揭祕:扔紙飛機前爲啥要先哈一口氣
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美國的“旅行者”號是世界上首架實現不着陸環球飛行的真飛機,其設計原理就使用了祕訣2裏的“大展弦比”和“翼尖小翼” 本版均爲資料圖片
擁有大機翼和大展弦比的紙飛機“Paperang”
與“Paperang”相似的真飛機B2隱形轟炸機
世界上最大的紙飛機“沙漠之鷹”
與“沙漠之鷹”相似的超音速飛機“協和”式客機
近日,在美國的亞利桑那州,一羣航空愛好者成功放飛了目前世界上最大的紙飛機“沙漠之鷹”。可惜,這架採用紙板打造,機身長45英尺,翼展長24英尺的紙飛機,只飛了短短6秒就落回了地面。
看到這則新聞,我等這些小時候沒少摺紙飛機的人感嘆,才6秒,你們這樣不行,還是讓擁有造紙術和風箏發明權的中國孩子告訴你們一個祕訣吧,那就是先哈一口氣再扔!當然,鑑於你們的紙飛機太大了,我們也不介意你們多哈幾口。至於爲什麼要哈口氣?這還真是一個值得思考和探索的問題。
那一口氣
哈的是信心 哈的是懷舊
也稍微哈了點科學
爲什麼扔紙飛機前要先哈一口氣呢?記者在網絡上進行了搜索,發現這實在是個經典疑問,多年來網友們一直沒有停止過對此的討論,但是衆說紛紜,沒有給出過定論。
其中,比較多的網友表示,他們是懷舊派。不知道爲啥要哈氣,也不知道誰發明了這口氣,但祖祖輩輩就是這麼傳下來的,爺爺教爸爸哈,爸爸教兒子哈,兒子又教孫子哈。這口氣,代表了他們童年最純真無邪的快樂和回憶,已經成爲了一種習慣。
還有網友從心理學角度分析,認爲哈一口氣是寄託了自己對於紙飛機的期望,希望它能飛得更高更遠,這就跟很多人習慣在緊張的場合深呼吸或者對着手心哈氣,是一個道理。另外,對扔紙飛機的人來說,也是種心理暗示,可以讓自己對紙飛機更有信心。
技術派網友的意見則是五花八門。有人表示,這是在給飛機頭定型,就跟蒸汽熨斗的道理一樣,更平整順滑就飛得更好。有人表示,這是給紙飛機預熱,能減少飛行中與空氣的摩擦,減少飛行阻力。還有人表示,這是利用哈出來的水汽附着在飛機頭上,使重心前移,紙飛機纔會飛得更穩定。
當然,還有某些網友表示,自己哈的是仙氣,可以用來啓動紙飛機的發動機。
究竟哪種分析比較接近真實答案呢?
記者採訪了南京航空航天大學飛機設計技術研究所的副所長鄭祥明博士,他表示,在這些答案中,水汽使飛機重心前移的說法相對靠譜,因爲飛機頭如果太輕,扔出去的紙飛機容易往上衝,受到的阻力大,很快就會掉下來。
“但效果有限,畢竟哈一下的水汽很少,而且也不可能全部附到飛機上。” 鄭祥明表示,“其實,想要折出更好的紙飛機,我們可以從很多方面進行改善,這些改善是可以帶來明顯的實際效果的。”#p#副標題#e#
【紙飛機祕訣大公開】
祕訣1增加升力
機翼面積大、迎角小、材料強度適中
我們都知道,無論多好的紙飛機扔出去,最終都會在地球的重力牽引下落回地面。所以想要紙飛機飛得更遠,就要增加它的升力,來抵抗重力。
首先要做的,是儘量增加紙飛機的機翼面積。一張紙,在正常的平放狀態下,其上下表面的氣流狀態是一樣的。但是折成紙飛機扔出去之後,其機翼部分已經不可能是平放狀態了,肯定會出現一定的傾斜角度。有了角度,上下表面的空氣流動速度就不一樣了。
“根據伯努利定理,空氣對機翼上表面和下表面產生的壓力也就有所不同了,產生了壓力差。垂直於相對氣流方向的壓力差的總和,就成了機翼的升力。”鄭祥明說,“所以增加機翼面積可以增加紙飛機的升力。但需要注意的是,機翼面積的增加要考慮到紙張本身的強度,因爲摺紙飛機通常只用一張紙,機翼做得太大,可能會導致飛機整體偏軟,強度不夠。”
其次,扔出紙飛機的時候,要注意迎角的大小。迎角,即飛機運動方向與翼弦所夾的角度,近似來講,就是紙飛機扔出去時和地面所夾的角度。迎角如果太大,會導致紙飛機周圍氣流不穩定,遇到的阻力很大,容易因失速而掉落地面。迎角如果太小,紙飛機的升力不夠,也會很快掉下來。
“所以,扔的時候最好是接近平放,迎角在0到幾度就可以了。不過,不同的紙飛機會有所不同,需要製作者多嘗試,找到最好的角度。”
最後,選擇紙張也很重要,紙不同,折出來的飛機也會不同。“報紙偏軟,牛皮紙比較重,而我們身邊很容易獲得的A4紙其實就是比較適中的,用來折飛機的好材料。”
祕訣2 減少阻力
表面光滑、迎風面小、考慮展弦比
要讓紙飛機飛得更好,就要減少它可能遭遇到的各種阻力。
要減少摩擦阻力,就要儘量使飛機的表面光滑,也就是說要儘量使用比較新的紙,而不是皺巴巴的紙來折飛機。
