古往今來，多少人曾經幻想過能夠插上翅膀，像雄鷹那樣搏擊長空，自由翺翔！然而，真正使夢想變成現實的，還是20世紀的事。

1903年，美國俄亥俄州代頓市的兩位自行車修理工，威柏·萊特和奧維爾·萊特兩兄弟，在極其困難的條件下，自制了一架“飛行号”動力飛機。這年12月17日上午10時35分，奧維爾·萊特駕駛着自己的“飛行号”，離開地面在空中飛行了12秒，飛行距離120英尺。這次具有曆史意義的飛行，宣告人類開始進入了展翅藍天的時代！

萊特兄弟與飛機發明

今天，大型的運輸機已能把數十噸，甚至上百噸的物品送上藍天，飛行的速度最快可達音速的幾倍；飛行高度可以高達幾萬米；而且還能中途不着陸，航行于世界的任何兩地。那麼，是什麼神奇的力量幫助人類實現展翅藍天呢？這是一個有趣而又令人困惑的問題。

大家知道，鳥之所以會飛，全因為有一副強有力的翅膀。翅膀拍擊空氣，産生了向上升起的力。而自然界中有些植物的種子，則是完全另一種類型。它們有着比人類滑翔機還要完善的“滑翔裝置”。

槭樹的翅果，在風力的作用下，它能帶着比本身重許多的物體一起飛升

讀者們肯定有不少人玩過一種叫“竹蜻蜓”的玩具。這是一葉削成螺旋槳似的竹片，兩翼截面形狀一邊厚一邊薄，中間固定着一根約10厘米長的小棍。玩的時候把小棍夾在兩隻手的手心，用力地搓動，使上面連着的竹片跟着急速旋轉。然後猛然放手，“竹蜻蜓”騰空而起，越升越高，直至最後轉動變慢，旋即失去平衡，曳然落地！

“竹蜻蜓”能夠升往空中，是因為當那螺旋槳似的翅翼轉動的時候，會産生一種升力，把自身舉托到上空。這種神奇升力形成，完全是由于“竹蜻蜓”翅翼的斷面不對稱的緣故。

“竹蜻蜓”一個翼的斷面

當翅翼轉動時，氣流同時流經翼面的上方和下方。流經下翼面的氣流，前後速度沒有改變，而流經上翼面的氣流，則由于隆起部分使氣體的通路相對變窄，因而氣流速度相應變大。根據流體運動的伯努利原理，速度大的相應壓強小，速度小的相應壓強大。這就是說，下翼面受到的壓力，大于上翼面受到的壓力，這上下翼面的壓力的差異，正是“竹蜻蜓”升力的由來。

不過，運動的翼在受到升力的同時，也受到空氣的阻力。阻力的大小與翼形息息相關！

下面一個極為有趣的實驗，可以幫讀者更深刻地理解這一點。人們可以輕而易舉地把面前的燭焰，吹得飄向前方，甚至把它吹滅。但并不是所有人都能把前面的燭焰，吹得使它飄向自己！說不定這會使你感到難以置信，但事實是完全可能的。下圖将告訴你如何達到這一目的。

試驗方法是，在嘴巴與燭焰之間放一張方形的卡片。試驗結果是，你越用力吹氣，燭焰飄向你越明顯！讀者不信可以試試！

上述實驗表明，方形卡片不僅阻礙了正向氣流的運動，而且還會産生一股反向的制動力。如果實驗中我們在嘴巴和燭焰之間放的不是方形卡片，而是像魚類形體那樣的流線型物體，那麼空氣将會像沒有受到阻礙似地向前流動。

下圖是另一個實驗，中間是用紙張做成的近似流線型的阻礙體，鈍的一頭朝向你。現在任你怎麼吹氣，燭焰隻能乖乖地向前飄去!

下面我們回到“飛天”的問題。人類要實現展翅藍天的願望，首先需要一個良好的機翼。而一個良好的機翼至少要滿足兩點要求：一是必須能産生足夠的升力，二是具有流線型的外體。

然而，怎樣才能做到這一切呢？在通往藍天的征途上，人類不能不感謝“俄羅斯航空之父”儒可夫斯基創下的業績。

尼古拉·儒可夫斯基(ИиколайҖуковский，1847—1921)畢業于莫斯科大學應用數學系。他知識淵博，多才多藝，在航空方面具有很深的造詣。

儒可夫斯基

在儒可夫斯基時代，滑翔機試驗剛剛起步，一切全憑在實踐中摸索，當時許多科學家都認為，飛行隻能從一次又一次的失敗中去謀求真理！

儒可夫斯基則認為，必須建立一種飛行理論。他緻力于氣體繞流的研究，孜孜不倦地探索了幾十年，終于在1906年，成功地解決了空氣動力學的主要課題，創立了機翼升力原理，找到了設計優良翼型的方法。他匠心獨運，引進了一個以複數(z=x yi)為自變量的函數。

這個函數可以把z平面的一個圖形，變換為w(ω=u vi)平面的另一個圖形。儒可夫斯基證明:z平面上，與過a、-a的圓相切的圓，通過變換将變為

平面上的飛機翼型截面。這個證明為設計各種優良的翼形提供了資料，避免了實踐上的盲目性！儒可夫斯基一生成果極多，早在1890—1891年發表的《關于飛行理論》等論文，便預言了在飛行中翻筋鬥的可能性。

1906年，正當儒可夫斯基的奠基性論文《論連接渦流》發表之際，他的預言實現了！一位俄羅斯陸軍中尉聶斯切洛夫，完成了世界上第一次空中“翻筋鬥”的特技表演。

1921年，為表彰儒可夫斯基對航空事業的巨大功績，列甯發布命令，尊稱他為“俄羅斯航空之父”。

來源：《給孩子的數學故事書》

作者：張遠南 張昶

部分圖源于網絡

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