古往今来，多少人曾经幻想过能够插上翅膀，像雄鹰那样搏击长空，自由翱翔！然而，真正使梦想变成现实的，还是20世纪的事。
1903年，美国俄亥俄州代顿市的两位自行车修理工，威柏·莱特和奥维尔·莱特两兄弟，在极其困难的条件下，自制了一架“飞行号”动力飞机。这年12月17日上午10时35分，奥维尔·莱特驾驶着自己的“飞行号”，离开地面在空中飞行了12秒，飞行距离120英尺。这次具有历史意义的飞行，宣告人类开始进入了展翅蓝天的时代！
莱特兄弟与飞机发明
今天，大型的运输机已能把数十吨，甚至上百吨的物品送上蓝天，飞行的速度最快可达音速的几倍；飞行高度可以高达几万米；而且还能中途不着陆，航行于世界的任何两地。那么，是什么神奇的力量帮助人类实现展翅蓝天呢？这是一个有趣而又令人困惑的问题。
大家知道，鸟之所以会飞，全因为有一副强有力的翅膀。翅膀拍击空气，产生了向上升起的力。而自然界中有些植物的种子，则是完全另一种类型。它们有着比人类滑翔机还要完善的“滑翔装置”。
槭树的翅果，在风力的作用下，它能带着比本身重许多的物体一起飞升
读者们肯定有不少人玩过一种叫“竹蜻蜓”的玩具。这是一叶削成螺旋桨似的竹片，两翼截面形状一边厚一边薄，中间固定着一根约10厘米长的小棍。玩的时候把小棍夹在两只手的手心，用力地搓动，使上面连着的竹片跟着急速旋转。然后猛然放手，“竹蜻蜓”腾空而起，越升越高，直至最后转动变慢，旋即失去平衡，曳然落地！
“竹蜻蜓”能够升往空中，是因为当那螺旋桨似的翅翼转动的时候，会产生一种升力，把自身举托到上空。这种神奇升力形成，完全是由于“竹蜻蜓”翅翼的断面不对称的缘故。
“竹蜻蜓”一个翼的断面
当翅翼转动时，气流同时流经翼面的上方和下方。流经下翼面的气流，前后速度没有改变，而流经上翼面的气流，则由于隆起部分使气体的通路相对变窄，因而气流速度相应变大。根据流体运动的伯努利原理，速度大的相应压强小，速度小的相应压强大。这就是说，下翼面受到的压力，大于上翼面受到的压力，这上下翼面的压力的差异，正是“竹蜻蜓”升力的由来。
不过，运动的翼在受到升力的同时，也受到空气的阻力。阻力的大小与翼形息息相关！
下面一个极为有趣的实验，可以帮读者更深刻地理解这一点。人们可以轻而易举地把面前的烛焰，吹得飘向前方，甚至把它吹灭。但并不是所有人都能把前面的烛焰，吹得使它飘向自己！说不定这会使你感到难以置信，但事实是完全可能的。下图将告诉你如何达到这一目的。
试验方法是，在嘴巴与烛焰之间放一张方形的卡片。试验结果是，你越用力吹气，烛焰飘向你越明显！读者不信可以试试！
上述实验表明，方形卡片不仅阻碍了正向气流的运动，而且还会产生一股反向的制动力。如果实验中我们在嘴巴和烛焰之间放的不是方形卡片，而是像鱼类形体那样的流线型物体，那么空气将会像没有受到阻碍似地向前流动。
下图是另一个实验，中间是用纸张做成的近似流线型的阻碍体，钝的一头朝向你。现在任你怎么吹气，烛焰只能乖乖地向前飘去!
下面我们回到“飞天”的问题。人类要实现展翅蓝天的愿望，首先需要一个良好的机翼。而一个良好的机翼至少要满足两点要求：一是必须能产生足够的升力，二是具有流线型的外体。
然而，怎样才能做到这一切呢？在通往蓝天的征途上，人类不能不感谢“俄罗斯航空之父”儒可夫斯基创下的业绩。
尼古拉·儒可夫斯基(ИиколайҖуковский，1847—1921)毕业于莫斯科大学应用数学系。他知识渊博，多才多艺，在航空方面具有很深的造诣。
儒可夫斯基
在儒可夫斯基时代，滑翔机试验刚刚起步，一切全凭在实践中摸索，当时许多科学家都认为，飞行只能从一次又一次的失败中去谋求真理！
儒可夫斯基则认为，必须建立一种飞行理论。他致力于气体绕流的研究，孜孜不倦地探索了几十年，终于在1906年，成功地解决了空气动力学的主要课题，创立了机翼升力原理，找到了设计优良翼型的方法。他匠心独运，引进了一个以复数(z=x yi)为自变量的函数。
这个函数可以把z平面的一个图形，变换为w(ω=u vi)平面的另一个图形。儒可夫斯基证明:z平面上，与过a、-a的圆相切的圆，通过变换将变为
平面上的飞机翼型截面。这个证明为设计各种优良的翼形提供了资料，避免了实践上的盲目性！儒可夫斯基一生成果极多，早在1890—1891年发表的《关于飞行理论》等论文，便预言了在飞行中翻筋斗的可能性。
1906年，正当儒可夫斯基的奠基性论文《论连接涡流》发表之际，他的预言实现了！一位俄罗斯陆军中尉聂斯切洛夫，完成了世界上第一次空中“翻筋斗”的特技表演。
1921年，为表彰儒可夫斯基对航空事业的巨大功绩，列宁发布命令，尊称他为“俄罗斯航空之父”。
来源：《给孩子的数学故事书》
作者：张远南 张昶
部分图源于网络
版权归原作者所有
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