紙飛機的空氣動力學.doc

紙飛機的空氣動力學作者：KenBlac 文章來源： 點擊數：5666 更新時間：2007-2-4 4:41:01 如果圖片太小，你可以在圖片上面滾動鼠標滑輪來放大圖片觀察，也可以在圖片上單擊右鍵選擇圖片另存為保存圖片到你的電腦上面再進行查看。1.介紹 這里打算介紹關于紙飛機的空氣動力學知識。如果你想全面了解為什么飛機能飛行，為什么有時墜毀，可以參閱我的世界記錄紙飛機和孩童紙飛機中的任何一本書。本來打算在這里也用一個章節(jié)來寫一些這方面的知識，但限于篇幅，不能寫了。希望這些內容不會過于專業(yè)性，其中一些細節(jié)可能比較復雜，但大多數原則是很簡單明了的。我的目標是高中生能理解大部分內容。我希望能在不久的將來在我的網站上放一個全面的空氣動力學介紹 了解紙飛機和真正的飛機飛行的基本原理很重要。它們同樣產生升力和拖力，并且同樣會因此而穩(wěn)定或不穩(wěn)定。但紙飛機不但外形看上去和真飛機不同，它的空氣動力原理也和真飛機有不同之處。這些不同點雖然不明顯，但確實影響紙飛機的飛行。 2.為什么紙飛機很真飛機外形不同 大多數真飛機有機翼、尾翼和機身（來承載飛行員和乘客）。大多數紙飛機只是將紙折出一對翅膀和一個手可以握住、投擲的部分。有以下幾點理由來說明這種不同：2.1 折紙時間 造成紙飛機和真飛機外形不同的主要原因是折紙飛機的人總想又快又簡單地折出一個紙飛機。加一個機尾或其他部分總需要將紙折更多次，有時侯還可能需要剪刀、膠帶或膠水。最簡單的紙飛機就是一個飛行的翅膀。 2.2不需要尾翼 真飛機的水平尾翼有一個升降系統(tǒng)，飛行員可以通過旋轉該系統(tǒng)使飛機抬頭而緩慢飛行，或低頭加速飛行。紙飛機通過將翅膀后端邊緣的紙折起而達到上升緩慢飛行或下降加速飛行的目的。 有一些真飛機沒有尾翼也能成功飛行。Northrop XB-35 and B-2、賀頓兄弟的滑翔機都是很穩(wěn)定，很好的飛行器。許多人都以為飛機尾翼是必要的穩(wěn)定器，但上面提到的飛機及成百萬的紙飛機都證明沒有尾翼飛機也能平穩(wěn)。飛機通過尾翼向前后不同的方向傾斜來保持飛機的穩(wěn)定性。飛機只有在重心點上時才能保持平衡，而這個重心點會因承載的人員和貨物的多少，甚至燃料的多少而前后移動。如果飛機的重心移到飛機的中點之后，飛機會不平穩(wěn)，如果重心移到中點之前，又會過于平穩(wěn)，需要更多的升力。升降系統(tǒng)安裝在尾翼比在機翼上更有效。所以有尾翼的飛機比沒有尾翼的飛機更好控制重心。紙飛機的重心不移動，所以不需要尾翼。尾翼也用來在飛機向下俯沖減緩速度時保持平衡，紙飛機飛行不需要減緩速度，所以也不需要尾翼來幫助保持平衡。真飛機通常還有一個垂直尾翼，用來幫助保持方向。這也叫方向穩(wěn)定器。紙飛機機身（就是你手拿著進行投擲的地方）的作用類似于真飛機的這個方向穩(wěn)定器。有時，將紙飛機的翅膀兩端（翼尖）向上折有助于飛機的穩(wěn)定。紙飛機的機身和翼尖共同起到了令飛機穩(wěn)定的作用，所以不需要垂直尾翼。2.3機翼的形狀紙飛機通常有短而粗的機翼，我們叫做“低”機翼。從翼尖到另一個翼尖的距離叫機翼跨度，從機翼前端到后端的距離叫弦度?？缍扰c平均弦度的比例就叫“展弦比”。