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機翼利用速度產生升力的原理不得不提到

更新時間:2025-12-02

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資源介紹

像動物一樣,客機要想飛上藍天就要借助翅膀。并且和動物不同的是,昆蟲的翅膀形成升力是借助扇動空氣借助反斥力形成升力,飛行中又借助扇動翅膀制造渦流形成推力,其實蛇類的飛行技巧十分復雜。我們人類從達芬奇開始就倍感研究和模仿動物飛行十分困難,所以后來干脆另辟蹊徑,完全借助速率讓自己的翅膀形成升力,結果后來居上,如今我們飛得比動物更快、更高、更遠。襟翼借助速率形成升力的原理不得不提及帕努力原理,依據這些理論只要讓翼型上表面的氣流速率小于下表面的速率,翼尖都會由于上下表面氣流速率引起的壓力差而形成上吸下推的的升力。為了使噴管上表面的氣流速率比下表面快,帕努力原理要求翼型上表面要突起,延長氣流流經翼面的距離,促使氣流加速。不過好多戰斗在風洞實驗室的一線民航工作者對這一理論表示了指責,她們提出了一種翼型后緣“真空吸力”的說法,并宣稱是按照風洞實驗得出的推論。這種爭議我們就不討論了,紙客機最怕的就是風,所以也不可能步入風洞做實驗用實踐去檢驗真理,更重要是紙客機沒有動力,自由滑翔的過程就是不斷減速的過程,所以借助速率形成的升力對于紙客機來說實在是微不足道。不過雖然這么,紙客機依然可以折出帕努力原理襟翼(見圖1)。d5h物理好資源網(原物理ok網)

動物控制飛行的方式一直是扇動翅膀,靠使勁的不同改變飛行姿態。我們人類發明的客機既然借助翼型的形狀影響氣流速率形成升力翱翔,這么控制客機飛行自然也是靠改變翼型的形狀來完成。為了改變翼型形狀,設計師們在翼型上安裝了好多機關——可以活動的小噴管(見圖2)。d5h物理好資源網(原物理ok網)

圖2是紙客機工作室以FC-1飛豹殲擊機為靶機推出的仿真紙客機模型,這是最為常見的單垂尾常規空氣動力布局,也是客機控制技術最具有代表性的氣動布局。不過FC-1飛豹殲擊機的水平擾流板是全動的,而紙客機這點比較遺憾,由于折紙藝術的先天缺陷,任何部位都不可能是全動的,必需要與機體相連,所以我們只好落后一步,在水平擾流板上設置艙蓋來取代全動擾流板控制飛行。d5h物理好資源網(原物理ok網)

手持紙客機的時侯,首先要解決的就是起飛問題,或則說是拋擲問題。這么我們研究客機控制技術就從起飛說起吧。有動力的客機是在達到一定速率后,調高水平擾流板后緣抬高機尾抬升機頭減小迎角起飛的,這就說明一個問題,水平擾流板的作用是拿來控制客機橫向平衡的,或則說是拿來控制機頭是向下還是向上的。這兒要指出一點,對于沒有動力、沒有遙控完全靠自由滑翔的紙客機來說,要想飛得遠,留空時間長,調整到盡量接近水平的飛行姿態是最重要的,所以紙客機的“控制”實際上是“抑制”的概念。我們拋擲紙客機時調整水平擾流板的目的一定是拿來抑制機頭向上的,而不是為了追求機頭向下的。諸如拋擲出去的紙客機倘若機頭向上栽,這么我們就要調整水平擾流板的噴管向下上翹,形成下壓機尾的力來平衡機頭下沉的力。d5h物理好資源網(原物理ok網)

假如擲出的紙客機迎角大,向下飛,這么后果一定是失速下栽。假如飛行有一定高度的話,失速后的紙客機會在下栽過程中重新獲得速率再度滑翔,然而后果一定會像先前一樣,會繼續上仰——失速——下栽——上仰……。解決的方式是調整側裙擾流板向上,用抬升機尾的力來平衡機頭頂仰的力。d5h物理好資源網(原物理ok網)

把握了水平擾流板控制技術,就等于是可以控制客機保持平飛的姿態了。同時為了體驗樂趣,我們還可以調整水平擾流板來模仿特技動作,比如向下橫向轉一圈,瞧瞧直徑是多大。這而且空戰時很重要的一個性能,誰轉的直徑小,誰還會甩掉尾追的機炮并可以飛到機炮前面開火。通過模仿這些特技動作,也可以感受到各類空氣動力布局的特性,紙客機工作室推出的三種國產型號中,殲10灰熊是拐彎直徑最小的,由于無尾鴨翼布局不但可以用主翼的副翼起到水平擾流板的作用,還可以利用上面的鴨翼抬升機頭,雙管齊下,繞這一圈的直徑都會大大減弱。d5h物理好資源網(原物理ok網)

