紙飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué).doc

紙飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)作者：KenBlac 文章來源： 點(diǎn)擊數(shù)：5666 更新時(shí)間：2007-2-4 4:41:01 如果圖片太小，你可以在圖片上面滾動(dòng)鼠標(biāo)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(jìn)行查看。1.介紹 這里打算介紹關(guān)于紙飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)。如果你想全面了解為什么飛機(jī)能飛行，為什么有時(shí)墜毀，可以參閱我的世界記錄紙飛機(jī)和孩童紙飛機(jī)中的任何一本書。本來打算在這里也用一個(gè)章節(jié)來寫一些這方面的知識(shí)，但限于篇幅，不能寫了。希望這些內(nèi)容不會(huì)過于專業(yè)性，其中一些細(xì)節(jié)可能比較復(fù)雜，但大多數(shù)原則是很簡(jiǎn)單明了的。我的目標(biāo)是高中生能理解大部分內(nèi)容。我希望能在不久的將來在我的網(wǎng)站上放一個(gè)全面的空氣動(dòng)力學(xué)介紹 了解紙飛機(jī)和真正的飛機(jī)飛行的基本原理很重要。它們同樣產(chǎn)生升力和拖力，并且同樣會(huì)因此而穩(wěn)定或不穩(wěn)定。但紙飛機(jī)不但外形看上去和真飛機(jī)不同，它的空氣動(dòng)力原理也和真飛機(jī)有不同之處。這些不同點(diǎn)雖然不明顯，但確實(shí)影響紙飛機(jī)的飛行。 2.為什么紙飛機(jī)很真飛機(jī)外形不同 大多數(shù)真飛機(jī)有機(jī)翼、尾翼和機(jī)身（來承載飛行員和乘客）。大多數(shù)紙飛機(jī)只是將紙折出一對(duì)翅膀和一個(gè)手可以握住、投擲的部分。有以下幾點(diǎn)理由來說明這種不同：2.1 折紙時(shí)間 造成紙飛機(jī)和真飛機(jī)外形不同的主要原因是折紙飛機(jī)的人總想又快又簡(jiǎn)單地折出一個(gè)紙飛機(jī)。加一個(gè)機(jī)尾或其他部分總需要將紙折更多次，有時(shí)侯還可能需要剪刀、膠帶或膠水。最簡(jiǎn)單的紙飛機(jī)就是一個(gè)飛行的翅膀。 2.2不需要尾翼 真飛機(jī)的水平尾翼有一個(gè)升降系統(tǒng)，飛行員可以通過旋轉(zhuǎn)該系統(tǒng)使飛機(jī)抬頭而緩慢飛行，或低頭加速飛行。紙飛機(jī)通過將翅膀后端邊緣的紙折起而達(dá)到上升緩慢飛行或下降加速飛行的目的。 有一些真飛機(jī)沒有尾翼也能成功飛行。Northrop XB-35 and B-2、賀頓兄弟的滑翔機(jī)都是很穩(wěn)定，很好的飛行器。許多人都以為飛機(jī)尾翼是必要的穩(wěn)定器，但上面提到的飛機(jī)及成百萬的紙飛機(jī)都證明沒有尾翼飛機(jī)也能平穩(wěn)。飛機(jī)通過尾翼向前后不同的方向傾斜來保持飛機(jī)的穩(wěn)定性。飛機(jī)只有在重心點(diǎn)上時(shí)才能保持平衡，而這個(gè)重心點(diǎn)會(huì)因承載的人員和貨物的多少，甚至燃料的多少而前后移動(dòng)。如果飛機(jī)的重心移到飛機(jī)的中點(diǎn)之后，飛機(jī)會(huì)不平穩(wěn)，如果重心移到中點(diǎn)之前，又會(huì)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(jī)翼上更有效。所以有尾翼的飛機(jī)比沒有尾翼的飛機(jī)更好控制重心。紙飛機(jī)的重心不移動(dòng)，所以不需要尾翼。尾翼也用來在飛機(jī)向下俯沖減緩速度時(shí)保持平衡，紙飛機(jī)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(jī)通常還有一個(gè)垂直尾翼，用來幫助保持方向。這也叫方向穩(wěn)定器。紙飛機(jī)機(jī)身（就是你手拿著進(jìn)行投擲的地方）的作用類似于真飛機(jī)的這個(gè)方向穩(wěn)定器。有時(shí)，將紙飛機(jī)的翅膀兩端（翼尖）向上折有助于飛機(jī)的穩(wěn)定。紙飛機(jī)的機(jī)身和翼尖共同起到了令飛機(jī)穩(wěn)定的作用，所以不需要垂直尾翼。