它是機翼的一個重要的特征。對于亞音速飛機，增加“展弦比”，（即增大跨度或減小弦度）會減小飛機的拖力?；铏C的設計者就很重視機翼的拖力，所以用高“展弦比的翅膀（即大跨度，小弦度）?，F在說回紙飛機，精確地說應該是紙滑翔機，注意到它們的翅膀跟真的滑翔機非常不同，它們有低“展弦比”的翅膀。這是因為以下這幾點原因：1. 紙是一種很不結實的材料。不能用來做高“展弦比”的機翼。 2. 低“展弦比”翅膀比較容易折出來。我們做紙飛機的一個原因就是做起它們來又快又容易。 3. 紙飛機的滑翔性能并不十分重要，通常一個紙飛機能夠飛過房間就已經夠了。“低展弦比”翅膀能夠經受住較高的落地速度。 “低展弦比”飛機看起來飛得快，尤其在要掉頭的時候。2.4其他形狀真飛機因為要完成飛行任務，所以受到各種空氣動力學原理的影響，要飛行就必須做成那個樣子。而紙飛機最大的任務我想使給玩它的人帶來樂趣。所以它的形狀可以說的無窮無盡的。除了傳統(tǒng)的紙飛機，我還做過其他形狀的紙飛機。例如在我書中提到的“環(huán)狀飛機”，還有我1997年年歷里面的X型飛機，從不同的角度看兩個翅膀都是X型。有些飛機看起來不能飛，但它們確實能飛起來。如我的1997年年歷里的恒星飛船，看起來象天外來客，但它能飛。3.讓紙飛機能飛得好的“秘密”是調整。大多數人有一個錯覺，認為好的紙飛機折好后，就不用調整了。所有真飛機都有一個調節(jié)器，所有紙飛機也需要不斷調整使它們飛得更好。有一些基本的調整規(guī)則可以使一個玩紙飛機的新手變成一個專家。下面就是一些竅門：4.1 最常見之一的錯誤就是紙飛機的翅膀向下，這減少了它側面的穩(wěn)定性。所以要記住，折紙飛機要使它的兩個翅膀的翼尖向上翹。就是紙飛機的翅膀向下，這減少了它側面的穩(wěn)定性。所以要記住，折紙飛機要使它的兩個翅膀的翼尖向上翹。4.1 飛機的平衡取決于它的重心，重心在中點上即平衡。如果重心在中點之前，飛機將過于平衡，重心在中點之后則不平衡。當然所有沒有計算機控制的飛機都要求重心在中點之前。對矩形翅膀的飛機，其中點是在飛機前端到尾翼四分之一處，對三角形翅膀的飛機，中點是在飛機前端到尾翼二分之一處。飛機的穩(wěn)定性只它一但受到干擾，能自動回復到初始狀態(tài)。飛行中的穩(wěn)定性是指按一個速度飛行。一個穩(wěn)定的飛機上下振動的次數有限，并且有一個穩(wěn)定的飛行速度。許多紙飛機在設計上是穩(wěn)定的，但僅僅穩(wěn)定還不夠。因為我們要求它越來越穩(wěn)定的同時，也希望它飛得越來越快。這就需要一個升力。很少有人意識到好的飛行穩(wěn)定的飛機需要一個稍重一點的機頭和一些升力。許多老式紙飛機沒有升力調節(jié)也能飛，有些飛得很好，但多數飛不好，并且穩(wěn)定性很差。我喜歡在老式紙飛機的機頭加點東西來提升升力。如果我有時間和材料，我喜歡貼幾層膠帶或干脆在機頭別一個回形針來增加穩(wěn)定性。然后試飛幾次，前后移動回形針的位置，找出最佳位置。4.3機翼的形狀大家可能注意到真飛機的翅膀上面是有弧度的，下面則是平面的。有許多人問我為什么沒有在我的書里提到將紙飛機的翅膀也做成有弧度的。因為我發(fā)現紙飛機的飛行技能并不因平面翅膀而有很大的下降。5.