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• 航空科技為結合基礎科學與應用科技的綜合性學科，流體力學是基礎，空氣動力學則是應用。
• 由於航空器飛行的首要條件是升力必須大於重量，且必須克服來自飛機各部件的阻力，因此藉由機翼、翼剖面等構件的設計降低阻力、提升升力，是飛機設計的重點。
• 機身融合機翼、連接翼、閉合式機翼及航空鯊魚技術各以不同方式降低阻力，提升升阻比，能增加飛機效率、節省燃料及減低碳排放。

航空工程科技是一種綜合性的高科技，應用的極致即為飛機設計，而無論是軍用或民用航空器，飛機設計的基礎科學仍然是空氣動力學。傳統航空科技又可分為四大領域，分別為流體力學與空氣動力學、材料與結構、燃燒與推進、穩定與控制，每個領域皆由基礎科學與應用科技組成，我們可以由此了解流體力學與空氣動力學的關係：流體力學為基礎而空氣動力學為應用。所謂流體（fluid）包含液體與氣體，流體力學是一門發展歷史超過500 年的傳統科學，描述在不同狀況下的流體壓力、密度、溫度、速度、受力與能量功率等物理量之間的關係，應用面極廣，舉凡土木、水利、化工、機械、造船、航空等各種工程科技都需要流體力學的基礎。簡而言之，流體力學可說是飛機設計的基礎學科，且一般在航太領域，大多以飛機空氣動力學來描述流體力學。

航空領域的空氣動力學

空氣動力學主要探討飛機或飛彈等航空器在不同速度、不同高度環境飛行時的受力情形，而航空器之所以能夠飛行在空中，條件是升力（lift）〔註1〕必須大於或等於重量，且必須克服來自於機翼、機身、尾翼、發動機等整架飛機各部件的阻力。由於升力基本上完全來自於機翼，因此空氣動力學的研究重點自然在於三維的機翼及二維的翼剖面（airfoil）等方面。翼剖面是機翼的前後向剖面外型，為低速空氣動力學的根本，在1903 年人類設計飛機升空時，便已做過基本測試並建立數據，二戰前美國航空研發單位更針對不同速度需求，建立了各翼型不同形狀及不同厚度的空氣動力數據庫，至今無論是三維機翼或螺旋槳葉片，或在各種速度、極端氣候等條件下，均可以從既有資料中輕易擷取或模擬出空氣動力參數。也就是說，空氣動力學如今已從傳統數理公式分析、風洞測試（wind tunnel test）〔註2〕，發展到目前以數值模擬為主、實驗測試為輔的境界，且當下具高算力的人工智慧（artificial intelligence, AI）及未來可能商轉的量子電腦，更可能有潛力將空氣動力學與飛機設計帶領至前所未有的境界。

〔註1〕指氣流通過翼剖面時，翼剖面所受到的與氣流方向垂直的力。若力的方向與翼剖面平行則為阻力。

〔註2〕利用人造風檢驗交通工具抵擋風壓能力，測試氣動性能的實驗設備。

不同類型的機翼

過去幾年雖然因為新冠併發重症（COVID-19）疫情全球蔓延，造成民航產業一時頓挫，但航空科技或飛機設計的研發並沒有因此停頓。相反地，無論是在新型民用飛機的外型設計、垂直起降電動飛天汽車、軍民用無人飛機、第六代戰機、超音速客機與節能減碳的航空科技等領域都有長足進展，以下針對翼身融合飛機（blended wing body, BWB）、連接翼（joint Wing）、閉合式機翼（closed wing）及航空鯊魚技術（AeroSHARK technology）四種類型的機翼設計進行簡單介紹：

翼身融合飛機

翼身融合飛機源於50年代的飛行翼（flying wing）概念，它沒有明顯的機翼及機身外型區分，而是自然地將兩者融合在一起，最大的優點是升力大阻力小，與傳統外型飛機相比，升阻比（liftto - drag ratio, L/D ratio）可以增加約20% 左右。目前已有2021 年成立的美國航空科技新創公司JetZero 專注於翼身融合飛機設計，由美國空軍及美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration, NASA）等機構提供初始資金。2023 年該公司進一步宣布了Z4 飛機計畫， 針對新型中端市場飛機類別，預計使用35000 磅級（約15.875 公噸）的發動機，設計運載250 名乘客，將於2027 年初實現全尺寸驗證機的首次飛行。去（2024）年3 月，Z4 的1/8 比例驗證機已獲得了美國聯邦航空總署（Federal Aviation Administration, FAA）的適航證書。換句話說，人類搭乘革命性新型民用飛機的時日已經為期不遠了。

JetZero 的Z4 翼身融合飛機外型。（US Air Force, Public Domain, Wikimedia Commons）
 

連接翼

另一種正在積極開發的客機機翼為聯接翼，即穿音速桁架支撐機（transonic truss-braced wing, TTBW），此機翼的優點是升阻比比一般飛機更高，可接近翼身融合飛機，設計過程中除機翼外，整架飛機無需做太大的更動，且桁架支撐機翼的重量可以減輕。目前波音X-66 是波音公司（Boeing）正在開發的實驗性客機，它是X 飛機（X-Plane）系列的一部分，與NASA 的永續飛行計畫合作開發，採用由對角支撐支柱、超長且薄的機翼設計，被稱為穿音速桁架支撐機翼。這種飛機的配置廣泛研究了桁架支撐和混合電動技術，經過風洞測試，最佳化設計的桁架和52 公尺跨度機翼的大後掠角（high sweep angle）（圖一），使飛機能夠飛得更高更快，從0.70 ～ 0.75 馬赫（Mach number, Ma）提高到0.80 馬赫。與傳統懸臂式機翼飛機相比，燃油消耗將減少8 ～ 10%，……【更多內容請閱讀科學月刊第665期】