飞机为什么能飞起来？从科普的铁律说到升力的诠释|CFD|伯努利|升力|库塔|牛顿|牛顿定律|物理特性|能量守恒定律|铁律|飞机

张聚恩/文

关于说铁律是否有点绝对化，是否因此而令人望而却步，我思忖再三，觉得还是应该坚守铁律之说，似不应动摇。一旦这一条失守，科普将失去存在的价值，正如我上文里所说，没有科普很可怕，内容错误的科普更可怕。所有从事科普或事实上以自己的言谈和作品产生科普效应的人，都应以此要求自己——在科学与技术的传播中，务必谨言慎著。

我倡导三心三不说：要有敬畏心，对自己不懂的领域与方面，不瞎说；要有谦卑心，对知之不深的话题，不胡说；要有责任心，对较熟悉、有积累的内容，也务必做好准备，不乱说。这些都是进行科普、甚或有朋友说这些也应是做人行事的基本要求。

但这并不是说科普就不能出错、不许出错。由于科技发展，原有的知识被证明有缺陷，不完全正确；或者因个人认识和手段的不足，虽已尽力，但所阐释的内容出了差错。这些是正常的，也是允许的。出现这种情况后，及时修正更新，尽快自纠或互纠，努力使出现的错误、尤其是较大的错误不致流传就是了。

面对日新月异发展的科学技术，每一个人都可能犯错，都需要不断学习，专家和学者也不例外。探究规律、追求真理的进程永不会终止。特别是对于一些理论不完备和尚无定论或共识的科技问题，不仅需要持续研究，还需要人们以各种形式进行切磋交流，包括有时会借助科普形式提出问题、发布资讯和阶段成果，以引发更多人的兴趣，吸纳更多人的智慧，推动研究的深入。在这个进程里，出现的阐释失准，不应简单地视为“出错”。

这里我举一个实例。最近，不少人都在看或转“航旅纵横”平台上的一篇文章《飞机为什么能飞起来，至今还是个未解之谜》，该文指出使用经典理论，如伯努利定理和牛顿第三定律等，在解释飞机升力时有一定局限。同样的文章还有美国科普作家埃德·里吉斯（Ed Regis）写的《飞机为什么能飞起来？科学家仍然没有答案》（清华大学白晨媛翻译、吴子牛审校），对飞机升空科学原理的争议进行了评介，也认为该问题迄今尚无完美答案。

这个问题是航空科普的一个热点、难点，似乎也是一个盲点。提问者多，回答者少。这个问题本身又是航空科技的一个基础性问题，不仅社会公众广为关注，业内人士对这一问题也一直在探讨。

有趣的是，飞机早已飞上蓝天，且飞得越来越快、越远、越高；飞机设计技术日臻完善，已能利用CFD、仿真和数学工具进行计算和模拟，在充分考虑真实空气的物理特性的条件下，获得足以支持翼型选择、预测压力分布、给出气流形态的定量解、可视解。但是，对于升力的产生原理，如翼型上低压区形成、气流速度变化等的原因，尚缺乏合理的定性科学诠释。

说到诠释，有一个较少使用的词汇，叫“诠释学”，英文Hermeneutics，源自希腊语。其含义是运用一定的概念和既有知识，去解释现象，探明本义，达到自洽性。而所谓“自洽性”（Self-consistent），就是在逻辑上达成完满解释，或自圆其说，或不可证伪。

实现“自洽性”的唯一工具是科学。科学的固有作用本来就是，第一，解释现象，揭示事物内在的或背后的规律；第二，在成为真理后，指导相应的人类活动，包括技术的开发。我们现在要做的对飞机升力的诠释，本质上就是一种以科学原理来解释现象、追求自洽性的研究与探讨。

用于诠释升力来源的科学有两大类，一类是公理性科学，如伯努利定理、牛顿定律、能量守恒定律（由迈尔提出，焦耳开展实验，赫姆霍兹最终确立）、马格纳斯效应等；另一类是针对航空而创建的专门性科学理论，如乔治·凯利的空气动力学理论、库塔-茹科夫斯基环量定理、科恩达的附壁效应等。

用公理性科学来解释专门的现象，常常不尽完美，但这不是公理的错，不是公理的漏洞；如伯努利定理、牛顿力学定律等。由于创立者的生活岁月远早于飞行时代，他们的理论不是专门用来服务航空、解释升力的。基于公理，在一定的边界、条件、约束下对特定飞行问题立论求解，所形成的航空专门性科学理论则具有很强的针对性。公理性科学和专门性科学相结合，方为有效回答航空问题之道。

不少学者、专家对此做了研究和诠释。有关成果与资讯不少。例如，来自加拿大滑铁卢大学、署名“博士科普团队孟航”的一篇《升力与翼型——古典与近现代流体力学的完美结合》，视角独特，读来令人耳目一新。北京航空航天大学刘沛清教授的《连续性气流翼型绕流产生升力知多少？》详述了翼型绕流产生升力的基本认识，颇具深度。有一位笔名“老眼昏花”的作者，自称非航空人士，但他的《航空知识笔记》（第93篇）写了《飞机如何获得升力？》，试图从伯努利定律、库塔-茹科夫斯基定理，起动涡和翼尖涡流等的结合中阐释升力，读后很受启迪。