我叫娜娜，从小我就经常听爸爸妈妈给我讲各种各样的神话故事，什么夸父逐日、精卫填海、愚公移山、嫦娥奔月之类的。我最喜欢的就是嫦娥奔月，乘着轻飘飘的云彩就可以飞到月亮上，实在是太神奇了。可我却没有见过有人可以乘着云彩飞走，我只见过在天上的飞机，后面还会留下一道白烟。对了，那一定是喷出来的云彩！只要我能找到云彩，我也可以飞上月球喽。

图 １嫦娥奔月

忘记给大家介绍啦，我家旁边住着一位老爷爷，他年轻的时候是一名工程师。我每周末都会去看望他。

“爷爷、爷爷，娜娜来看您啦”

“唉，是娜娜来啦，快进来坐”

我坐到沙发上，沙发特别柔软，不禁说到：“爷爷家的沙发真舒服，像云彩一样，一会我就要飘走啦！”

“娜娜，云彩可不能把你托起来呐。”爷爷打趣的说到

“啊？嫦娥都可以驾着云彩飞到月亮上，飞机也是依靠喷出云彩飞上天的，为什么不能托我飞起来呀？”我不禁发出了这样的疑问。

“嫦娥奔月是美好的神话故事，在实际生活中是不会发生这样的事情的。天上的云彩是由许多很小很小的水滴组成的，当然还会有一些灰尘混在里面。举个例子，雾气也是很多小液滴组成的，和云彩差不多，雾天的时候也没有东西飘起来对不对。那么云彩为什么不会掉下来呢？”

图 ２天空中的云彩

“这个嘛，我不知道。”

“娜娜一定见过柳絮对不对，柳絮很轻很轻，可以在空中飘来飘去。柳絮就像是很多小绒毛组成的，绒毛中间也有很多空隙。越是细小的物体，越能飘在空中。就像打扫房子的时候，因为灰尘很小，所以会飘在空中很久也不会掉下去。当然，地面上的空气对流也是很重要的原因之一，别看云彩都是小水滴组成的，一朵小云彩可是有100头大象的重量呢。”

图 ３云彩的重量

“哦，我明白了，云彩之所以能飘在空中，是因为组成云彩的都是很小的水滴，这些水滴可以飘在空中很久，所以云彩也就可以在空中了。那为什么飞机还要喷出云彩呢？”

“哈哈，娜娜你说的一定是航迹云吧。每当飞机从蓝天飞过，总能留下一道白色的线，我们把这条线叫做航迹云。不过，这道“云”并不是真正的云彩哟。飞机是在很高的地方飞行的，随着高度的增加，气温也会变低。咱们现在地面上是20多度，但是飞机在飞行时，周围的温度可能只有零下40度了。在这种低温环境下，飞机飞行时排出的气体和周围的冷空气混合，产生了很多小液滴，从而形成了长长的航迹云。” 

“原来是这样，不过飞机还是靠喷出来的气体才能飞上天的呀，为什么我不行呢？”

“飞机能够飞上天，并不仅仅是因为喷出气体，更重要的一点是飞机两边的“翅膀”，我们管飞机的翅膀叫做机翼。人们从很早的时候发现鸟类可以在空中自由的飞行，人们便开始模仿鸟类进行了各种各样的尝试。但是这些尝试很多都已失败告终。直到1903年，美国的莱特兄弟制造出了第一架可操控的、持续飞行的、比空气重的飞机。从此人们便开始不断探索飞行的奥秘。”

图 ４驾着飞机的莱特兄弟

爷爷继续说道：“机翼具有独特的结构。机翼上侧我们称为上翼面，机翼下侧我们称为下翼面。当空气流过机翼的时候，由于上下翼面的不对称，导致上下翼面的气流速度不一样，从而产生了压力差，是空气把飞机托了起来。就如同轮船在海洋中航行一样，与轮船不同的是，机翼上侧的“吸力”是飞机能飞起来的主要原因。”

图 ５机翼的升力原理

“那飞机为什么要喷出气体呢？”我问道。

“你伸出手来，挥动一下，是不是可以感受到一点点力量，这是空气阻力。如果在水里做同样的动作，那会相当费力。这是因为空气比水密度小很多，飞机如果想要在空中飞行，那就需要有很大的速度，这样才能产生更大的升力，从而把飞机托起来。由于水的密度比空气大很多，所以轮船不需要移动也可以漂在水里。当然，密度也是一把双刃剑。空气密度很小，飞机在飞行过程中受到的阻力也很小，而轮船收到的阻力就会很大。这也造成了，飞机可以飞的很快，而轮船的航行速度就比飞机慢得多了。”

“爷爷，我明白了。那我在电视里也见过很多不喷气就能飞的东西，它们又是怎么飞起来的呀。”

“你说的一定是旋翼航空器和浮空器吧。”