2.3機(jī)翼的形狀紙飛機(jī)通常有短而粗的機(jī)翼，我們叫做“低”機(jī)翼。從翼尖到另一個(gè)翼尖的距離叫機(jī)翼跨度，從機(jī)翼前端到后端的距離叫弦度。跨度與平均弦度的比例就叫“展弦比”。它是機(jī)翼的一個(gè)重要的特征。對(duì)于亞音速飛機(jī)，增加“展弦比”，（即增大跨度或減小弦度）會(huì)減小飛機(jī)的拖力。滑翔機(jī)的設(shè)計(jì)者就很重視機(jī)翼的拖力，所以用高“展弦比的翅膀（即大跨度，小弦度）?，F(xiàn)在說回紙飛機(jī)，精確地說應(yīng)該是紙滑翔機(jī)，注意到它們的翅膀跟真的滑翔機(jī)非常不同，它們有低“展弦比”的翅膀。這是因?yàn)橐韵逻@幾點(diǎn)原因：1. 紙是一種很不結(jié)實(shí)的材料。不能用來做高“展弦比”的機(jī)翼。 2. 低“展弦比”翅膀比較容易折出來。我們做紙飛機(jī)的一個(gè)原因就是做起它們來又快又容易。 3. 紙飛機(jī)的滑翔性能并不十分重要，通常一個(gè)紙飛機(jī)能夠飛過房間就已經(jīng)夠了?！暗驼瓜冶取背岚蚰軌蚪?jīng)受住較高的落地速度。 “低展弦比”飛機(jī)看起來飛得快，尤其在要掉頭的時(shí)候。2.4其他形狀真飛機(jī)因?yàn)橐瓿娠w行任務(wù)，所以受到各種空氣動(dòng)力學(xué)原理的影響，要飛行就必須做成那個(gè)樣子。而紙飛機(jī)最大的任務(wù)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(jī)，我還做過其他形狀的紙飛機(jī)。例如在我書中提到的“環(huán)狀飛機(jī)”，還有我1997年年歷里面的X型飛機(jī)，從不同的角度看兩個(gè)翅膀都是X型。有些飛機(jī)看起來不能飛，但它們確實(shí)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(jī)能飛得好的“秘密”是調(diào)整。大多數(shù)人有一個(gè)錯(cuò)覺，認(rèn)為好的紙飛機(jī)折好后，就不用調(diào)整了。所有真飛機(jī)都有一個(gè)調(diào)節(jié)器，所有紙飛機(jī)也需要不斷調(diào)整使它們飛得更好。有一些基本的調(diào)整規(guī)則可以使一個(gè)玩紙飛機(jī)的新手變成一個(gè)專家。下面就是一些竅門：4.1 最常見之一的錯(cuò)誤就是紙飛機(jī)的翅膀向下，這減少了它側(cè)面的穩(wěn)定性。所以要記住，折紙飛機(jī)要使它的兩個(gè)翅膀的翼尖向上翹。就是紙飛機(jī)的翅膀向下，這減少了它側(cè)面的穩(wěn)定性。所以要記住，折紙飛機(jī)要使它的兩個(gè)翅膀的翼尖向上翹。4.1 飛機(jī)的平衡取決于它的重心，重心在中點(diǎn)上即平衡。如果重心在中點(diǎn)之前，飛機(jī)將過于平衡，重心在中點(diǎn)之后則不平衡。當(dāng)然所有沒有計(jì)算機(jī)控制的飛機(jī)都要求重心在中點(diǎn)之前。對(duì)矩形翅膀的飛機(jī)，其中點(diǎn)是在飛機(jī)前端到尾翼四分之一處，對(duì)三角形翅膀的飛機(jī)，中點(diǎn)是在飛機(jī)前端到尾翼二分之一處。飛機(jī)的穩(wěn)定性只它一但受到干擾，能自動(dòng)回復(fù)到初始狀態(tài)。飛行中的穩(wěn)定性是指按一個(gè)速度飛行。一個(gè)穩(wěn)定的飛機(jī)上下振動(dòng)的次數(shù)有限，并且有一個(gè)穩(wěn)定的飛行速度。許多紙飛機(jī)在設(shè)計(jì)上是穩(wěn)定的，但僅僅穩(wěn)定還不夠。因?yàn)槲覀円笏絹碓椒€(wěn)定的同時(shí)，也希望它飛得越來越快。這就需要一個(gè)升力。很少有人意識(shí)到好的飛行穩(wěn)定的飛機(jī)需要一個(gè)稍重一點(diǎn)的機(jī)頭和一些升力。許多老式紙飛機(jī)沒有升力調(diào)節(jié)也能飛，有些飛得很好，但多數(shù)飛不好，并且穩(wěn)定性很差。我喜歡在老式紙飛機(jī)的機(jī)頭加點(diǎn)東西來提升升力。如果我有時(shí)間和材料，我喜歡貼幾層膠帶或干脆在機(jī)頭別一個(gè)回形針來增加穩(wěn)定性。然后試飛幾次，前后移動(dòng)回形針的位置，找出最佳位置。