一、飞机诞生：人类逐梦蓝天的传奇

      人类对飞行的渴望贯穿历史，从伊卡洛斯、万户的尝试，到莱特兄弟真正实现飞行梦想。19 世纪末 20 世纪初，美国莱特兄弟对飞行兴趣浓厚，不受 “重于空气的飞行器不可能成功” 观点束缚，从研究鸟类飞行和前人滑翔机设计入手，制作风洞和众多机翼模型做实验，发明机翼翘曲控制技术。1900 年制造出第一架滑翔机，不断改进试飞。1903 年为滑翔机装上自制汽油发动机，打造 “飞行者 1 号”。12 月 17 日奥维尔・莱特驾驶其成功起飞，虽飞行仅 12 秒、36.5 米，却是人类首次有动力、载人、持续、稳定且可操纵的重于空气的航空器飞行。莱特兄弟的成功是技术突破，象征人类的勇气、智慧和坚持，开启航空时代，改变人类出行方式，奠定航空技术发展基础。

二、飞机起飞全过程：冲上云霄的每一步

你在机场候机时，看到飞机呼啸起飞，是否好奇其起飞过程？下面来详细拆解。

1. 加速滑行：飞机从停机位滑至跑道起点，发动机运转产生推力，推动飞机前行，逐渐增加推力为加速做准备。

       2. 推力加速：飞机到达跑道起点获起飞许可后，飞行员将推力加到最大，飞机快速加速，短时间内达足够速度以产生升力，起飞速度因飞机类型、重量和气象条件而异。

       3. 起飞：飞机速度达起飞速度，机翼升力大于重力，飞行员抬起前轮，飞机离开地面升空，起飞瞬间有强烈推背感，飞行员需控制姿态保平稳。

       4. 爬升：起飞后飞机继续加速上升至设定高度，初期以大角度快速上升，随高度增加，飞行员调整发动机推力和飞机姿态保稳定爬升速度。

       5. 收起起落架：飞机到达一定高度，飞行员收起起落架，以减小阻力、提高速度，还能降低噪音和振动，提升乘客舒适度。

       6. 加速爬升：收起起落架后飞机继续加速爬升，调整飞行姿态和速度，达预定巡航高度后，调整发动机推力，飞机以稳定速度和高度飞行，起飞过程完成。

       飞机起飞是复杂精密的系统工程，需各方密切配合，依靠背后努力和科技支撑，我们才能实现飞天梦想 。

       三、飞机飞行的核心原理：力与空气的魔法

       现在，我们已经了解了飞机的诞生和起飞过程，接下来，让我们深入到飞机飞行的核心原理中，看看飞机究竟是如何在空中自由翱翔的。这背后，其实是一场力与空气的魔法表演 。

（一）升力从何而来

       飞机能飞起来，最关键的就是升力。那么，升力是怎么产生的呢？这就要从飞机机翼独特的形状说起。飞机的机翼，通常上表面是弯曲的，下表面相对比较平坦 。当飞机在跑道上滑行，速度越来越快时，空气就会快速地流过机翼。根据伯努利原理，在流体（这里就是空气）中，流速快的地方压力低，流速慢的地方压力高。因为机翼上表面弯曲，空气流经上表面时需要走更长的路程，所以流速就比流经下表面的空气流速快，这样一来，机翼上表面的压力就比下表面低 。上下表面的压力差就产生了一个向上的力，这个力就是升力。当升力大于飞机的重力时，飞机就能够离开地面，飞向天空 。

       其实，在我们的生活中，也有一些类似的压力差现象。比如，当你拿着两张平行的纸，向中间吹气时，会发现两张纸不但不会分开，反而会相互靠近。这是因为吹气时，两张纸中间的空气流速加快，压力变小，而纸外侧的空气压力相对较大，就把纸向中间挤压 。飞机机翼产生升力的原理，和这个有点类似，只不过飞机是利用了高速滑行时空气与机翼的相对运动，产生了足以让飞机升空的升力 。

