✈️ 交通工具 · 第 1 期

飞机是怎么飞起来的?

几百吨重的铁家伙凭什么飘在天上?秘密不在发动机,而在翅膀。这一页,我们把飞机拆开看个明白。

翱翔在云层之上的客机插画
1

先认识它:飞机的身体地图

一架客机看起来是个光滑的「大圆筒加两片翅膀」,但里面分工明确。点开图上的橙色圆点,认识飞机的五个关键部位:

客机侧面剖视图
驾驶舱飞行员在这里工作。面前的仪表和屏幕比一辆汽车多几百倍,自动驾驶系统能完成大部分巡航飞行。
机翼全机最重要的地方!它不只是一块铁板——上表面弯、下表面平的形状,就是飞机能飞的秘密(第 4 节详解)。
发动机挂在翅膀下面的「大风扇」,负责把飞机往前推。下一节我们把它拆开看。
尾翼像箭尾部的羽毛,让飞机保持方向稳定,还负责转弯和升降(第 5 节详解)。
起落架起飞后轮子会收进肚子里,减少空气阻力;降落前再放出来。

▲ 客机剖视图 · 点击橙点看讲解

2

拆开来:发动机里发生了什么?

客机的发动机叫涡轮风扇发动机,它的工作方式可以用一句话概括:大口吸气 → 使劲压缩 → 点火膨胀 → 喷出去。就像你捏瘪一个气球再松手,空气「嘭」地往后冲,气球就往前飞——发动机每秒都在做上万次这样的事。

涡轮风扇发动机剖视图
① 大风扇最前面那个显眼的大扇子。它吸进海量空气——一台大发动机每秒吸进超过一吨!大部分空气直接从外圈喷出,提供约 80% 的推力。
② 压气机一串越转越紧的小叶片,把空气压缩到原来的几十分之一。压缩后的空气又热又稠,随时准备「爆发」。
③ 燃烧室喷入航空煤油,点火!混合气体膨胀到 2000℃ 左右——比熔化的铁水还烫。
④ 涡轮高温气流冲过这组叶片,推动它飞速旋转,通过一根长轴带动最前面的风扇和压气机——它是发动机的「动力回收站」。
⑤ 尾喷口滚烫的气体从这里高速喷出,产生向前的反作用力——也就是推力。

▲ 涡轮风扇发动机剖视 · 数字 = 空气旅行顺序

3

动力之旅:一公斤煤油的能量接力

飞机肚子里装着几十吨航空煤油。这些燃料的能量,要经过一场「接力赛」才能变成飞向天空的力量:

从燃油到升空的四格流程图

▲ 能量的四站旅程

🛢️
燃油煤油里存着化学能,是远古生物留下的「浓缩阳光」
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🔥
发动机燃烧释放热能,变成高速喷出的气流
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推力空气被猛推向后,飞机获得向前的反作用力
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✈️
升力飞机向前冲,空气流过机翼,把飞机「托」起来

注意一个反直觉的事实:发动机不直接把飞机抬上天!它只负责让飞机往前跑。真正产生向上力量的,是机翼和空气的配合。这就像你用力向前扔纸飞机——你的手臂(发动机)只给了向前的速度,让它滑翔上升的,是翅膀的形状。下一节就讲这个魔法。

4

原理深潜:机翼凭什么托起几百吨?

仔细看机翼的横截面:上面弯弯的,下面平平的。当飞机向前冲,空气被机翼劈成两路——

机翼横截面与气流示意图

▲ 上方空气走「弯路」跑得快,下方空气走「直路」跑得慢

流体力学里有个规律:流得快的流体,压力会变小(叫伯努利原理)。机翼上方空气快、压力小,下方空气慢、压力大——下边的空气就像无数只小手,把机翼往上托。同时,机翼微微上仰的角度还会把空气往下「压」,空气的反作用力也把飞机往上推。

🧪 在家就能试:吹纸条

把一张纸条的一端放在嘴唇下方,让它自然下垂。沿纸条上表面用力吹气——纸条会向上飘起来!这就是伯努利原理,你的嘴就是「发动机」,纸条就是「机翼」。

🧪 坐车时试:伸手出车窗

(注意安全,低速时试)把手掌平伸出窗外,然后把手掌前端稍微向上倾斜一点——立刻能感觉到一股力量把你的手往上抬。机翼就是利用这个原理,只不过它有几百平方米那么大。

所以起飞全过程是这样的:发动机开足马力 → 飞机在跑道上越跑越快(时速约 300 公里!)→ 流过机翼的空气越来越猛,升力越来越大 → 升力超过飞机体重的那一刻,呼——离地了。

5

怎么转弯:三对小「翅膀」

汽车转弯靠方向盘,飞机在三维空间里转弯、爬升、俯冲,靠的是三对可以摆动的「小翅膀」,它们统称操纵面:

飞机俯视图,操纵面高亮
副翼(机翼后缘)左右两边反着动:一边翘起、一边压下,飞机就向左或向右倾斜,实现转弯。
升降舵(水平尾翼)上下摆动,控制机头抬高(爬升)或压低(下降)。
方向舵(垂直尾翼)左右摆动,控制机头指向,像船的舵。

▲ 俯瞰飞机 · 点击橙点认识三对操纵面

飞行员往左压驾驶杆,左边副翼升起、右边副翼降下——左翼升力变小、右翼升力变大,飞机就向左倾斜。倾斜之后,原本竖直向上的升力歪向了左边,这个「歪掉的升力」就把飞机拽着向左转弯。所以飞机转弯时,你会看到它斜着身子,这不是故障,是转弯的正确姿势!

6

冷知识加油站

💡

机翼不只在天上干活,油箱就藏在机翼里!大型客机的机翼能装下几十吨燃油,起飞时沉甸甸的机翼飞着飞着就「减肥」了。

💡

客机巡航在约 1 万米高空,那里比地面冷 60℃ 左右、空气稀薄——但正因如此阻力小,飞机反而更省油,就像骑自行车在顺风路上滑行。

💡

就算所有发动机都熄火,客机也不会直直掉下来——它能像滑翔机一样每下降 1 公里向前滑 15 公里以上,足够从容地找到机场迫降。

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考考你

1. 飞机能飞上天,最主要的「向上力量」来自哪里?

发动机只负责让飞机向前跑;机翼上弯下平的形状让上方气流快、压力小,下方气流慢、压力大,压力差把飞机托起来。

2. 涡轮风扇发动机里,空气旅行的正确顺序是?

空气先被大风扇吸进来,被压气机压缩,在燃烧室点火膨胀,冲过涡轮带动转轴,最后从尾喷口高速喷出。

3. 坐飞机时看到飞机斜着身子转弯,说明什么?

副翼让两侧机翼升力一大一小,飞机倾斜后升力指向侧面,把飞机「拽」向新方向——这是飞机转弯的标准姿势。