4.3機(jī)翼的形狀大家可能注意到真飛機(jī)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(jī)的翅膀也做成有弧度的。因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)紙飛機(jī)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(shí)就創(chuàng)造了紙飛機(jī)飛行世界記錄，現(xiàn)在仍在想盡量精確地說明紙飛機(jī)工作原理。我總是試圖“發(fā)明”新型飛機(jī)，這樣折折，那樣貼貼。我喜歡在戶外飛行紙飛機(jī)，看著我飛出去的飛機(jī)飛得又高又遠(yuǎn)。我通讀的吉尼斯世界記錄這本書后的一、二年，我意識(shí)到我有打破紀(jì)錄的能力，于是我開始改善我的紙飛機(jī)，我的投擲方法，以挑戰(zhàn)記錄。我很幸運(yùn)我的努力得到回報(bào)。但我一直在不斷學(xué)習(xí)、不斷改善。認(rèn)識(shí)紙飛機(jī)的飛行階段很重要，第一個(gè)是起飛階段，我以每小時(shí)60公里的速度將飛機(jī)投擲出去，然后它慢下來，接著進(jìn)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(zhǎng)翅膀好Heavy better (thick paper)厚紙Light better (thin paper) 薄紙你可以用厚紙做一個(gè)短翅膀的飛機(jī)，它起飛快，飛得高，但滑翔不好，或用薄紙做一個(gè)長(zhǎng)翅膀的飛機(jī)，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(jī)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(fù)我前面提到過，我做的紙飛機(jī)不是每一個(gè)都能打破世界記錄。大多數(shù)紙飛機(jī)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(shí)驗(yàn)的目的之一就是在不斷重復(fù)的基礎(chǔ)上做“好”紙飛機(jī)。最好成績(jī)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(xiàn)有時(shí)物理學(xué)原理相當(dāng)復(fù)雜，并且很難找到好的解決方法。我想我正在進(jìn)步，并希望能持續(xù)改善我做的紙飛機(jī)的性能。5.4 做不同的紙飛機(jī)有時(shí)我覺得自己落入俗套，因?yàn)?0年來我一直致力改善同樣設(shè)計(jì)的紙飛機(jī)。我確實(shí)試圖發(fā)明新的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，并且將來肯定能打破世界記錄。5.5天氣、英國(guó)、世界記錄室外的天氣影響室內(nèi)的飛行。1996年我在英國(guó)倫敦參加BBC組織的紙飛機(jī)比賽。我們比賽的大廳很大，很冷，外面下著雨。紙飛機(jī)討厭潮濕。在雨天，紙飛機(jī)通常飛不好。紙飛機(jī)飛了幾次后，翅膀會(huì)“疲勞”。問題是比賽中總要先試飛幾次，來調(diào)整紙飛機(jī)的升力和穩(wěn)定性。那次我很幸運(yùn)以17.3秒的時(shí)間贏得比賽。其他的選手也很棒！我會(huì)不斷完善我的紙飛機(jī)。New airfoil紙飛機(jī)的歷史作者：KenBlac 文章來源： 點(diǎn)擊數(shù)：2264 更新時(shí)間：2007-1-28 18:00:07 如果圖片太小，你可以在圖片上面滾動(dòng)鼠標(biāo)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(jìn)行查看。據(jù)紙飛機(jī)研究者介紹，鑒于紙是中國(guó)人發(fā)明的，而且?guī)装倌昵爸袊?guó)人就用紙放起了風(fēng)箏，所以一般認(rèn)為紙飛機(jī)起源于中國(guó)。倫敦大學(xué)“紙飛機(jī)協(xié)會(huì)”也認(rèn)同這一觀點(diǎn)。 “名副其實(shí)”的紙飛機(jī)是在飛機(jī)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(jī)之后的五六年。 1950年，DC0