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虽然大自然并没有赋予人类如鸟一般飞行的本领,但人类却用自己的智慧,制造出了各种各样的飞行器。其中航模是最基础的模拟飞行器,深受广大青少年的喜爱。尽管不同航模的设计、动力来源、飞行特点都不尽相同,但每一种航模,都能克服地球重力,翱翔天际。航模为什么可以飞起来,它的制作又有哪些秘诀呢?
下面我们将通过制作纸飞机和橡筋动力模型飞机,揭秘航模起飞的基本原理,从材料、机翼、尾翼,以及配重平衡等方面解读航模飞行的秘密。
机翼翼型与空气动力学 我们通过制作纸飞机,进行了飞行测试。发现飞得好的纸飞机都采用的是上凸下平的机翼翼型,并且不同造型纸飞机的飞行状态,滞空时间和飞行距离都不相同。
原理:在气体中流速越大的位置压强越小,因此,翼型尤为重要,必须像雄鹰滑翔时的翅膀一样——“上凸下平”,才能为纸飞机飞行提供升力。
在纸飞机的折叠中,机翼的布局也十分重要。狭长的机翼一般适合远距离飞行,而翼展较宽的飞机滞空时间会相对更长。除此之外,翼面的大小和抛的角度也会影响纸飞机飞行。
纸飞机的材料选择与飞行效果的关系 纸张种类众多,但在制作纸飞机时,所有的小朋友都选取了印刷纸作为材料。为了探究纸飞机对材料的要求,下面进行了3种纸的摩擦力实验,并分别试飞了牛皮纸、素描纸、印刷纸折叠的同样形状大小的纸飞机。
原理:粗糙材质的纸张会加强与空气的摩擦力,而光滑的纸张与空气的摩擦力就相对较小,可以加长空中滞留时间。但太光滑的材质容易使空气流在流经机翼时,与机翼发生分离,导致机翼的升力迅速下降。
其次,纸飞机的飞行效果和纸的重量和硬度也有很大关系。太软的纸会导致纸飞机无法支撑,而太重的纸又会增加飞机重力。因此,表面较为光滑、质感较硬、质量较轻的纸张才是最佳选择。
橡筋动力模型的制作 制作一架橡筋动力模型飞机,通过无数次试飞,我们发现,没有上反角的橡筋动力模型飞机很难飞行稳定,而重心稍有不对也会导致试飞失败。
原理:橡筋式动力飞机模型的飞行,主要依靠拧紧的橡筋带动飞机前方的螺旋桨,当螺旋桨转动时,会将飞机前方的空气向后排开,从而获取向前飞行的动力。上反角是指机翼基准面和水平面的夹角,常应用于大型飞机上,以提高飞机的稳定性和旅客的舒适性。飞机飞行时如果出现侧滑现象,上反角可以达到迅速修正的目的。一般来说,飞机重心位置应该在距离机翼50%的位置。重心靠前靠后都会影响模型的飞行效果。
风洞试验 我们自行制作的橡筋动力模型飞机,尽管已经调整地很好,但还是会因为不同大气条件影响飞行效果。
原理:为了更好地观测航模在不同大气条件下的飞行效果,科学家们在地面人工建立稳定的气流场——风洞。在风洞中,我们能通过调整气流参数,改变飞行角度等,直观地观测飞机模型飞行时气流的流动状态,从而更方便地对飞机进行调试。
通过以上的制作我们发现,纸飞机要采用质量较轻,材质较硬,较为光滑的材料。纸飞机靠翼面的上下压强差提供升力,因此要采用上凸下平的形状。狭长的纸飞机更适合远距离飞行,翼展大的纸飞机滞空时间较长。
橡筋动力模型飞机除了压强差,还有橡筋为其提供飞行动力。制作模型时,上反角的设计可以加强飞机的稳定性,调试时,可以通过配重来调节重心。
几百年前,飞行只是人类遥不可及的梦想。现如今,人类运用智慧,制造出比鸟飞得更高、更快和更远的飞机。而飞机中的种种设计,都能体现在航模中。航空模型用它的趣味性和知识性,吸引了广大青少年,也为飞机的未来提供了无数遐想。