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固定翼飞机是通过涡轮发动机产生前进的推力，飞机高速前进使气流快速流过机翼，从而产生升力，如图1.3.1所示。固定翼飞机的机翼相对于飞机的机身是固定的，而直升机、多旋翼飞机等旋翼飞行器的机翼不是固定的，旋翼飞行器的升力是通过旋翼的旋转产生的。但无论是在天上飞行的固定翼飞机，还是悬停在空中的旋翼飞行器，它们的机翼在获得升力的同时，机翼与气流之间也在发生相对运动。并且固定翼飞机与旋翼飞行器的机翼剖面形状是相似的，如图1.3.1所示，因此它们产生升力的原理也是相同的。
图1.3.1 气流流过机翼
固定翼飞机和旋翼飞行器的飞行离不开空气，正是机翼与空气的相互作用让它们获得了升力。空气在流过机翼的过程中会发生哪些现象？升力又是怎么产生的？接下来通过实验探究空气动力学现象。
附壁效应是指气流或水流会附着在弯曲物体的外表面，从而偏离原来运动方向的一种流动现象，这个现象是亨利·科恩达（Henri Coandǎ）发现的，亨利·科恩达是罗马尼亚的发明家和空气动力学家，人们为了纪念这位科学家，把这种效应称为科恩达效应。例如，在使用杯子、碗、酒瓶等容器倾倒液体时，在倾角不大的情况下，液体容易沿着容器的外壁流动，如图1.3.2所示。将横着的圆柱形水杯逐渐靠近正在向下流动的自来水，原本竖直下落的水流开始沿着水杯弯曲的外壁流动，如图1.3.3所示，这些都是液体的附壁效应。
图1.3.2 倾倒液体
图1.3.3 水流的附壁效应
水流的附壁效应往往比气流的附壁效应更明显，以图1.3.3为例，在空气中竖直向下流动的自来水会紧贴水杯弯曲的外表面流动，其主要原因是水与杯子之间存在着吸附力，并且水流的表面也有很强的张力，在这两个力量的共同作用下，把水“拉向”了水杯的外表面，可以理解为水流是被水杯吸过去的。
试一试
打开自来水龙头，自来水缓缓流下，将勺子用细绳悬挂竖起并向水流靠近，用勺子的背面去接触水流，如图1.3.4所示，在这个实验中除了可以看到水流的附壁效应，你还能观察到什么？
图1.3.4 用勺子靠近水流
实验器材： 圆柱形杯子、蜡烛、点火器。
实验过程
将点燃的蜡烛立在桌面上，然后在蜡烛的正前方放置一个玻璃杯，玻璃杯需要高于火焰的高度。在与蜡烛火焰差不多高度的位置，隔着玻璃杯向蜡烛的方向轻轻吹一会儿，如图1.3.5所示。看看火焰有什么变化。由于实验中用到了明火，请在成人指导下进行实验，实验时注意安全。
图1.3.5 隔空吹蜡烛
实验现象
隔着杯子吹蜡烛时，蜡烛的火焰会熄灭。这是因为吹出的气流虽然被玻璃杯阻挡，但由于科恩达效应，气流会沿着圆柱形玻璃杯的外壁流动并到达火焰的位置，如图1.3.6所示，从而吹灭蜡烛。
图1.3.6 流经玻璃杯外壁的气流示意图
在隔空吹蜡烛的实验中，当气流刚到达玻璃杯外壁时，气流将沿着玻璃杯外壁的左右两侧流动，由于空气具有黏性，气流在经过玻璃杯表面时会不断带走玻璃杯表面附近的空气，在图1.3.7所示的示意图中，空气的黏性将会让气流带走深蓝色区域的空气，玻璃杯的表面就会形成低压区，在大气压的作用下，气流被大气压压向玻璃杯表面，如图1.3.8所示，从而让气流沿玻璃杯表面流动，这就是流动空气的附壁效应形成的原因。
试一试
在隔空吹蜡烛的实验中，如果用一个长方体盒子来代替玻璃杯的位置，隔着玻璃杯向蜡烛的方向轻轻吹一会儿。看看火焰有什么变化。并解释其中原因。长方体的盒子可以是牙膏盒或其他类似形状的盒子，盒子的高度要大于火焰的高度，如果是纸盒或塑料盒，可以用铝箔纸将盒子包裹起来，避免盒子被蜡烛点燃。