“爷爷，你说的这两个东西，我都没听说过”

“没关系，我换一个称呼你就能听懂了。我们最常见的旋翼航空器就是直升飞机，浮空器则是热气球、飞艇。”

图 ６各种飞行器

“哦，原来他们有好多名字呀。”

“之前说到，人们对于飞行进行了很多探索。经过不懈的努力，人们发明了很多飞行器，我们可以把这些飞行器分一下类。重于空气的飞行器，包括：旋翼航空器、固定翼飞机、扑翼机。轻于空气的飞行器，包括：飞艇、气球。让我来给你分别解释一下。

首先是旋翼航空器，旋翼航空器的翅膀是旋转的，因此得名。最常见的就是直升机，通过发动机产生的动力驱动飞机上的旋翼转动，从而产生升力，让直升机能够悬停。如果没有发动机提供动力，我们称之为旋翼机，可以通过空气带动旋翼产生一部分升力，从而实现飞行。

图 ７旋翼航空器飞行原理

之后是固定翼飞行器，包括飞机和滑翔机。飞机就是我们平时在天上看到的，搭载很多乘客的飞机。滑翔机和旋翼机一样没有动力，需要借助风的力量才能够实现飞行。

最后是扑翼机。人们对于飞行的渴望起源于鸟类，每当鸟类在天空中自由自在的翱翔，人们也会仿照鸟类制造飞行器。与鸟类的飞行方式类似，扑翼机是依靠机翼的扑动从而飞行的，这其中的原理十分复杂，你以后会学到的。

图 ８模仿鸟类的扑翼机

上面说的三大类都是比空气重的飞行器，他们都要依靠与空气之间相对运动，产生升力从而飞行。接下来要介绍的是比空气轻的飞行器，它们可以漂浮在空中。常见的浮空器是热气球，通过加热空气，使空气的密度减小，从而产生浮力。。。”

“爷爷，为什么密度会减小呀，怎么就有浮力了呢？”

“哦，是这样的。我们常见的气体都是由很多小小的分子组成的，这些分子很小，分子之间又有很大的空隙。我们加热空气，从而让空隙变大，这样分子就变得更加稀疏了。密度就是分子的密集程度，分子稀疏之后密度就小了。产生浮力的原因可以想想一下这个场景，一个人在水里游泳，他在水下吐了一口气，那个气泡就会浮到水面上。水的密度比空气要大很多，我们可以得到一个小规律，密度小的流体，可以在密度大的流体中漂浮。这也就是热气球浮力的产生原因。”

图 ９水中上升的气泡

“哦，原来是这样，那飞艇又是什么呢？”

“飞艇就是有动力的气球，气球漂浮在空中只能随风飘动。我们给气球加上发动机和螺旋桨，这样他就可以自由的在空中飞行了，我们称这种有动力的浮空器叫做飞艇。这里还要问一个小问题，为什么现在的客机都是喷出气体的，没有用螺旋桨或是旋翼的呢？”

“可能喷气的速度会快一些吧，哈哈，我随便猜的，不知道对不对。”

“差不多正确吧。在飞机发展初期，人们选择用螺旋桨作为动力来驱动飞机前进。但是当飞行速度达到声速的时候，就会出现激波。可以理解为飞行速度达到某个值的时候，阻力突然增加。螺旋桨飞机遇到了无法突破的瓶颈。但人们追求更快的飞机的脚步是不会停止的，第二次世界大战期间，工程师创新式的采用了喷气式发动机，解决了这一问题，从而达到了超音速。如今，我们常见的客机都是使用这种喷气式发动机，我们称之为涡轮喷气式发动机。有了它之后，飞机就可以实现高速的飞行了。

图 10突破音障

娜娜，你看，人们最初出于好奇心和求知欲，模仿鸟类进行了很多的飞行试验，这其中有失败有成功，它们都推动了飞行器的发展。在世界大战期间，各种飞行器得到了前所未有的发展，人们为了追求战争的胜利，不断钻研，技术得到了飞跃。如今，这些技术应用于民用航空，或是随着其他工业走进了千家万户。科学技术是一把双刃剑，要好好利用才能够造福人类。娜娜，你记住了嘛？”

“嗯，好的，爷爷我记住了。今天和爷爷聊天我学到了好多知识呀，我现在觉得自己已经是飞机小达人啦，我要把这些讲给同学们听。”

“哟，那可太好啦，我们的娜娜已经是个小老师啦。下次过来，爷爷再给你讲讲宇宙飞船的故事，好不好呀？”

图 １１星际航行

“好的爷爷，下周我还过来听故事。说话算数哟”

“爷爷都一把年纪了，怎么会说话不算数呢？”

“谢谢爷爷，下周再见喽”

引用文献

[1]李红军. 航空航天概论[M]. 北京航空航天大学出版社, 2011.