【简介：】飞机有很多种类，不过一般主要用到两个原理:1、伯努利原理。即物体表面的流体压强和流速相关，一定范围内流速越快压强越小，所以一般机翼、旋翼和螺旋桨的上和前表面弧度较大，让空
飞机有很多种类，不过一般主要用到两个原理:1、伯努利原理。即物体表面的流体压强和流速相关，一定范围内流速越快压强越小，所以一般机翼、旋翼和螺旋桨的上和前表面弧度较大，让空气的流过路径更长以获得升力和推力；2、作用力和反作用力原理，作用力=反作用力。所以飞机对空气或喷气施加一定的力获得反作用力，即升力和推力。
飞机的飞行原理：
1、机翼的侧剖面是一个上缘向上拱起，下缘基本平直的形状。所以气流吹过机翼上下表面而且要同时从机翼前端到达后端，从上缘经过的气流速度就要比下缘的快。根据伯努利方程：同样是流过某个表面的流体，速度快的对这个表面产生的压强要小。因此就得出机翼上表面大气压强比下表面的要小的结论，这样子就产生了升力，升力达到一定程度飞机就可以离地而起。
2、喷气式飞机向后方喷出气体，给气体向后的推力，同时气体给飞机向前的推力，提供飞机飞行的动力。
飞机设计中用到哪些仿生学原理？
1楼生物学家通过对蛛丝的研究制造出高级丝线，抗撕断裂降落伞与临时吊桥用的高强度缆索。船和潜艇来自人们对鱼类和海豚的模仿。 响尾蛇导弹等就是科学家模仿蛇的“热眼”功能和其舌上排列着一种似照相机装置的天然红外线感知能力的原理，研制开发出来的现代化武器。 火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理。 科研人员通过研究变色龙的变色本领，为部队研制出了不少军事伪装装备。 科学家研究青蛙的眼睛，发明了电子蛙眼。 白蚁不仅使用胶粘剂建筑它们的土堆，还可以通过头部的小管向敌人喷射胶粘剂。于是人们按照同样的原理制造了工作的武器―一块干胶炮弹。 美国空军通过毒蛇的“热眼”功能，研究开发出了微型热传感器。 我国纺织科技人员利用仿生学原理，借鉴陆地动物的皮毛结构，设计出一种KEG保温面料，并具有防风和导湿的功能。 根据响尾蛇的颊窝能感觉到0.001℃的温度变化的原理，人类发明了跟踪追击的响尾蛇导弹。人类还利用蛙跳的原理设计了蛤蟆夯。人类模仿警犬的高灵敏嗅觉制成了用于侦缉的“电子警犬”。科学家根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。 1、球型宫殿：非洲文鸟用喙和脚巧妙编织而成的圆巢，它从一个圆支架做起，形成一个圆球最后再将其悬挂在树枝上。 2、稳定的轻质结构：田蜂筑造的纸盒型巢十分精致，它虽然是一种轻质结构，但有令人难以置信的稳定性。 3、完美的胶合：织网蚁的巢是用树叶粘合而成。它们的幼虫能够吐出粘合剂，是理想的胶水瓶。 4、树上圆塔住宅：楼群居雀的居所看起来就像架在树上的一个摇摇欲坠的柴草堆，但其结构十分牢固，能够维持几十年，经常是到树不堪重负被压断为止。 5、树杈上的灶灶：鸟的巢是用粘土砌成的，一般选在较为安稳的树杈上。一个巢大约需要2500粒粘土，都是灶鸟用喙衔来的。 6、平台建筑群：热带无刺蜂用蜂蜡建筑蜂巢，层层叠叠结合在一起，通常有40层，外表看起来就像是电影《星球大战》中的航天飞船，能够安置10万户居民。 7、带空调的古堡：白蚁能够通过一种匪夷所思的管道系统改善巢内的温度状况，白天制冷，夜里供暖。 水母几乎全部由水构成，它身体中的水分实际上占到了百分之九十八，组成它身体的分子之间，有着大量的液体，经过提炼就能从中获得日常用的聚合胶
天鹅绒、鲨鱼皮与飞机在空气动力学设计上的创新有何相干？在航空学领域，越来越多的新想法都来源于自然界中各种各样的结构、器官和材料。在未来，这些在大自然中经过无数次尝试与检验洗礼的设计仍将成为激发我们创意的巨大源泉。
天鹅绒、鲨鱼皮与飞机在空气动力学设计上的创新有何相干？有一个专门的学科可以给你答案。此学科致力于从大自然中汲取灵感并效法自然。它就是“仿生学”。其设计灵感皆源于自然。仿生学家通过研究和模仿自然界中最优秀的创意来解决人类遇到的种种问题。在航空学领域，越来越多的新想法都来源于自然界中各种各样的结构、器官和材料。在未来，这些在大自然中经过无数次尝试与检验洗礼的设计仍将成为激发我们创意的巨大源泉。
【荷花效应】