要減少壓差阻力,就要儘量將飛機做成流線外型,並減小迎風面,也就是說要儘量減少正對飛機前進方向的表面。鄭祥明拿出了去年5月份南航首屆航概杯紙飛機大賽的獲獎作品。記者看到,飛得最久的是一個機翼寬大、平頭的紙飛機,成績是10秒;飛得最遠的是一個細長、尖頭,像箭一樣的紙飛機,成績是35.1米。“這不是南航的最好成績,但我們可以觀察一下,它們和網絡上那些所謂的最強紙飛機一樣,迎風面都極小,而且這和飛機頭是尖還是平無關。”
要減少誘導阻力,則有三種方法:
第一,採用大展弦比。弦長指的是飛機機翼前緣到後緣的縱向長度;展長指的是飛機兩翼翼尖之間的橫向長度,展弦比就是二者之間的比值。一般情況下,在低速飛行的環境中,展弦比越大,展長越大,(同樣機翼面積下)飛機的升力就大,而阻力小。1977年發明的“Paperang”被稱爲“世界最強的四大紙飛機”之一,就擁有大展弦比,外形類似B2隱形轟炸機,滑翔性能極強。
第二,採用翼尖小翼,即在機翼尖端再折個小翼出來,向上或者向下折都行。“只需折一點,太多就會相應減少升力面了。”
第三,機翼折成梯形,鄭祥明表示:“最早的飛機使用的是矩形機翼,後來逐漸開始使用橢圓形或梯形來減少阻力。超音速飛機現在大多使用三角翼,因爲超音速狀態下三角翼阻力最小。但紙飛機屬於低速飛行,雖然也有人折三角翼,但效果不是最好的。”
祕訣3 增加穩定性
關鍵詞
哈口氣、調整重心、左右對稱
什麼叫穩定性?飛機在平衡狀態下飛行,或直飛,或盤旋。此時,忽然受到了外界的干擾,比如,吹來一陣風,被風吹過的飛機能否恢復到剛剛平衡狀態的能力,就叫穩定性。
“紙飛機畢竟不是真飛機,想要完全恢復平衡是不大可能的。但是,穩定性好的紙飛機,雖然會產生一定的誤差,但是可以恢復到接近平衡的狀態。而穩定性差的紙飛機,可能會擡頭亂衝,或者打個轉就掉下來了。”
應對的措施主要從縱向穩定性和橫向穩定性來考慮。
首先,想要縱向穩定,就必須調整好飛機的重心。如果扔出去的紙飛機很快擡頭,說明重心太靠後了;如果紙飛機剛扔出去就往下栽,那就說明重心太靠前了。因爲與真飛機不用,紙飛機通常是沒有尾翼的,所以縱向難以穩定。“哈一口氣”之類的做法就是爲了增加飛機頭的重量,使飛機重心前移,來保持飛機的縱向穩定性。
“哈氣的效果是有限的,實際操作中,我們可以選擇增加負重的方法,比如給飛機頭釘上訂書釘之類的。但是,在很多紙飛機比賽中除了紙和膠水,是不允許使用其他工具的,所以這是下策。比較好的方法,其實是在折法上的改進,比如採用多層摺疊來增加強度和重力。”
還有一些紙飛機,在機翼後面加上了尾翼,相當於起到了飛機平尾的作用,也可以增加紙飛機的縱向穩定性。
其次,想要橫向穩定,就必須保證紙飛機的左右是對稱的,無論是重量,還是外形,左右半邊都一樣。“如果左右不對稱,飛機可能會出現拐彎或者盤旋的情況。當然,有些比賽中,要求紙飛機拐彎,或者要求紙飛機在空中盤旋的時間長,那就可以刻意做成左右不對稱來達到要求。”另外,還可以人工製造上反角,就是使兩邊機翼整體微微上翹,也可以增加橫向穩定性。
祕訣4 多動手調整
關鍵詞
想要最遠、最快,還是時間最長
用以上方法改善,我們可以折出“更好”的紙飛機,但需要注意的是,雖然我們可以“更好”,卻無法達到“最好”。
“世界上並沒有一個方法能折出‘最好’的紙飛機。”鄭祥明告訴記者,“因爲不同的紙飛機會有不同的目標,是想飛得最遠?還是速度最快?還是在空中停留的時間最長?不同目標,要求紙飛機擁有不同的性能,所以彼此之間也就沒了可比性。這一點,跟真飛機是一樣的,有的真飛機速度快,有的真飛機裝貨多,不能說它們中的誰是世界上最好的飛機。”
如果正好是同一個目標的紙飛機,那倒還有點可比性。
比如,手擲紙飛機距離最遠的世界紀錄,是由美國著名的紙飛機設計者託尼·弗萊特在1985年創下的——193英尺。到目前爲止,依然沒有人打破它。這個長度比萊特兄弟首次飛行的距離還要長。
比如,手擲紙飛機飛行時間最長的世界紀錄,是由日本摺紙飛機協會的主席戶田卓夫(音譯) 在2009年創下的——27.9秒。戶田卓夫把這架紙飛機起名爲“空中之王”(Sky King),“空中之王”僅由一張紙摺疊而成,整個過程未使用膠水和剪子。
“又比如那架45英尺長的世界上最大的紙飛機,雖然它的外形並不符合紙飛機低速飛行的要求,但它還是擁有自己的優點,成爲了世界之最。”鄭祥明表示,“喜歡摺紙飛機的人,應該多動手嘗試。經驗上的累積,折法上的改進,可以讓你一步步折出更好的紙飛機。”
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