飛機為什麼偏要迎著風起飛？
― 只要迎面風稍強一點，跑道就能少用一半
順風看起來能跑得更快，但飛行員卻偏要迎著風起飛，也迎著風降落。因為對機翼來說，重要的不是在地面上跑多快，而是相對於周圍空氣的速度。而且這個差別，比你想的影響大得多。
你站在機場的觀景台上，看著飛機起飛。中午看到的飛機，是從右向左跑著飛起來的。
可是傍晚再來，同一條跑道上，飛機卻改成從左向右跑。跑道旁紅白相間的風向袋，飄動的方向也和中午相反。
每當風向改變，機場就會把飛機的跑向整個調換。為什麼要這麼費事地迎著風呢？
理由只有兩個
托起機翼的力，取決於流過機翼上方的空氣速度。在迎面風中，就算停著不動，空氣也已經在流過來，所以在地面上要跑的速度就能少一些。
從靜止開始加速時，所需距離和「目標速度×目標速度」成正比。目標稍微降低一點，距離就會大幅縮短；順風時則正好相反，距離會拉得很長。
飛行員憑經驗掌握的這個道理，把兩個理由合起來，就能用數字清楚說明。我們依序來看。
機翼看的是空氣，不是地面
機翼要受到空氣的流動，才會產生向上的力。這個力叫做「升力」。對機翼來說，自己在地面上跑多快並不重要，重要的是空氣以多快的速度流過機翼周圍。
請看圖 1。小型飛機要浮起來，據說相對於空氣大約需要時速 100 km。無風時，就得在地面上跑到時速 100 km。
可是，如果正面有時速 30 km 的風吹來，情況就不同了。就算停著不動，機翼上也已經有時速 30 km 的空氣流過。在地面上只要跑到時速 70 km，對機翼來說就是時速 100 km。
速度少一點，距離就大幅縮短
第二個理由，讓這件事不只是省一點力而已。從靜止以同樣的加速度起跑時，所需距離和「目標速度的平方」成正比。速度變成 2 倍，距離就變成 4 倍。
請用圖 2 的滑桿改變風的強度。一架無風時需要滑行約 260 m 的飛機，遇上秒速 8 m（時速約 29 km）的迎面風，只要約 130 m，大約減半。反過來，若是秒速 5 m 的順風，就會拉長到約 360 m。
飛行教科書裡，很早就有這樣的經驗法則：「迎面風達到起飛速度的一成時，滑行距離約縮短 19％；同樣強度的順風，則約增加 21％。」這和 0.9 的平方是 0.81、1.1 的平方是 1.21，完全吻合。
跑道的兩端寫著「34」或「16」這類大數字。這是以 10 度為單位，表示沿該方向滑行時的方位。34 就是 340 度，大致朝北。一條跑道的兩端，編號一定相差 18。機場會配合風向，選擇從哪一端使用。
天鵝和野鴨從水面起飛時，大多會面向上風處，在水面上助跑。又重又大的鳥，助跑距離就更長。因為迎著風，只要少少的助跑，就能讓機翼吃到足夠的空氣。早在人類造出飛機之前，鳥類就已經在用同樣的智慧了。
降落時，也要迎著風
降落的道理也一樣。機翼能維持浮力的最低速度，是相對於空氣而定的。在迎面風中，接地時的對地速度會比較小。到完全停下的距離，同樣會隨速度的平方而縮短。
相反地，從側面吹來的風，會把飛機往跑道外推。因此跑道多半是順著當地常吹的風向建造的。航空母艦每次起降都全速迎風前進，也是為了在甲板這條短短的跑道上，自己製造出迎面風。
總結
對機翼來說，速度指的是對空氣的速度，而不是對地面的速度。迎面風一開始就幫你送來一部分速度。再加上滑行距離取決於速度的平方，所以一點點迎面風，就會造成很大的差別。
飛機看的不是地面，而是空氣。
所以迎面風不是敵人，而是夥伴。
機翼為什麼能浮起來，請看「飛機為什麼會飛？」；風的力量如何隨速度平方變強，請看「風的強度」這篇；鳥如何巧妙利用氣流的例子，請看「候鳥為什麼排成 V 字形飛行？」。
- 在有一點風的日子，到空曠的地方，用同樣的力道丟出同一架紙飛機。
- 比較朝上風處丟，和朝下風處丟時的飛行情形。朝上風處丟的話，紙飛機離手後比較容易輕飄飄地浮起來。
- 到機場觀景台時，比較風向袋的方向和飛機的跑向。飛機應該是朝著風向袋所指的相反方向跑。
風向袋會朝下風處飄。也就是說，風向袋根部那一側是上風處，飛機就是朝那個方向跑。丟紙飛機時，請朝沒有人的方向丟。
想知道更多 ― 用語・算式・與課本的連結從國中理化到大學專業課程，清楚標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「物理」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（流體力學・航空工程）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」來教，是目前研究者還在探究的話題
國中用語：這個現象是有名字的
- 空速：飛機相對於周圍空氣的速度。機翼的力由它決定。
- 地速：相對於地面的速度。滑行距離和抵達目的地的時間由它決定。
- 升力：機翼從空氣流動中受到的向上的力。
國中高中用算式驗證：迎面風能讓滑行距離縮短多少
假設加速度固定，算出無風、迎面風、順風時的滑行距離。數值是以小型飛機為設想的概略值。