世界記錄我13歲時就創(chuàng)造了紙飛機飛行世界記錄，現在仍在想盡量精確地說明紙飛機工作原理。我總是試圖“發(fā)明”新型飛機，這樣折折，那樣貼貼。我喜歡在戶外飛行紙飛機，看著我飛出去的飛機飛得又高又遠。我通讀的吉尼斯世界記錄這本書后的一、二年，我意識到我有打破紀錄的能力，于是我開始改善我的紙飛機，我的投擲方法，以挑戰(zhàn)記錄。我很幸運我的努力得到回報。但我一直在不斷學習、不斷改善。認識紙飛機的飛行階段很重要，第一個是起飛階段，我以每小時60公里的速度將飛機投擲出去，然后它慢下來，接著進入第二階段，慢慢地穩(wěn)定地滑翔。Launch phase起飛階段Gliding flight滑翔階段Short wings better短翅膀好Long wings better 長翅膀好Heavy better (thick paper)厚紙Light better (thin paper) 薄紙你可以用厚紙做一個短翅膀的飛機，它起飛快，飛得高，但滑翔不好，或用薄紙做一個長翅膀的飛機，它滑翔好，但不能用力投擲。5.1 起飛階段竅門是盡量往高拋。我的做法是垂直方向，以最快的速度扔上去。5.2投擲垂直向上拋擲東西總不是非常自然地能完成的事。如果你希望紙飛機飛得高并且自然過度到滑翔狀態(tài)，一定要與垂直方向小于10的角度投出去，并且要盡可能地快。5.3不斷重復我前面提到過，我做的紙飛機不是每一個都能打破世界記錄。大多數紙飛機能飛10-14秒，可能10%能飛15-17秒，大約1%能飛行20秒。我研究和不斷實驗的目的之一就是在不斷重復的基礎上做“好”紙飛機。最好成績的方法就是搞清楚其中的物理原理，然后想出解決的辦法。我發(fā)現有時物理學原理相當復雜，并且很難找到好的解決方法。我想我正在進步，并希望能持續(xù)改善我做的紙飛機的性能。5.4 做不同的紙飛機有時我覺得自己落入俗套，因為20年來我一直致力改善同樣設計的紙飛機。我確實試圖發(fā)明新的設計以挑戰(zhàn)世界記錄。到目前為止，沒有做出比以前好的，但我一直努力。我想有許多更好的設計等待我們去發(fā)現，并且將來肯定能打破世界記錄。5.5天氣、英國、世界記錄室外的天氣影響室內的飛行。1996年我在英國倫敦參加BBC組織的紙飛機比賽。我們比賽的大廳很大，很冷，外面下著雨。紙飛機討厭潮濕。在雨天，紙飛機通常飛不好。紙飛機飛了幾次后，翅膀會“疲勞”。問題是比賽中總要先試飛幾次，來調整紙飛機的升力和穩(wěn)定性。那次我很幸運以17.3秒的時間贏得比賽。其他的選手也很棒！我會不斷完善我的紙飛機。New airfoil紙飛機的歷史作者：KenBlac 文章來源： 點擊數：2264 更新時間：2007-1-28 18:00:07 如果圖片太小，你可以在圖片上面滾動鼠標滑輪來放大圖片觀察，也可以在圖片上單擊右鍵選擇圖片另存為保存圖片到你的電腦上面再進行查看。據紙飛機研究者介紹，鑒于紙是中國人發(fā)明的，而且?guī)装倌昵爸袊司陀眉埛牌鹆孙L箏，所以一般認為紙飛機起源于中國。倫敦大學“紙飛機協會”也認同這一觀點。 “名副其實”的紙飛機是在飛機誕生之后才有的，而今能追溯到的最早年代是在19081909年也就是萊特兄弟造飛機之后的五六年。 1950年，DC0