赵景宜

前言：一切科学，无论是自然科学，或者是心理学，其目的都是在于使我们的经验互相协调，并将他们拉入到一个逻辑体系中来（摘自相对论）。

可是，伽利略的自由落体运动推理只是在真空状态下的推理。无法准确的表述自然状态下的自由落体运动。所以，现在对于飞机升力的计算就有了翼载荷计算法和投影法。可是，使用这种计算方法，计算出来的结果误差太大，只能作为参考值应用。然后通过大量的实验来获取新的数值，来进行新飞机的设计，最后在通过大量的试飞来进行验证。从而造成新飞机设计周期长，成本高。

《自然状态下的自由落体运动推理》就是解决气态和液态阻力与升力的计算方法。它适用于航天、航空、航海和汽车、火车的计算。本文讲述《自然状态下自由落体运动推理》在飞机气动外形设计中的应用。

在《自然状态下的自由落体运动推理》中，是以一个1立方米标准正方体的铜材作为推理原体（密度为8.9），表面积为6平方米，表面积与重量之比为6比8.9 。

先将这个铜材加工成一个宽厚长为1：0.5：2 的长方体。它的表面积就变成了7平方米，比标准正方体的表面积增加了1平方米。体积没有变化。表面积与重量之比变成了7比8.9 。

如果将这个标准正方体的铜材加工成为一个宽为1米、厚度为0.001米的铜带，可以加工成一个长度1000米长的铜带，它的体积没有变化，它的表面积就变成了2002.002平方米，表面积与重量之比为2002.002比8.9 。

如果规定一个标准正方体的表面积为6平方米。那么，宽厚长为1：0.5：2 的长方体的体积是1 。没有变化。可是表面积增加了1平方米。按照规定一个标准正方体的表面积为6平方米计算。7平方米÷6平方米=1.1667立方米。这时体积增加了0.1667立方米。密度就成为：8.9÷1.1667=7.628（立方米／千克） 。比标准密度降低了8.9-7.628=1.272 。

一标准立方米铜材可以加工宽度为一米、厚度为0.001米的铜带1000米，它的表面积为2002.002平方米。按照规定一个标准正方体的表面积为6平方米计算。这时它的体积为：2002.002÷6=333.667立方米。密度就成为：8900÷333.667=26.67（立方米／克）。

通过上面的表述可以知道，体积为1立方米的一个标准正方体的表面积为6平方米。不论加工成什么形状，只要体积不变，重量不会变化，但是，只要表面积增大，表面积与重量之比就会减小。反之，只要表面积减小，表面积与重量之比就会增大。

表面积与重量之比叫做表重比。

在新自由落体运动推理中，通过合理推理知道，表重比的大小与体积为1立方米的一个标准正方体的表面积为6平方米。不论加工成什么形状，只要体积不变，重量不会变化，但是，只要表面积增大，表面积与重量之比就会减小。反之，只要表面积减小，表面积与重量之比就会增大。

按照体积为1立方米的一个标准正方体的表面积为6平方米作为标准。如果把这样一个标准正方体的表面积增大到60平方米，就相当于将表重比降低了十倍。同理，一架货运飞机空载时的起飞距离为350米。满载货物时的起飞距离就变成了700米以上了。也就是说，飞机空载时表重比小于满载时表重比。用自然状态下的自由落体运动推理来说。就是表重比越大飞机起飞距离就越长，反之，表重比越小飞机起飞距离就越短。

由表重比大小与飞机起飞距离之间的关系可以得出，在飞机气动外形设计过程中，要尽最大努力做到表面积最大设计。

例如：美国的F—117、B—1、B—2、F—22、F—35都是按照表面积最大化设计的。

例如：中国的F—20、F—31也是按照表面积最大化设计的。

例如：现在的客运飞机好货运飞机的机体都是圆筒形设计，而圆筒形的表面积比正方体的表面积还小，所以，它的表面积太小，表重比就大，起飞距离就长。如果把它们这种圆筒形变成F—22的扁平形，表面积就会增加，表重比就会减小，飞机的起飞距离会降低。

下一讲将根据《自然状态下的自由落体运动推理》讲述《匀速点》在飞机设计中的应用。

二〇一二年十二月二十四日星期一