刘沛清教授专栏：细长体机身

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细长体机身

北京航空航天大学刘沛清教授

飞机机身是用来装载人员、货物、武器和机载设备的部件，同时也是机翼、尾翼、起落架等部件的连接件。在轻型飞机和歼击机上，常将发动机装在机身内。飞行中机身的阻力约占全机阻力的30%～40%。因此，细长流线型机身对减小飞机阻力、改善飞行性能具有重要的作用。由于驾驶员、旅客、货物和机载设备等都集中在机身上，与之有关的飞机使用方面的大部分要求（如驾驶员的视界，座舱的环境要求，货物和武器装备的装卸，系统设备的检查维修等）都对机身的外形和结构有直接的影响。同样，对于鸟在翱翔时候，也是最求低阻体形的，此时鸟把腿收起到肚子底下，而且收完以后，还用羽毛把它给遮盖起来，形成一个细长的锥体，以便减小空气阻力。

翱翔的飞鸟

观察鸟翱翔时身体的外形，是一个细长比大的锥形体。长细比是身体长度与最大直径的比值，这个比值一般在6~10时，空气阻力很小。模仿鸟的身体外形，人类造的飞机机身也是一个长细比大的锥形体，这样可获得最小的阻力。如对于大型客机，细长体机身里面可容纳150~200人，但它的空气阻力系数远小于汽车和小轿车的空气阻力系数，是最好的小轿车空气阻力系数的1/8~1/7，这个量级是很神奇的。小轿车容纳五个人，但它的阻力系数要比那个可容纳150人的庞大机身的阻力系数高出7~8倍，这是空气动力学的成就。对于不同长细比形状的机身，上世纪五十年代，德国空气动力学家屈西曼（D.Küchemann，普朗特的学生，1911～1976年）、冯·卡门（Theodore von Kármán １８８１～１９６３年）等开展了系统研究，获得许多具有重要价值的成果。

人们在日常生活中，也会常用到空气动力学减阻方面的知识。例如，当骑自行车时，如果遇逆风，为了减小阻力人们一定会自觉把腰弯下来，而达到减小迎风面积的目的。赛车运动员头戴的那个大帽子，虽然看起来有点笨拙，但戴上这样的帽子还是可以减租的，与不戴帽子相比，其阻力还是要小的，要知道在极限时刻，阻力减小一点就可获胜。

减阻的实践