How Does An Airplane Stay In The Air?
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您正在收听来自NPR的Shortwave节目。在华盛顿特区开车时，我经常看到商业飞机从杜勒斯机场起飞，飞往里根机场。它们就像巨大的铝制鸟类一样，是工程学的奇迹。

但拉米·巴恩威尔并非如此看待。作为节目的长期朋友，拉米不喜欢飞行。小时候坐飞机时，我总是带着一个毛绒玩具。我还留着它。它是一个名叫布里奇特的豆豆娃。有一次在亚特兰大机场，我把布里奇特落在机场轻轨上，我的家人错过了航班，因为我必须带着布里奇特才能登机。这种恐惧一直伴随着她到成年。

25岁时，她飞去参加她最好的朋友的婚礼。那是她成年后第一次清醒地飞行。她焦虑万分。我当时觉得要吐了。在机场，我心跳都停不下来。我吓坏了。当我坐上飞机时，我只是尽力在飞机起飞前睡着。所以拉米现在就是这样做的。她选择了“飞机午睡”策略。

在飞机起飞前睡着，总是坐在靠窗的位置，总是戴着眼罩把自己裹起来。但恐惧仍然潜伏在她心中，这完全与飞机有关。我认为起飞和在空中飞行是最可怕的。对我来说，起飞就像……

这说不通。它不会飞上天空。它不会起作用。它太重了。它怎么能每次都飞起来呢？所以你并没有完全脱离我们飞行有多荒谬的现实？一点也不。这在我的脑海中非常清晰。事实上，当我登上飞机时，我会说，

不得不提醒自己，飞机坠毁的几率小于我发生车祸的几率。每次飞行时，我都说：“拉米，这架飞机不会坠毁。可能吧。可能吧。从统计学上讲，飞机坠毁的可能性非常小。”

但即便如此，根据2016年的一篇论文，高达40%的美国人对飞行感到恐惧。拉米有一些疑问。是的，我想了解飞机起飞后如何在空中保持平衡，尽管飞机和空气的重量差异很大。好的。它是如何飞上天空的。它是如何飞上天空的，是的。然后我想知道它是如何停留在空中的。

拉米，我将为你解答其中一些问题。今天的节目中，我们将跟随拉米的疑问，与麻省理工学院航空工程师马克·德雷拉一起翱翔天空。所以我想知道，你是否同情那些对飞机如何停留在空中持怀疑态度的人？同情？我没有。我不。

我不明白为什么这如此神秘。有很多现象可以非常直观地证明升力。我们讨论升力，这是使飞机停留在空中的力。飞机飞行的所有流体力学原理，以及如何稳定和安全地做到这一点。您正在收听NPR的科学播客Shortwave。

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信不信由你，一年快结束了。当我们回顾2024年时，我们正在思考今年我们为您带来的数百集播客。我的意思是，关于气候变化、核能、COVID等大事的节目，以及关于海参、记忆的生物学、TikTok上看到的护肤趋势的科学等奇奇怪怪事情的节目，以及关于我们无法停止痴迷的事情的节目。我指的是你，裸鼹鼠的继承战争。

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好的。首先，马克，让我们谈谈升力。升力是如何工作的？有很多解释。例如，我不知道你小时候是否做过这个。你可以挥动你的手。

是的，当你把它伸出车窗时。是的。如果你角度正确，你可以让空气支撑你的手的重量，对吧？是的，感觉就像你的手放在一个空气层上，对吧，在一个气垫上。是的。如果你稍微向上倾斜一点，让空气从下面吹过，它就会支撑你的手臂重量，对吧，你的前臂重量。从直觉上来说，这就是升力。对。

空气流过物体时会对物体施加压力。我的意思是，为什么这会是一个谜呢？你会看到很多这样的例子。例如……

水上滑水者是如何保持平衡的？水流过水上滑水者的滑雪板时，会向上推滑雪板，使滑水者保持在水上，对吧？对。这种情况的运动方程与飞机相同。根据基本的物理学原理，水和空气之间并没有太大的区别。它们都被归类为流体。

最大的区别仅仅是密度。水的密度大约是空气的800倍。但这只是唯一的区别。因此，如果您能想象空气流过一个在空气中移动的物体，或者您能想象水流过一个在水中移动的物体，它们看起来实际上是一样的。例如，固特异飞艇……

哇。呃。

我还想到，飞机有翅膀。为什么？为什么需要翅膀？翅膀是什么？好的，让我们回到你把手伸出车窗的情况，对吧？是的。空气需要一个区域来施加压力。压力是流体向物体施加力的主要方式。例如，水流过水上滑水者时，

滑雪板下方的水压大于周围的总压力，而底部额外的压力向上推滑水者。就像机翼底部下方的气压向上推

机翼，支撑飞机一样。所以你需要面积。事实上，根据非常简单的中学代数，力等于压力乘以面积。这意味着机翼越大，面积越大，力就越大吗？绝对的。好的。飞机显然也有发动机提供推力，这是推动飞机前进并帮助它爬升到天空的力。对。

