翼尖之上看無人機如何“制服”空氣

當一陣嗡鳴聲劃破午后的寧靜，一架無人機掠過藍色的天幕，人們抬頭望去，或許會被它靈活的身姿吸引——瞬間完成360度旋轉、小半徑環繞盤旋、精準定點懸停等動作。然而，可能很少有人留意到翼尖劃出的精妙曲線。

從固定翼無人機的翼稍小翼到多旋翼無人機的機臂旋翼，在這些看似不起眼的設計中，每一處線條、每一個傾角，都藏著飛行美學的奧秘。

不同角度認識飛機

一臺300克左右的小無人機是如何完成前進、后退、盤旋甚至360度旋轉這類靈活動作的呢？在了解這些前，我們先給飛機分個類。

飛機可按用途、動力形式、飛行速度、布局（樣貌）、飛行方式等角度分類。以飛行方式為例，飛機可被分為機翼固定的固定翼飛機和含有一個或多個旋翼的旋翼飛機。我們日常出行乘坐的客機就屬于固定翼飛機，它是最早誕生的飛機種類，也是應用最廣泛的一類。而直升機和小型無人機都屬于旋翼飛機。

從輕至幾百克的旋翼無人機，到重達幾百噸的固定翼飛機，它們是如何飛上天的？讓我們從空氣動力學角度來解讀。

飛機如魚 空氣似水

飛機能夠在空中平穩飛行，必須保持受力平衡，即升力＝重力、推力＝阻力（在沒有傾斜的情況下），如下圖所示。

升力是托舉飛機離開地面并維持其在空中飛行的向上的力。無論是旋翼飛機還是固定翼飛機，都沒有能提供直接向上的力的部件。那么這個升力是如何產生的呢？

伯努利原理將飛機穩穩“托起”?

由于翼型（機翼的剖面形狀）的特殊設計，當空氣流過機翼時，會使得機翼上表面空氣“跑”得快，壓強變小；而機翼下表面空氣“跑”得慢，壓強變大。因此，根據伯努利原理，機翼下表面的壓力總是大于上表面，從而產生向上的升力，將飛機“托起”。

空氣動力學孕育出翼尖之美

若將旋翼無人機機臂末端的旋翼切開，其剖面呈現的優美的流線型，仿佛一條不對稱的魚。無論是固定翼飛機還是旋翼飛機，其升力大小均和翼型有很大關系。設計師們需要仔細設計翼型的每一個細節，如頭部的曲率，上凸的弧度，上下的厚度等等。

放大看旋翼無人機機臂末端的旋翼，我們可以看到螺旋槳葉片具有近乎完美的彎曲外形，這其中可藏著大智慧。當螺旋槳轉動時，彎曲的形狀進一步加快了機翼上表面空氣的運動，就好比兩個人賽跑，機翼上方的人要繞更遠的路，但要求必須同時到達。因此，根據伯努利原理，無人機旋翼的升力會進一步變大。

螺旋槳葉片的設計不僅僅應用于旋翼無人機，在大型旋翼飛機、發動機渦輪葉片、風力發電的葉片等設計上也都有所體現。

空氣動力學孕育的科學設計之美還體現在飛機的其他部位。例如，客機的翼梢小翼可以減少翼梢繞流，從而減少誘導阻力，大大節省燃油損耗；戰斗機的邊條翼設計，利用渦升力保障戰斗機實現“眼鏡蛇”機動；仿蜻蜓翅膀表面在凸起的葉片表面采用納米結構設計，可提升飛機在雨天的飛行效率；仿蝴蝶鱗片的機身微溝槽涂層設計，能減小飛機巡航時的阻力。

除形態外，結構、色彩也被融入飛機的設計中，這些不起眼的小巧思中隱藏著飛機“性格”以及“能力”謎題。這也啟迪我們，科學設計絕不僅僅涉及技術本身，它更是設計與自然之美的融合，也許最美的設計早已寫在了鷹的翅膀、魚的軀干和蒲公英的種子里……

（責任編輯 / 王佳璇" 美術編輯 / 周游）