密度的影响
前面段落的叙述都假设空气是完全干燥的。实际上，空气从不是完全干燥的。空气中的少量
水蒸气在特定情况下几乎可以忽略，但是在其它条件下湿度可能成为影响飞机性能的重要因
素。水蒸气比空气轻，因此，湿空气比干空气要轻。在给定的一组条件下，空气包含最多的
水蒸气则其密度就最小。温度越高，空气中能包含的水蒸气就越多。当对比两个独立的空气
团时，第一个温暖潮湿（两个因素使空气趋于变轻）的和第二个寒冷干燥(两个因素使得空
气变重)的气团，第一个的密度必定比第二个低。压力，温度和湿度对飞机性能有重要的影
响，就是因为它们直接影响空气密度。
运动和力的牛顿定律
在17 世纪，哲学家和数学家 牛顿提出了三个基本的运动定律。它在这样做的时候脑子里
确定无疑的没有飞机这个概念，但是几乎所有已知的运动都可以回到这三个定律。这些定律
以牛顿的名字命名如下：
牛顿第一定律：一个静止的物体有维持其静止状态的特性，运动中的物体有维持其原有速度
和方向的特性。
飞行员航空知识手册
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简而言之，本质上，一个物体一直保持其运动状态知道有外界力量改变它。停机坪上的静止
飞机会一直保持静止除非施加一个足够强的克服其惯性的力。然而，一旦其开始运动，它的
惯性会让它保持运动，克服施加于飞机上的各种其它力量。这些力量或推动其运动，或减慢
其速度，或改变它的方向。
牛顿第二定律：当一个物体收到一个恒定力的作用时，其加速度和物体的质量成反比，和物
体的所施加的力成正比。
这里所涉及的就是克服牛顿第一定律的惯性的因素。其包含方向和速度的改变，有两层含义：
从静止到运动（正加速度）和从运动到停止（负加速度或者减速）。
牛顿第三定律：无论何时一个物体对另一个物体施加力量，那么另一个物体也对这个物体施
加力量，这个力的大小是相等的，而方向是相反的。
开火时枪的反作用力是牛顿第三定律的形象化例子。游泳冠军在折回时对游泳池壁施加反作
用力，或者婴儿学步－都会失败，但是现象都表现了这个定律。飞机上，螺旋桨转动向后推
动空气，所以，空气向相反的方向推螺旋桨－飞机前进。在喷气式飞机上，发动机向后推动
热空气气流，作用于发动机的反向等大小的作用力推动发动机，使得飞机前进。所有交通工
具的运动都形象的演示了牛顿第三运动定律。
马格努斯效应
通过观察气流中旋转的圆柱可以很好的解释升力的原因。靠近圆柱的局部速率由气流速度和
圆柱的旋转速率共同决定，距离圆柱越远其速率越低。对于圆柱，顶部表面的旋转方向和气
流方向一致，顶部的局部速率高，底部的速率低。
如图2－2 所示，在A 点，气流线在分支点分开，这里有个停滞点；一些空气向上，一些空
气向下。另一个停滞点在B 点，两个气流汇合，局部速度相同。现在圆柱面前部有了升流，
后面有降流。
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表面局部速度的差别说明压力的不同，顶部压力比底部低。低压区产生向上的力称为“马格
努斯效应”。这种机械降低的循环演示了旋转和升力之间的关系。
正迎角的机翼产生的气流使得机翼尾部的停滞点称为尾部边缘的尾巴，而前面的停滞点前到
机翼边缘的下方。
压力的伯努利原理
牛顿发表其定律的半个世纪之后，一个瑞士数学家伯努利先生解释了运动流体(液体或者气
体)的压力是如何随其运动速度而变化的。特别的，它说道运动或者流动的速度增加会导致
流体压力的降低。这就是空气通过飞机机翼上曲面所发生的。
可以使用普通管子里的水流来作个模拟。在恒定直径的管子中流动的水对管壁施加一致的压
力；但是如果管子的一段直径增加或者降低，在那点水的压力是肯定要变化的。假设管子收
缩，那么就会压缩这个区域里的水流。假设在一样的时间流过收缩部分管子的水量和管子收
缩前是一样的，那么这个点的水流速度必定增加。
因此，如果管子的一部分收缩，它不仅增加流速，还降低了所在点的压力。流线型的固体(机
翼)在管子中同一点也会得到类似的结果。这个一样的原理是空速测试和机翼产生升力能力
分析的基础。
伯努利定理的实践应用是文氏管。文氏管的入口比喉部直径大，出口部分的直径也和入口一
样大。在喉部，气流速度增加，压力降低；在出口处气流速度降低，压力增加。如图2－4
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机翼设计
在讨论牛顿和伯努利的发现的章节里，我们已经一般性的讨论了飞机比空气重而机翼为什么
能够维持飞行的问题。或许这个解释能够最好的简化为一个最基本的概念，升力就是机翼上
空气流动的结果，或者用日常语言来说，就是因为机翼在空气中的运动。
由于机翼利用其在空气中的运动产生力量，下面降会讨论和解释机翼结构以及前面讨论的牛
顿和伯努利定律的材料。
机翼是一种利用其表面上运动的空气来获得反作用力的结构。当空气收到不同的压力和速度
时，其运动方式多种多样。但是这里讨论的是限于飞行中飞行员最关心的那些部分，也就是
说机翼是用来产生升力的。看一下典型的机翼剖面图，如机翼的横截面，就可以看到几个明
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飞行员航空知识手册(18)