但除了发动机之外，还有什么其他的因素导致升力呢？好的，再次，最简单的解释是回到你把手伸出车窗的情况。如果你把手完全水平地握住，你不会感觉到力。为了获得向上的力，你必须倾斜你的手，使你的手的底部朝向迎面而来的气流，对吧？这个角度称为迎角。♪

这将使你手底部的压力大于顶部，而由此产生的压力差乘以你手的面积就是作用在你手上的升力。

飞机也是同样的道理。这个迎角部分，和你尝试冲浪时需要抓住海浪，并且需要冲浪板以正确的角度撞击海浪一样吗？是的，是的。飞机要微妙得多，因为机头只是稍微向上一点。但原理是一样的，是的。当这种情况发生时……

机翼周围的空气发生了什么变化？是的，基本上空气推着机翼。在此过程中，机翼也会稍微向下推空气。这是牛顿第三定律。当两个物体相互推挤时，它永远不会是单向的。例如，当空气向上推飞机时，飞机也会因此稍微向下推空气。

所以实际上，如果你观察整体情况，如果没有飞机，空气就会笔直地穿过。但由于那里有机翼，空气会弯曲，这种弯曲与压力差有关。

特别是对于升力机翼，机翼下方的压力往往会增加，而机翼上方的压力往往会由于迎角和机翼形状而降低。是这种压力差产生了升力吗？正是如此。因此，当飞机起飞时，由于它有螺旋桨，所以它有速度和

机翼，只要它能正常工作并且迎角正确，升力现象就会发生。这让我觉得迎角非常重要。嗯哼。

飞机上有哪些机制可以确保迎角每次都正确？是的，使机翼保持正确角度的是尾翼。鸟类也有尾羽，原因非常相似。尾翼非常像风向标或飞镖上的鳍，对吧？它将飞机指向风向的正确角度。所以飞行员不会说，“好的，迎角将是这个。我会校准迎角。”

好吧，首先，飞行员可以控制尾翼。事实上，飞行员的主要任务就是控制尾翼。对。因此，飞行员通过移动操纵杆，移动尾翼，然后尾翼将机翼移动到正确的角度。实际上，飞机会被动地做正确的事情。

因为当你在跑道上滑行时，当飞行员移动操纵杆时，尾翼会倾斜整个飞机，包括机翼。然后，一旦迎角使得由此产生的压力差等于重量，飞机就会离开地面。然后它就会继续飞行。好的。一旦飞机飞上天空，

我们都知道它可能会有点颠簸。什么是湍流？飞机如何在湍流条件下保持安全？好吧，基本上大气层并不是完全静止的。因此，如果飞机飞入上升或下降的空气，或者只是有很多湍流混合空气，那么这将改变机翼上的压力，并且波动的压力会使飞机波动。这就是你感觉到的。

飞机的设计可以承受非常剧烈的湍流。即使是你曾经感觉到的最剧烈的湍流。

飞机可以轻松承受可能大三倍的载荷。飞机的建造具有非常大的安全裕度。事实上，我不记得听说过有飞机因为湍流而空中解体。这种情况根本不会发生。

好的。好吧，这绝对是一种恐惧。然后，我认为，对许多人来说，另一种恐惧是坠毁。那又如何呢？操作失误又如何呢？好吧，显然，如果你从悬崖上开车掉下去，就会发生不好的事情。或者如果你撞上岩石，飞机也是一样。我的意思是，这是操作失误。飞机本身没有问题。只是操作不当。这就是为什么有两名飞行员。所以我们可以想象……

你的车上有两个司机，如果一个睡着了，没关系，另一个还在那里。飞机的设计几乎可以不用手操作。另一种说法是，例如，如果你在高速公路上驾驶你的车，并且你松开方向盘，什么也不会发生，对吧？

因为汽车具有被动稳定性。被动稳定性是一件好事。这意味着如果你什么都不做，它就会继续做它正在做的事情。飞机具有被动稳定性吗？是的。哇！是的，所以飞行员可以睡10秒钟，没关系。

我把所有这些信息告诉了拉米，她说：“这太有道理了。听到你说飞机想要停留在空中，再加上把手伸出车窗的意象，这很有帮助。我想，哦，是的，很难让空气不产生波浪，不做这件事。”

是的，你会安全的。你会在飞行时安然无恙的。是的，飞机想要停留在空中。飞机想要停留在空中。

本集由杰西卡·杨制作。它由我们的节目主持人丽贝卡·拉米雷斯编辑。泰勒·琼斯核实了事实。克韦西·李是音频工程师。特别感谢萨莎·赖斯。贝丝·多诺万是我们的高级总监。科林·坎贝尔是我们的播客战略高级副总裁。我是艾米丽·匡。一如既往地感谢您收听NPR的科学播客Shortwave。

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