「飛行」和「紙飛機」的教學活動

	亞太科學教育論壇, 第五期, 第一冊, 文章八(二零零四年四月) 吳本韓、蘇若望「飛行」和「紙飛機」的教學活動
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貳、飛機飛行的物理

2.3、牛頓第三定律與康達效應(Coanda Effect)

讓我們仔細觀察機翼設計。除了設計成翼型之外，亦有設計成上下對稱，也有像一塊平直的木板一樣，甚至是倒翼型而能以正常方式飛行的。第一個例子還可以用柏努利定律來解釋升力的部份成因；而後三者，明顯以柏努利定律來解釋存在困難，因為機翼底部的表面長度和頂部的相等，甚至更長。而飛機上下倒轉飛行，即是倒翼型，哪又應如何解釋呢？

首先，讓我們看一看有關流體的特性：流動中的物質，都會有依附接觸面的傾向，宏觀的解釋是與流體的「黏度」(Viscosity)有關。試把匙羹彎曲的底部貼向由水龍頭流出的水柱，觀察水流過曲面後的情況，會發現水流的方向改變了，由垂直向下變成跟隨匙羹曲面的方向（圖二）。此外，你的手會感覺到有力把匙羹拉近水柱。這感覺可用牛頓第三定律來解釋：因為匙羹改變水流的方向（作用力 Action），匙羹亦同時被拉向水柱（反作用力Reaction）。這種現象稱為康達效應(Raskin, 1994)。

圖二：康達效應

再次觀察機翼設計，不論是翼型、上下對稱、平板式、或是倒翼型，它們的「翼弦線」(Chord)大多不是水平的，機翼前沿稍為向上而後沿向下，與水平做成一夾角。這個夾角稱為「衝角」（或稱「攻角」，Angle of Attack），就算翼弦線是水平的，機翼的「襟翼」(Flap)角度的改變也會形成「衝角」。

圖三：翼型和衝角

機翼的作用就是改變氣流的方向，從而產生升力。把機翼設計成翼型，以及做成一個衝角，都是旨在改變氣流的方向。本來水平運動的氣流，因為黏度而依附接觸的表面，流經翼型和（或）向後傾斜的機翼後，流動的方向變成偏向下方。換言之，機翼作用於空氣，就好像把空氣「扔」向下；因而使空氣對機翼產生反作用力，把機翼推向上，產生升力(Weltner, 1990a；Waltham, 1998；Eastlake, 2002；Beginner's Guide to Aeronautics)。

另外，衝角越大，氣流偏下的情況越劇烈，所產生的升力也越大。不過當衝角太大時，因大量湍流的形成使氣流不能再依附機翼表面流動，升力大幅下降，而阻力卻大幅上升，這就會發生「失速」（Stall）的情況。

Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 1, Article 8 (Apr., 2004). All Rights Reserved.