挑战纸飞机(下)

2020-12-14 03:42
学苑创造·C版 2020年11期
关键词:尾翼升力纸飞机

想知道怎样让纸飞机飞得更远、更久,先得知道它为什么会飞。

18世纪,流体力学之父丹尼尔·伯努利发现:在水流或气流里,流速越大,其压强越小;流速越小,其压强越大。这就是伯努利原理。这一原理可以通过一个小实验来验证:如右图所示,双手各拿一张薄纸,在嘴前方竖直垂下,然后往两张纸中间用力吹气。这时我们会看到,两张纸非但没被吹开飘向两边,反而向中间贴紧。

飞机飞行也是同样的道理。机身、机翼的形状设计,以及起飞的姿态,能使飞机上下方的空气流速不一样,当这个差距大到上下的气压差超过机身重力时,飞机就飞起来了。

明白了原理,我们不难分析出影响飞机飞行状态的关键要素,那就是——材料、形状、初速度,以及发射角度。

当然,纸飞机的材料已被限定为纸,在此就不多做讨论,一般来说,在保证强度的前提下材料是越轻越好。其余三个要素,咱们一一来探究。

合适的飞机外形,能够最大限度地减少空气阻力,增加升力。一架优秀的纸飞机,它的外形需要满足哪些要求呢?

1.机翼够大

飞机的升力主要来源于机翼切割气流形成的压力差,宽大的机翼能够更好地托举纸飞机,使它在空中飞得更久。因此对于留空机,设计上应尽可能地加大机翼面积。这方面的典型例子自然是“空中之王”,它那大得出奇的机翼,跟相较之下差点可以忽略不计的机身,实在令人印象深刻。

“苏珊”的外形又不同。作为距离机之王,它不仅要飞得久,还要飞得快、飞得直。而太宽的机翼势必增加前进时的空气阻力,降低飞行速度。所以“苏珊”这类距离机的设计,要在保证机翼面积的同时尽可能地后掠,形成尖瘦狭长的形状。

2.机翼和机身的比例适当

那么机翼是越大越好吗?并不。机身小、翅膀大,升力是够够的了,但会导致重心上抬,影响飞行稳定,造成坠机。

机翼和机身比例的确定,需要反复实验。在上期介绍的“苏珊”和“空中之王”的折法里,都有指定机翼的大小。大家不妨在原版的基础上把机翼放大、缩小,看看飞行效果有何不同。

3.注意前后平衡

机头太重,纸飞机容易一头扎在地上;机头太轻,则容易上翘,失速坠机。只有重心位置合适,才能防止飞机摇摆,确保飞行稳定。理想的重心位置为靠近机头,距离机鼻约三分之一个机身长。根据2017年距离机全国冠军毛科炜同学的经验,重心到机鼻和机尾的长度比可精确到0.618,即重心位于机身的黄金分割点上。

调整重心的常用方法:前端过重,可将机翼尾端向上微折;前端太轻,则可用厚重的封头来进行平衡,典型如“空中之王”,那厚得要动用钳子才能压紧的封头,巧妙地平衡了宽大翅膀带来的重心后移。

4.调整机翼角度

首先,机翼应微微向上倾斜,与机身形成一个钝角,从正面看整体呈Y字形。这样有利于保持平衡,免于被吹歪翅膀,导致“翻车”。

其次,机翼本身要微微弯曲,产生一些弧度。从前面说过的飞行原理可以知道,这是为了让机翼上下表面的气流形成速度差,从而获得升力。

当然,这个夹角和弧度的大小,同样要靠反复实验来确定。不过有些优秀作品也会给出具体的数值,供大家参考,比如“苏珊”。

5.保证左右对称

左右不对称,飞机将无法平稳飞行,因此这一点非常关键。折完后,要从飞机前端俯视检查,必要时需重新折叠。而如果想实现盘旋飞行,则应在对称的基础上对其中一侧进行微调。

6.添加小翼和尾翼

“空中之王”的设计里,还有两个结构很引人注目——机翼末梢的小翼和机身尾部的尾翼。小翼主要用于稳定气流,减小阻力,提升飞行效率。尾翼用于控制飞行方向,同时可以固定整体,减少能量损失。试飞的时候,如果纸飞机不能保持直线行进,可以通过微调尾翼来改进:飞起来向左偏,尾翼就往右边翘一点;反之则向左翘。

既然纸飞机是“无动力飞行器”,只能靠手臂的投掷来升空起飞,那么投掷的人自然是力气越大越好,“大力出奇迹”嘛。但仅有力气是不够的,还要有正确的投放姿势和技巧。

专业的比赛中,投手常会由职业运动员担任,他们科学的发力方式,有助于纸飞机飞出好成绩。例如“苏珊”破纪录的成绩,就是由美国橄榄球明星乔·阿尤布投出的。

不过具体的投掷姿势,因比赛项目而异。

对于留空机,比的是飞得久,所以要避免平坦的轨迹,正确方式是尽可能地使飞机迅速升到高空,再慢慢盘旋下降。起飞时机身與地面的夹角一般以80°为宜,不可以小于60°。

距离机比的是飞得远,大仰角就不合适了。标准姿势是向后展臂,然后向前方送出,投出角度稍大于水平即可,约在10°至20°之间。

好了,经过栗子君两期的谆谆教导,想必你已刷新了对纸飞机的认识。那就赶快拿起你的爱机,冲出家门去挑战蓝天吧!

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