在现在的进化阶段，荷叶表面的角质可以使其表面的雨水滚落并带走污浊以保持自身的清洁与干燥。这就是“荷花效应(the Lotus Effect)”。荷叶的这种特性激发了人们在机舱设备涂层设计上的灵感。这种涂层可以使水分以滚珠的形式流走并同时去除污物。这样就提高了飞机的清洁度，同时还能省水，减重，降耗并减少碳排放。此灵感已经在空客飞机上的卫生间得到了应用。在未来，座位和地毯的材料也很可能被这样设计。
【可移动的机翼表面】
海鸟可以通过喙部察觉出空气中的阵风荷载量(Gust Load)，并通过调节翅膀的形状抑制升力。新型的空客A350 XWB在机头的探测器就可以检测风力并利用其可移动的机翼表面提高飞行效率。此设计可以进一步节能减排。
【来自老鹰的翼尖帆设计灵感】
对于像草原雕这样的大型鸟类，如果其翅膀过长，转向时的半径就会过大，从而使其在飞翔时无法利用热空气柱上升。实际上，鹰的翅膀完美地结合了最大的升力和最小的翅膀长度。它们会将翅尖羽毛向上卷曲，从而形成近乎90°的夹角。这能减小空气中的漩涡，提高飞行效率。若按传统方法设计，A380的翼幅将比国标机场可容纳的距离大出3米。不过，多亏了“翼尖帆(Winglet)[1]”――这种小巧的设计模仿了鹰类向上卷曲的羽毛，A380的翼幅比国标机场限值还少20厘米，却可以为世界上最大的客机提供足够的升力和飞行效率（节能、减排并减少机场拥堵现象）。
【猫头鹰的静音飞翔】
经历了2000万年的进化，如今，猫头鹰已拥有锯齿状的翅羽以及绒毛状的腿部羽毛。这可以帮助它们最大限度地减少气动噪声。尽管相比于40年前的飞机，现代飞机的噪声已经降低了75%，空客工程师仍希望通过进一步的研究，揭示猫头鹰静音飞翔的奥秘。新的创意包括：模仿猫头鹰羽毛后缘的可伸缩式刷子边缘及天鹅绒般的起落架涂层。
【仿生学应用】
自然界的许多生物，如：蜜蜂、蝴蝶，都拥有应对多种环境的轻型、适应性强的骨架。因此，空客希望将“仿生学结构”应用到未来的飞机结构设计中。如果气动表面可以变得更轻并更能适应各种环境，那么，飞机即可减重、减排。空客工程师还在探索新的制造工艺并希望将这种“仿生学骨架”应用到未来飞机结构中，使其更轻、更具机动性。
【“沟状”鲨鱼皮】
鲨鱼皮表面充满了微小的沟槽结构。科学家发现这种结构可以减少鲨鱼在水中的阻力，并有利于其在捕食时保持体力。在过去30年中，航空工程师一直对“鲨鱼皮”（Groovy Skin or Riblet, 术语称“沟槽结构”）进行研究和实验。这项研究最终将被应用到空客飞机的制造中。正如“鲨鱼皮”结构能使运动中的鲨鱼减少能量消耗，这些微小的沟槽也将帮助喷气式飞机降耗。
【蝴蝶的翅膀】
蝴蝶和一些昆虫可谓是地球上最精美的生物了。但其华丽的外表也掩饰了其复杂精细的翅膀结构。这些翅膀可是它们高效飞行的利器。它们柔软的外膜和血管（微毛细血管）时紧时松，使其能在任何飞行阶段都收放自如。同样，空客工程师已研发出可以在飞行中自动翻转的机翼。但如果可以控制其转动，那么飞行效率将得到提高，能耗也会降低。目前，工程师们正在研究是否能够效仿蝴蝶的微毛细血管翅膀结构，在机翼设计中采用小型可移动表面及灵活的内部组件，从而提高飞行效率。
【列阵飞行】
在自然界中，大型鸟类有时会集体飞行以节省能量并增加飞行距离。列阵飞行时（就像迁徙时的鹅或鸭那样），领头鸟的翅膀会产生漩涡状气流，其后的鸟就会因此得到额外的升力，也就是说会省力。机翼也可以有同样的效果，我们称之为“尾涡”(Trailing Vortex)。军用飞机经常利用列阵飞行减少能耗（燃油量）。目前，客运喷气式飞机出于安全考虑，还没有使用这种方法。不过，空客正与其合作伙伴研究在长途飞行中节能减排的方法。
感谢Wildscreen ARKive[2]项目团队的仿生学蝴蝶标志。
译注：
[1]翼尖小翼（winglet或wingtip），又称作翼梢小翼、翼尖帆或翼端帆，通常用于提高固定翼航空器机翼的效率，也可用来改善航空器的操纵特性。
[2]Wildscreen是一个致力于通过极具视觉冲击力的生物图片鼓励人们关注自然和生物多样性的慈善组织。ARKive是其最核心的项目之一。此项目旨在组建野生物种图片的电子图书馆，尤其针对濒危物种，为后代保留珍贵影像。ARKive汇集了全球顶尖野生动植物摄影家和7500多家网络资料提供方。其资料向公众免费开放。
（编译：princeegypt；via airbus）