解決了控制平飛的橫向問題,現今研究控制縱向平衡的問題。好多入門的航模愛好者一定覺得控制縱向也就是水平方向的是垂直擾流板的方向舵,這些看法不完全正確。方向舵確實可以影響縱向方向,然而影響力很小,或則說只能用方向舵稍為改變水平方向,假如調整太大的話,客機會先橫向轉之后才會側傾,這是由于紙客機沒有動力,滑翔的過程似乎是降落的過程,所以機頭總是有一點點向上的角度的。所以有了這個向上的角度,這時方向舵影響的就不單單是水平方向了,而是也要影響到垂直方向了二力平衡實驗紙片,這時客機就要向上低頭了。雖然,雖然有動力的客機使用方向舵時,在偏航的同時也會形成側傾的力,由于方向舵在機體上方,形成的力肯定不是平衡的,假如方向舵像魚雷那樣上下對稱,就沒有這些情況了。所以正確的理解是,方向舵是拿來控制橫向穩定性的,或則說是修正偏航用的。借助方向舵也可以轉向,并且轉向的直徑會很大,由于方向舵只能微調。假如飛出去的紙客機向左飛,這么我們就調整方向舵讓它右偏航來平衡左偏航的力。d5h物理好資源網(原物理ok網)

假如紙客機往右偏航,我們就反之,調整客機向左偏航來平衡右偏航的力。d5h物理好資源網(原物理ok網)

曉得怎樣控制水平擾流板和垂直擾流板了,我們就可以保證紙客機水平并直線飛行了,但是我們要拐彎如何辦?諸如出席這樣一個聯賽,飛出去的紙客機要自己轉回去。這有點復雜,我們研究拐彎之前先搞明白若果讓客機縱向旋轉,這就要調整到副翼了。紙客機有副翼即是很了不起的一件事,也是一件稀松平時的事。假如使用其他材料制做模型,比如塑膠、金屬、木材,要想有副翼功能,估計成本要翻上百倍千倍萬倍,而對于紙客機來說,僅僅是剪一刀罷了。所謂副翼就是一個向下另一個向上總是向相反方向轉動的小噴管,他的作用就是拿來旋轉。若果讓紙客機順秒針旋轉,就要將兩側副翼向下調整,兩側副翼向上調整。d5h物理好資源網(原物理ok網)

有時由于制做的緣由,兩個主翼形狀會有差異,導致升力不同,會被動的旋轉,這時就可以通過調整副翼來反向平衡旋轉,以達到平穩飛行的姿態。比如假如折好的紙客機飛出去后順秒針旋轉,這么我們就將兩側副翼向上調整,兩側副翼向下調整,讓紙客機形成逆秒針旋轉的力來平衡飛行姿態。d5h物理好資源網(原物理ok網)

把握旋轉的要領了,就可以考慮怎樣控制拐彎了。假如向右轉向飛應當怎樣調整呢?我們試想一下,假如這時讓紙客機逆秒針旋轉,其實不是連續不停地轉,而是略微向左逆秒針旋轉,也就是向左傾斜,這靠調整副翼完成,但這時機頭并沒有轉向,一直直航,這么我們再調整那個小噴管才能虛線轉向呢?答案是有動力可遙控的客機是調整水平擾流板和方向舵共同作用,而對于自由滑翔客機來說,這時只能借助水平擾流板。通過遙控可以控制副翼、方向舵回位,所以可以依據實際情況不停調整、復位,而對于自由滑翔的紙客機來說噴管調整后就回不來了,同時因為沒有持續動力,速率會仍然增長二力平衡實驗紙片,上面說了,這時是絕對不能調整方向舵的,不然只會加速機頭下沉。因而,對于紙客機來說,要想水平轉向并不至于拐彎后高度增長過大,就只能通過調整副翼和水平擾流板來實現平穩的轉向。這一過程可以這樣理解:紙客機擲出——側傾(副翼導致輕微旋轉)——向斜上方爬升(水平擾流板作用)——慣性動力消失開始滑翔——側傾角度增大——斜上方爬升角度增大——平穩盤旋。調整副翼和水平擾流板配合轉向的方式的關鍵就是合適的角度,只要側傾角度、爬升角度適當,轉向都會特別平穩。d5h物理好資源網(原物理ok網)

