升力

解釋

升力取決於空氣的密度，速度的平方，空氣的黏性以及空氣的可壓縮性，空氣流經物體的表面積，物體的形狀，以及物體與氣流的夾角。一般來說，升力與物體外形，氣流夾角，空氣的黏性，以及空氣的可壓縮性這幾項的關聯是非常複雜的。
升力，就是向上的力。從機翼流線譜中看出：相對氣流穩定而連續地流過機翼時，上下表面的流線情況不同。上表面流線是彎曲的，其氣會產生負壓、因此壓力小；而下表面流線較平直的，其氣流不會產生負壓，壓力較大。因此，產生了上下壓力差。這個壓力差就是空氣動力（R），它垂直流速方向的分力就是升力（Y）。流過各個剖面升力總合就是機翼的升力。升力維持飛機在空中飛行。

機翼升力的簡化物理解釋

機翼是流線型的，能夠產生比阻力大得多的升力。平板可以產生升力，但不如流線型機翼來得大，阻力也略高。
有幾種方法可以解釋機翼如何產生升力。某些方法比其他解釋更複雜或更嚴格; 有些則被證明是不正確的。例如，直接基於牛頓運動定律的解釋，也有基於伯努利原理的解釋。兩者都可以解釋升力。

流體偏轉及牛頓定律

氣流經過機翼時，機翼對空氣施加向下的力，根據牛頓第三定律，空氣必須對機翼施加大小相等、方向相反的反作用力，也就是方向朝上的升力。
氣流在經過機翼時改變方向，沿著向下彎曲的路徑流動。根據牛頓第二定律，這種流動方向的改變，需要機翼對空氣施加向下的力。牛頓第三定律則要求空氣對機翼施加向上的力; 因此產生了與方向變化相反的反作用力——升力。
氣流向下偏轉，並非僅僅由機翼的下表面造成，機翼上方的氣流佔了很大的因素。

流速增加及伯努利原理

伯努利原理指出，流體的壓力和速度之間存在直接的數學關係，因此，如果知道氣流中每一點的速度，就可以計算出壓力，反之亦然。對於任何產生升力的機翼，必然存在壓力不平衡，即頂部的平均氣壓低於底部。伯努利原理指出，這種壓力差必須伴隨著速度差。

質量守恆

由理論和實驗中觀察到的流動型態，上表面流速增加的原因，可以用流管夾緊和質量守恆來解釋。
對於不可壓縮流，質量不會被創造或破壞，所以當流管變窄時，為了保持流量恆定，在每個流管內，體積流率(例如每分鐘的體積單位)必須保持恆定，變窄區域內會增加流速，以滿足質量守恆原理。
在機翼的情形，因為向上流動和圍繞機翼，所以上部流管收縮。由於質量守恆，流速必須隨著流管面積的減小而增大。同樣，下部流管會膨脹，導致流速變慢。
根據伯努利原理，上表面流速較快，因此上表面壓力小於流速較慢的下表面壓力。這種壓力差產生了向上的淨空氣動力。

替代解釋、誤解和爭議

對於機翼升力的產生，人們提出了許多不同的解釋，大多數是為了向大眾解釋升力現象。雖然這些解釋可能與上述解釋有共通點，但可能會引入額外的假設和簡化。一些解釋引入了被證明是錯誤的假設，如「相同過境時間假設」，一些則是使用了有爭議的術語，如「康達效應」。(參考外部網址)

基於相同過境時間的錯誤解釋

在基礎或常見的資料中，「等過境時間」理論經常用於描述升力，該理論錯誤地認為，在機翼前緣分離的氣團必須在後緣重新匯合，迫使沿較長上表面飛行的空氣速度更快。然後引用伯努利原理得出結論，沿著機翼底部移動的氣流速度較慢，氣壓一定會更高，從而推動機翼上升。
然而，沒有物理原理要求等過境時間，實驗結果則表明這一假設是錯誤的。事實上，機翼上方產生升力的空氣運動速度比等過境理論預測的要快得多。此外，這個理論違反了牛頓第三運動定律，因為它描述作用在機翼上的力，而沒有反作用力。

空氣必須同時到達後緣的論斷有時被稱為「等時間謬論」。

康達效應之爭議

在其原始意義上，康達效應指的是，流體射流(jet)維持附著到相鄰表面的趨勢，該相鄰表面彎曲地遠離流體，由此夾帶環境空氣進入流體。 這種效應命名自羅馬尼亞的空氣動力學家康達(HenriCoandă)，他在許多專利中利用了這效應。
更廣泛地說，一些人認為這種影響，包括任何流體邊界層附著在曲面上的趨勢，而不僅僅是伴隨流體射流的邊界層。從廣義上說,康達效應是由某些人用於解釋為何氣流附著在機翼上面。例如，Jef Raskin描述了一個簡單的演示，用一根吸管吹過機翼的上表面。機翼向上偏轉,從而證明康達效應產生升力。這個演示以流體噴射(秸稈產生的廢氣)緊臨曲面(翼面)，正確表現了康達效應。然而，上表面的氣流是一個複雜的、充滿渦流的混合層，而下表面的氣流是靜止的。這個演示的物理性質與機翼上的一般氣流有很大的不同。這種用法在一些關於空氣動力學的流行參考文獻中也遇到過。使用術語「康達效應」是有爭議的。更公認的空氣動力學領域觀點是,康達效應定義在上述更受限的意義上，沿著上表面的氣流只是反映了缺乏邊界層的分離; 因此它不是康達效應的一個例子。

