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挑戰(zhàn)紙飛機(jī)(下)

2020-12-14 03:42
學(xué)苑創(chuàng)造·C版 2020年11期
關(guān)鍵詞:尾翼升力紙飛機(jī)

想知道怎樣讓紙飛機(jī)飛得更遠(yuǎn)、更久,先得知道它為什么會(huì)飛。

18世紀(jì),流體力學(xué)之父丹尼爾·伯努利發(fā)現(xiàn):在水流或氣流里,流速越大,其壓強(qiáng)越小;流速越小,其壓強(qiáng)越大。這就是伯努利原理。這一原理可以通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證:如右圖所示,雙手各拿一張薄紙,在嘴前方豎直垂下,然后往兩張紙中間用力吹氣。這時(shí)我們會(huì)看到,兩張紙非但沒被吹開飄向兩邊,反而向中間貼緊。

飛機(jī)飛行也是同樣的道理。機(jī)身、機(jī)翼的形狀設(shè)計(jì),以及起飛的姿態(tài),能使飛機(jī)上下方的空氣流速不一樣,當(dāng)這個(gè)差距大到上下的氣壓差超過機(jī)身重力時(shí),飛機(jī)就飛起來了。

明白了原理,我們不難分析出影響飛機(jī)飛行狀態(tài)的關(guān)鍵要素,那就是——材料、形狀、初速度,以及發(fā)射角度。

當(dāng)然,紙飛機(jī)的材料已被限定為紙,在此就不多做討論,一般來說,在保證強(qiáng)度的前提下材料是越輕越好。其余三個(gè)要素,咱們一一來探究。

合適的飛機(jī)外形,能夠最大限度地減少空氣阻力,增加升力。一架優(yōu)秀的紙飛機(jī),它的外形需要滿足哪些要求呢?

1.機(jī)翼夠大

飛機(jī)的升力主要來源于機(jī)翼切割氣流形成的壓力差,寬大的機(jī)翼能夠更好地托舉紙飛機(jī),使它在空中飛得更久。因此對于留空機(jī),設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能地加大機(jī)翼面積。這方面的典型例子自然是“空中之王”,它那大得出奇的機(jī)翼,跟相較之下差點(diǎn)可以忽略不計(jì)的機(jī)身,實(shí)在令人印象深刻。

“蘇珊”的外形又不同。作為距離機(jī)之王,它不僅要飛得久,還要飛得快、飛得直。而太寬的機(jī)翼勢必增加前進(jìn)時(shí)的空氣阻力,降低飛行速度。所以“蘇珊”這類距離機(jī)的設(shè)計(jì),要在保證機(jī)翼面積的同時(shí)盡可能地后掠,形成尖瘦狹長的形狀。

2.機(jī)翼和機(jī)身的比例適當(dāng)

那么機(jī)翼是越大越好嗎?并不。機(jī)身小、翅膀大,升力是夠夠的了,但會(huì)導(dǎo)致重心上抬,影響飛行穩(wěn)定,造成墜機(jī)。

機(jī)翼和機(jī)身比例的確定,需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)。在上期介紹的“蘇珊”和“空中之王”的折法里,都有指定機(jī)翼的大小。大家不妨在原版的基礎(chǔ)上把機(jī)翼放大、縮小,看看飛行效果有何不同。

3.注意前后平衡

機(jī)頭太重,紙飛機(jī)容易一頭扎在地上;機(jī)頭太輕,則容易上翹,失速墜機(jī)。只有重心位置合適,才能防止飛機(jī)搖擺,確保飛行穩(wěn)定。理想的重心位置為靠近機(jī)頭,距離機(jī)鼻約三分之一個(gè)機(jī)身長。根據(jù)2017年距離機(jī)全國冠軍毛科煒同學(xué)的經(jīng)驗(yàn),重心到機(jī)鼻和機(jī)尾的長度比可精確到0.618,即重心位于機(jī)身的黃金分割點(diǎn)上。

調(diào)整重心的常用方法:前端過重,可將機(jī)翼尾端向上微折;前端太輕,則可用厚重的封頭來進(jìn)行平衡,典型如“空中之王”,那厚得要?jiǎng)佑勉Q子才能壓緊的封頭,巧妙地平衡了寬大翅膀帶來的重心后移。

4.調(diào)整機(jī)翼角度

首先,機(jī)翼應(yīng)微微向上傾斜,與機(jī)身形成一個(gè)鈍角,從正面看整體呈Y字形。這樣有利于保持平衡,免于被吹歪翅膀,導(dǎo)致“翻車”。

其次,機(jī)翼本身要微微彎曲,產(chǎn)生一些弧度。從前面說過的飛行原理可以知道,這是為了讓機(jī)翼上下表面的氣流形成速度差,從而獲得升力。

當(dāng)然,這個(gè)夾角和弧度的大小,同樣要靠反復(fù)實(shí)驗(yàn)來確定。不過有些優(yōu)秀作品也會(huì)給出具體的數(shù)值,供大家參考,比如“蘇珊”。

5.保證左右對稱

左右不對稱,飛機(jī)將無法平穩(wěn)飛行,因此這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。折完后,要從飛機(jī)前端俯視檢查,必要時(shí)需重新折疊。而如果想實(shí)現(xiàn)盤旋飛行,則應(yīng)在對稱的基礎(chǔ)上對其中一側(cè)進(jìn)行微調(diào)。

6.添加小翼和尾翼

“空中之王”的設(shè)計(jì)里,還有兩個(gè)結(jié)構(gòu)很引人注目——機(jī)翼末梢的小翼和機(jī)身尾部的尾翼。小翼主要用于穩(wěn)定氣流,減小阻力,提升飛行效率。尾翼用于控制飛行方向,同時(shí)可以固定整體,減少能量損失。試飛的時(shí)候,如果紙飛機(jī)不能保持直線行進(jìn),可以通過微調(diào)尾翼來改進(jìn):飛起來向左偏,尾翼就往右邊翹一點(diǎn);反之則向左翹。

既然紙飛機(jī)是“無動(dòng)力飛行器”,只能靠手臂的投擲來升空起飛,那么投擲的人自然是力氣越大越好,“大力出奇跡”嘛。但僅有力氣是不夠的,還要有正確的投放姿勢和技巧。

專業(yè)的比賽中,投手常會(huì)由職業(yè)運(yùn)動(dòng)員擔(dān)任,他們科學(xué)的發(fā)力方式,有助于紙飛機(jī)飛出好成績。例如“蘇珊”破紀(jì)錄的成績,就是由美國橄欖球明星喬·阿尤布投出的。

不過具體的投擲姿勢,因比賽項(xiàng)目而異。

對于留空機(jī),比的是飛得久,所以要避免平坦的軌跡,正確方式是盡可能地使飛機(jī)迅速升到高空,再慢慢盤旋下降。起飛時(shí)機(jī)身與地面的夾角一般以80°為宜,不可以小于60°。

距離機(jī)比的是飛得遠(yuǎn),大仰角就不合適了。標(biāo)準(zhǔn)姿勢是向后展臂,然后向前方送出,投出角度稍大于水平即可,約在10°至20°之間。

好了,經(jīng)過栗子君兩期的諄諄教導(dǎo),想必你已刷新了對紙飛機(jī)的認(rèn)識(shí)。那就趕快拿起你的愛機(jī),沖出家門去挑戰(zhàn)藍(lán)天吧!

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