       （二）推力与阻力的较量有了升力，飞机还需要推力来克服各种阻力，才能在空中持续飞行。飞机的推力主要来自发动机。现代飞机大多使用喷气式发动机，它的工作原理是通过燃烧燃料，产生高温高压的气体，然后向后高速喷出，根据牛顿第三定律，作用力与反作用力大小相等、方向相反，气体向后喷出产生的反作用力就推动飞机向前飞行 。而飞机在飞行过程中，会受到多种阻力的作用。其中，摩擦阻力是由于飞机表面与空气之间的摩擦产生的，就像我们在水中游泳时，身体与水之间的摩擦力一样，飞机表面越粗糙，摩擦阻力就越大 ；压差阻力则是因为飞机前后的压力差形成的，当空气流过飞机时，在飞机的头部和尾部会形成不同的压力区域，这种压力差就产生了阻碍飞机前进的阻力；还有诱导阻力，它是飞机在产生升力的同时伴随产生的一种阻力，机翼上下表面的压力差会导致空气在机翼后缘形成涡流，这些涡流就产生了诱导阻力 。推力和阻力的大小关系，直接影响着飞机的飞行状态。当推力大于阻力时，飞机就会加速前进；当推力等于阻力时，飞机就会保持匀速飞行；而当推力小于阻力时，飞机就会减速 。飞行员需要根据飞行的需要，合理地调整发动机的推力，以克服各种阻力，保证飞机的正常飞行 。

       （三）姿态控制的奥秘

       除了升力、推力和阻力，飞机还需要精确地控制姿态，才能在空中安全、稳定地飞行。飞机的姿态控制主要通过水平尾翼的升降舵、机翼的副翼和垂直尾翼的方向舵来实现 。

       升降舵可以控制飞机的俯仰姿态，也就是让飞机抬头或低头。当飞行员向后拉操纵杆时，升降舵向上偏转，水平尾翼产生向下的力，飞机的机头就会向上抬起，飞机开始上升；反之，当飞行员向前推操纵杆时，升降舵向下偏转，水平尾翼产生向上的力，飞机的机头就会向下，飞机开始下降 。

       副翼则用于控制飞机的横滚姿态，也就是让飞机左右倾斜。当飞行员向左转动操纵杆时，左边机翼的副翼向上偏转，右边机翼的副翼向下偏转，左边机翼的升力减小，右边机翼的升力增大，飞机就会向左倾斜；向右转动操纵杆时，情况则相反 。飞机在转弯时，就需要通过副翼来调整倾斜角度，使飞机沿着预定的航线转弯 。

       方向舵用来控制飞机的航向，也就是让飞机向左或向右转。当飞行员踩左脚蹬时，方向舵向左偏转，飞机受到一个向左的力，就会向左转弯；踩右脚蹬时，方向舵向右偏转，飞机就会向右转弯 。在实际飞行中，方向舵通常和副翼配合使用，以实现更加平稳、精确的转弯 。

       在不同的飞行阶段，姿态控制都起着至关重要的作用。比如在起飞时，飞行员需要通过升降舵控制飞机的抬头角度，使飞机顺利离开地面；在巡航阶段，要保持飞机的水平姿态，确保飞行的平稳；而在降落时，又要精确地控制飞机的下降角度和姿态，使飞机安全着陆 。

       飞机能够飞在天上，是升力、推力、阻力以及姿态控制等多个因素共同作用的结果。这些看似复杂的原理，其实都蕴含着科学的智慧和人类对飞行的不懈追求 。正是这些原理的巧妙运用，才让我们能够在天空中自由穿梭，实现跨越千山万水的旅行 。

参考文献

[1] 《飞机飞行原理》，详细阐述了飞机飞行过程中各种力的作用和原理，以及飞机的空气动力学特性，为理解飞机飞行提供了坚实的理论基础。

[2] 《航空航天工程中的空气动力学》，深入探讨了航空航天领域中空气动力学的应用，包括飞机机翼设计、空气流动与升力、阻力的关系等，对飞机飞行原理的研究具有重要参考价值 。

[3] 《飞行力学：飞机的力学原理》，全面介绍了飞机飞行过程中的力学原理，如推力、升力、阻力以及姿态控制的力学机制，帮助读者深入理解飞机飞行的力学本质 。

来源: 郑州大学物理学院