更全面的物理解釋

在「機翼升力的簡化物理解釋」中，有兩種主要解釋:一種是基於氣流向下偏轉(牛頓定律)，另一種是基於壓力差而伴隨流速變化(伯努利原理)。這兩種現像中的任何一種，都部分辨識了升力的面貌，但未解釋其他重要部分。更全面的解釋包括向下偏轉和壓力差(包括與壓力差相關的流速變化)，以及對氣流更詳細地研究。

機翼表面的升力

機翼形狀和攻角共同作用，使機翼在氣流經過時對空氣施加向下的力。根據牛頓第三定律，空氣必須對機翼施加一個大小相等、方向相反(向上)的力，也就是升力。
當機翼表面出現壓力差，空氣會對機翼表面施加淨力。流體中的壓力在絕對意義上總是正的，因此，必須把壓力看作是推，而不是拉。因此，在機翼的任何地方，無論上表面或下表面，機翼會被壓力往內推擠。為了對機翼的存在作出反應，氣流通過時，會降低上表面壓力以及增加下表面壓力。因為向上推的下表面壓力比向下推的上表面的壓力來得大，最終的結果就是向上的升力。
壓力差直接造成作用於機翼表面的升力; 然而，要理解壓力差是如何產生的，就需要理解氣流在更大範圍內的作用。

機翼周圍的更寬流動

機翼在大範圍內影響氣流的速度和方向，產生一種稱為速度場的模式。當機翼產生升力,機翼前面的流體向上偏轉,而機翼上方和下方氣流向下偏轉,機翼後方的氣流則再次向上偏轉,遠拋在後的氣流與迎面而來的氣流處於相同的狀態。機翼上方的氣流加快，而機翼下方的氣流減慢。加上前面空氣向上偏轉和後面空氣向下偏轉，這就構成了氣流的淨循環成分。向下偏轉及流速變化明顯，並延伸到一個很廣的區域，正如右邊的氣流動畫。氣流方向和速度上的差異在靠近機翼處最大，在遠高於和低於機翼的地方逐漸減小。速度場的所有這些特徵也出現在升力氣流的理論模型中。
壓力也受到大面積的影響，形成一種稱為壓力場的非均勻壓力模式。當機翼產生升力時，機翼上方有一個低壓擴散區，機翼下方通常有一個高壓擴散區，如圖中的等壓線(恆壓曲線)所示。作用於表面的壓力差只是這個壓力場的一部分。

壓力差與流速變化的相互作用

不均勻的壓力，在壓力由高到低的方向上，對空氣施力。 在機翼周圍的不同位置，如在等壓線圖中箭頭方向所示，力的方向是不同的。 機翼上方的空氣被推向低壓區域中心，機翼下方的空氣則被從高壓區域中心向外推送。
根據牛頓第二定律，空氣朝受力方向加速。因此，在等壓線圖中，垂直箭頭指出，機翼上下方的空氣被加速或向下偏轉，因此，在氣流動畫中，非均勻壓力可能是可見氣流向下偏轉的原因。為了產生這種向下轉彎，機翼必須有一個正攻角，或是其後部向下彎曲，就像帶有拱形的機翼。注意，上表面的氣流向下翻轉，是由於上面壓力大於下面壓力而將空氣向下推的結果。有些解釋(請參閱「康達效應」)表明,對於向下偏轉，粘度將起到關鍵的作用,不過這是錯誤的解釋。(請參閱「康達效應之爭議」)。
機翼前方的箭頭，表示前方的氣流向上偏轉；後方的箭頭則表示，機翼後方的氣流會在向下偏轉後，再次向上偏轉。這些偏移可以在氣流動畫中看到。
機翼前方和後方的箭頭也表明，當空氣通過機翼上方的低壓區，會在進入時加速，離開時減速。空氣通過機翼下方的高壓區時，則是相反的情況——它先是減速，然後加速。因此，非均勻壓力也是氣流動畫中流速變化的原因。而流速變化與伯努利原理一致，伯努利原理認為在無粘性的穩定流動中，低壓力意味著高速度，而高壓力意味著低速度。
因此，流動方向和速度的變化是由非均勻壓力直接引起的。但這種因果關係不僅是單向的; 而是在兩個方向上同時奏效。空氣的運動受壓力差的影響，但壓力差的存在取決於空氣的運動。因此，這種關係是一種互惠的相互作用:氣流根據壓差改變速度或方向，而壓差是由空氣對速度或方向變化的阻力維持的。只有當有東西可以推動時，壓力差才會存在。在空氣動力流動中，當空氣因為壓力差而加速時，壓力差會推動空氣的慣性。這就是為什麼空氣質量是計算的一部分，為什麼升力取決於空氣密度。
為了維持機翼表面升力所需的壓力差，需要在機翼周遭的大範圍內維持不均勻的壓力模式。這就要求維持垂直和水平方向的壓力差，既需要氣流的向下偏轉，也需要根據伯努利原理造成的流速變化。壓力差與氣流的方向和速度變化相互作用，相互支撐。壓力差理所當然來自於牛頓第二定律，也來自於流體沿著機翼主要向下傾斜的輪廓流動這一事實。而空氣具有質量這點，對相互作用也至關重要。

簡化解釋之不足

產生升力既需要流體向下偏轉，又需要與伯努利原理一致的流速變化。上述簡化物理解釋中給出的任一解釋，只用其中一種方式來解釋升力，因此只能解釋現象的一部分，而未解釋剩下的部分。

三維流程

圍繞三維機翼的流動還涉及其他重要問題，尤其是與翼尖有關的問題。對於低展弦比的機翼，如典型的三角翼，二維理論可能提供較差的模型，三維流動效應占了主導地位。即使對於高展弦比的機翼，有限翼展的三維效應也會影響整個翼展，而不會只靠近翼尖。