丹尼尔·伯努利是瑞士的数学家、物理学家。1726年，伯努利通过无数次实验，发现流速与压强存在这样的关系：无论是气体还是液体，流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。为纪念这位科学家，人们把这一发现称为“伯努利原理”。
例如，在如图1.3.9所示的一个粗细不均的管道中，水流在管道粗的地方流速慢，在管道细的地方流速快，这就好比河道中的水流，河道越宽水流越缓，河道越窄水流越湍急，根据伯努利原理可以得知，管道中的水流在流速快的地方压强小，流速小的地方压强大。向类似这样的管道中吹入气流也会得出同样的结论。
图1.3.9 管道中的水流
当空气流经机翼的前方时，一部分空气会流过机翼的上方，另一部分空气会流过机翼的下方，由于机翼的下表面几乎是平直的，对流经机翼下表面气流的速度和方向几乎没有影响，机翼下表面受到的气压也接近于大气压。
机翼的上表面是凸起弯曲的，如图1.3.10所示，当气流流过机翼时，由于附壁效应，原本直线流动的空气被机翼弯曲的上表面吸了过来，沿着机翼的上表面流动，一直流向机翼的后下方。气流弯曲产生的“离心力”使得机翼的上表面形成了低压区，低压区里的气压要比大气压小得多。
图1.3.10 流经机翼的气流示意图
比较机翼的上、下表面受到的气压和压力，由于机翼下表面的气压大于上表面的气压，机翼受到的总压力向上，而这个总压力就是飞机的升力，所以机翼的升力是由于机翼上、下表面受到的压力差产生的。在图1.3.11中，机翼上方或下方的颜色越深，压强越大。
图1.3.11 机翼压强分布
低压区对将要流过来的空气也有吸的作用，造成上表面气流的加速运动。根据伯努利原理也可以推理出，压强小的地方流速大，所以机翼上表面的气流速度比机翼下表面的气流速度快，如图1.3.12所示。
图1.3.12 机翼上表面流速比下表面流速快
飞机在正常飞行情况下，机翼上表面的气流是沿着机翼表面流向后下方，随着机翼迎角的增加，升力也会提高，但前提是气流仍然沿着机翼上表面流动，当迎角超过一定角度时，气流开始与机翼上表面分离，导致机翼上表面的压力上升，这将使得飞机的升力突然减少，阻力急剧增大，不能保持正常飞行的现象，这就是失速。失速过程中，飞机的高度会迅速降低。
飞机失速意味着机翼上产生的升力突然减少，从而导致飞机的飞行高度快速降低。需要注意的是失速并不意味着发动机停止了工作，或是飞机失去了前进的速度。飞机失速的典型特点是机翼上表面气流分离（图1.3.13），飞机操纵失效。
图1.3.13 机翼失速（上表面气流分离）
机翼的升力系数与迎角存在一定关系，如图1.3.14所示，当机翼的迎角在某个临界值范围内时，飞机的升力系数随着迎角的增大而增大，当超过这个临界值后，飞机的升力系数就会随着迎角的增大而减小。这个临界值就是临界迎角，多数飞机的临界迎角在18°左右，当失速时，飞机会产生失控的颠簸运动，发动机发生振动，驾驶员感到操纵异常。其实飞机在接近失速时，已开始呈现抖动，这就是失速的警告信号。随着机翼迎角的进一步增大，飞机的抖动和摇晃会进一步加剧，飞机会加快进入失速状态。
图1.3.14 升力系数与迎角的关系
失速是因为机翼的迎角超过临界迎角，所以失速时最重要的措施是及时降低迎角。飞行员可慢慢向前推杆，同时将发动机功率缓缓地增加至最大，以增大飞机的飞行速度，尽可能减少高度损失。所有的这些操作必须非常柔和，不要动作过大或过快，要缓慢推杆，缓慢增加功率，不然可能导致飞机进入失速状态，此时也要谨慎使用副翼，避免飞机滚转。