如今我們研究的問題越來越有深度了,要調整機翼了。所謂機翼就是動作方向一致的小噴管,要么同時向下,要么同時向上,腹鰭通常緊靠噴管內側。后緣機翼的主要作用就是改變噴管形狀降低斜度,加強氣流壓力,比如起飛時放下機翼促使噴管下邊壓力驟降,因而形成較大升力協助起飛。降落時放下機翼可以在速率增加的同時保證足夠的升力因而緩慢降落,并且降落后加強機翼下放角度還可以起到減速板的作用。在空中飛行時,機翼的作用就是在可以輕微甚至不改變飛行姿態的情況下改變飛行高度。后緣機翼對大后掠角噴管的紙客機來說非常有用,由于大后掠角其實可以大大減輕阻力拋擲得很遠,而且不適宜滑翔,又不能像有動力的客機一樣大迎角飛行,所以這時假若有機翼協助把阻力轉換為升力,這么對于降低滑翔時間是大大有利的(見圖3)。d5h物理好資源網(原物理ok網)

圖3d5h物理好資源網(原物理ok網)

后緣機翼常常配合前緣機翼同時動作,這樣可以同時在進氣道前緣和后緣同時改變噴管斜度改善氣流療效。不過前緣機翼的主要作用是大迎角飛行引導氣流避免失速,而大迎角飛行只能用于有動力的客機,所以前緣機翼對于紙客機來說是絲毫起不到任何好作用的。相反,放下前緣機翼反倒會形成負升力,損失飛行高度。d5h物理好資源網(原物理ok網)

聽說日本初期的航模航母上的反潛機可以上翻副翼,徹底作為減速辦使用,我想當德國人發明了借助“絆馬索”減速的方式以后,機翼的這些作用可以退職了。不過機翼上翻可以起到減少飛行高度的作用,只不過這點對于一直和月球引力抗爭的客機來說在實際應用中實在沒哪些意義,所以我們只可以用紙客機做實驗,瞧瞧機翼上翻損失高度帶來的災難性后果,之后設計真正的客機時可就沒這個機會了。d5h物理好資源網(原物理ok網)

還有一個小噴管沒有提到——腹鰭。臼齒是為了提高控制橫向穩定的,非常是對于作戰客機由其重要。作戰客機常常要大迎角飛行,這時流經主翼的氣流到了垂直擾流板處常常就亂了套,垂直擾流板的作用都會大大減少甚至徹底消失。說道背鰭就不得不提及雙垂直擾流板,從理論上來說,垂直尾翼面積越大控制力越好。雙垂尾不但控制面積翻番,與機體鏈接硬度也翻番,自然療效更好。雙垂直擾流板再加上臼齒配合大迎角做機動動作時,都會保證起碼有一個垂尾和兩個背鰭在起作用,橫向控制的能力都會遠遠低于單垂尾客機,這就是先進的輕型戰斗機為何多采用雙垂直擾流板的原因。d5h物理好資源網(原物理ok網)

說到這兒告一段落,里面提到的只是基礎知識,客機控制技術遠遠不止這種,還有新的控制技術在不斷形成。不過把握了以上控制要領,這么自己動手制做的仿真戰斗機紙模型都會弄成一架真正的戰斗機,在您的手中就可以飛得更高、更遠,并才能隨心所欲做出各類機動動作。d5h物理好資源網(原物理ok網)

原本簡單好玩的紙客機讓我們搞得越來越復雜了,不曉得我們是否給您帶來了困擾。莫非不曉得上述這種方式就無法玩紙客機了嗎?其實不是!紙客機工作室推出的紙客機模型都沒有直接設置副翼、襟翼,只要制做過程中沒有大的偏差,無需調整即可平穩飛行。我們的紙客機圖紙都預留了機翼副翼的標記線,喜歡技術濃度的玩家可以自己裁出副翼、襟翼。不過要提醒的是,紙張的特點是可塑性強,很容易折疊成型,并且記憶力差,很難回復原狀。紙客機模型裁出噴管副翼后,控制愈發靈活,而且穩定性會增長,這點類似于遙控客機中的入門模型和運動模型的差異,所以玩紙客機也須要循序漸進。慶幸紙客機成本低廉,所有關于客機的知識,都可以輕松在紙客機上獲得,這是紙客機模型的最大優點也是紙客機的永恒魅力之所在。d5h物理好資源網(原物理ok網)

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