| 用符號寫 | s ＝ ( V − w )² ÷ ( 2 × a ) |
| 用文字寫 | 滑行距離 ＝ （浮起所需的對空氣速度 − 迎面風速度）的平方 ÷（2 × 加速度） |
| 算式的來源 | 從靜止以固定加速度提高速度時的「速度²＝2×加速度×距離」（等加速度運動公式）。目標速度是以對地速度來考慮，所以要扣掉迎面風的部分。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| s | 在地面上跑的距離（m） |
| V | 浮起所需的對空氣速度（m/秒） |
| w | 迎面風速度（m/秒，順風為負） |
| a | 加速的力道＝加速度（m/秒²） |
| 浮起所需速度 V | 秒速28 m（時速約100 km） |
| 加速度 a | 設為每秒秒速1.5 m |
| 迎面風 w | 秒速8 m（時速約29 km） |
| 分母（2 × a） | 2 × 1.5 ＝ 3 |
| 無風：速度的平方 | 28 × 28 ＝ 784 |
| 無風的滑行距離（m） | 784 ÷ 3 ≒ 261 |
| 迎面風：地面上所需速度 | 28 − 8 ＝ 20 |
| 其平方 | 20 × 20 ＝ 400 |
| 迎面風的滑行距離（m） | 400 ÷ 3 ≒ 133 |
| 與無風相比的比例 | 133 ÷ 261 ≒ 0.51 |
| 順風5 m：地面上所需速度 | 28 + 5 ＝ 33 |
| 其平方 | 33 × 33 ＝ 1089 |
| 順風的滑行距離（m） | 1089 ÷ 3 ＝ 363 |
風速還不到浮起速度的三成，滑行距離卻幾乎減半。若是順風，光是秒速 5 m 就多出約四成。速度的「差」，到了距離上就成了「平方的差」。這就是飛行員那麼講究風向的原因。
高中高中＋相對速度，以及加速度並不固定
高中對空氣的速度＝對地面的速度＋迎面風的速度，這個關係正是高中物理的「相對速度」。站在不同的立場看，速度就不同，而對機翼有意義的，是從空氣看過去的速度。
高中＋實際滑行時，速度越快空氣阻力越大，加速度會一點一點變小。所以上面的計算只是概略值。即使如此，飛行教科書中「一成的迎面風約縮短 19％」的經驗法則，仍和這個簡單算式吻合得很好。
大學升力公式與起飛性能計算
機翼的升力可用「升力公式」表示：升力 ＝ 1/2 × 空氣密度 × 空速² × 機翼面積 × 升力係數。浮起的速度（在失速速度上加一點餘裕的起飛速度），由這個公式中升力與重量平衡的條件決定。在氣溫高的日子或高海拔機場，空氣密度較小，同樣的升力需要更大的空速。航空工程把這點以「密度高度」納入起飛性能表，再用包含推力、阻力與輪子滾動阻力的運動方程式求出滑行距離。
📖 算式的推導與更進階的內容：升力（日文維基百科） ／ 空速（日文維基百科）
研究還不是很清楚的事
- 貼近地面的風的亂流 在起降的高度，會出現風速、風向在短距離內驟變的「低空亂流」。要事先準確掌握它，其觀測與預測至今仍在持續改良。
- 大型鳥類如何判讀風來起飛 近年有研究在海鳥身上裝小型記錄器，調查風和浪的條件，與起飛前的助跑、拍翅之間的關係。鳥究竟能在多大程度上「選擇」風，仍在研究當中。
- 陣風中機翼的行為 風的強度一瞬間改變時，機翼周圍的氣流會跟不上，出現不符合課本升力公式的時間。其細節正以實驗與計算兩方面研究。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。尤其是貼近地面的風，是同時仰賴飛行員的經驗與觀測的領域。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化「運動的規律」 | 速度與距離的關係 |
| 高中 | 物理「等加速度直線運動」「相對速度」 | 用算式驗證、圖 1 |
| 高中＋ | 物理（進階）空氣阻力 | 加速度並不固定 |
| 大學 | 流體力學・航空工程 | 升力公式、密度高度、起飛性能 |
| 研究 | 氣象學・生物飛行的研究 | 貼近地面的風的亂流、鳥的起飛 |
| ― | 與生活的連結 | 機場的風向袋、跑道編號、紙飛機 |
- 美國聯邦航空總署（FAA）Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge（飛行基礎知識教本，起飛性能章節）
- 揚力（升力）- ウィキペディア（日文維基百科）
- 対気速度（空速）- ウィキペディア（日文維基百科）
- 滑走路（跑道）- ウィキペディア（日文維基百科）
- J. D. Anderson, Introduction to Flight, McGraw-Hill
※本文是為一般讀者寫的科學解說。文中的數值是為了理解原理的參考值與概算，實際的起降判斷，須依各機型的性能表以及航空主管機關、管制單位的指示進行。