纸飞机的原理很简单,其实就是一种用纸做成的玩具飞机。它可能是航空类折纸手工中的最常见形式,航空类折纸手工属于折纸手工的一个分支。
这次研究性学习的问题首先是通过观察飞机提出的。
注意观察,会发现飞机的机翼并非想象的那么简单。
飞机的机翼的上下两侧的形状是不一样的,上侧的要凸些,而下侧的则要平些。当飞机滑行时,机翼在空气中移动,从相
对运动来看,等于是空气沿机翼流动。由于机翼上下侧的形状是不一样,在同样的时间内,机翼上侧的空气比下侧的空气流过了较多的路程(曲线长于直线),也即机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据流动力学的原理,当飞机滑动时,机翼上侧的空气压力要小于下侧,这就使飞机产生了一个向上的浮力。当飞机滑行到一定速度时,这个浮力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于是,飞机就上了天。
如果起飞的跑道有限,要让飞机起飞,方法无非有两种,一种是在短时间内获得较大的速度,或者是让飞机在速度较小的时候仍能获得很大的升力。
现在来讨论后面一种情况。为了让飞机在速度较小的时候仍能获得很大的升力,我们在飞机上安装了襟翼和副翼。
【资料】(摘自百度百科)
襟翼
襟翼是安装在机翼后缘附近的翼面,是后缘的一部分。襟翼可以绕轴向后下方偏转,从而增大机翼的弯度,提高机翼的升力。襟翼的类型有很多,如简单襟翼、开缝襟翼、多缝襟翼、吹气襟翼等等。
飞机的翼前缝条主要在飞机起飞及降落时,增加阻力及升力,是经由滑轨的前推及收回产生作用。
副翼
副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动的翼面。为飞机的主操作舵面,飞行员操纵左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩可以使飞机做横滚机动。翼展长而翼弦短。副翼的翼展一般约占整个机翼翼展的1/6到1/5左右,其翼弦占整个机翼弦长的1/5到1/4左右。
飞行员向左压驾驶盘,左边副翼上偏,右边副翼下偏,飞机向左滚转;反之,向右压驾驶盘右副翼上偏,左副翼下偏,飞机向右滚转。
下面再来看看纸飞机:
这是一种纸飞机的折法。不难发现,这种纸飞机的机翼后方也剪出了两个小片,可以上下随意折叠。
这两个小片是否起到了襟翼的作用?
这就是我们研究的核心问题。
常见的襟翼有以下几种类型,如图所示:
飞机起飞必须要用的东西就是襟翼。我在这篇里就简单地说说襟翼。一般飞机襟翼不太容易从外表看出来,我只能自己手画一些插图,大家对付着看吧。
飞机想飞起来,肯定是机翼升力大于重力。怎么样提高机翼的升力呢?提高速度是一个办法,可跑道就那么长,不可能没完没了地在地上跑,那就成跑车了。再一个办法就是改变机翼弯度,所以人类给飞机上安装了一种叫襟翼的东西,通过襟翼的偏转改变机翼的弯度从而得到足够的升力。
一般地说,襟翼主要在机翼的后方,内翼段。主要的动作就是向下偏转,和恢复原状。当飞机起飞和降落时,襟翼向下方偏转,增加机翼上表面的气流速度,减小下表面的气流速度,从而加大升力。可以在较小的速度下产生足够的升力,使起飞和降落更安全。只在后边加装襟翼不是很浪费吗,前边咱也把机翼的一部份切下来改成能偏转的,不就会增加更多升力吗?所以前缘襟翼诞生了,前后两边一起偏转就可以产生巨大的额外升力(达到机翼正常情况下的80%-90%)。随着人类对飞行技术的探索,襟翼也变化了很多形态。
下边说一下各种形态的襟翼。先说后边的。
普通襟翼,就是把翼肋后段切一来一部份,用机械装置操纵可以偏转,只起到改变机翼弯度的作用。
开裂式襟翼,不是把翼肋后段全切下来,而是只切下半段,并用机械装置操纵偏转。这种襟翼的偏转除了在飞行中改变了机翼的弯度,还会在开裂的区域产生低压,把机翼上表面的气流大批地吸进低压区,使上表面的气流速度进一步提高。
后退式襟翼,这回咱们不让他只会转来转去的,咱把开裂式襟翼的襟翼先向年推出去,再让他向下偏转。这样机翼面积就不是原面积了,而是原面积再加上襟翼的面积。除了改变弯度之外,还能加大机翼面积,这增加的额外升力肯定不会小了!第二代战斗机中这种机翼用得很多,在起飞降落的时候,放下襟翼,增加升力。进行高速飞行的时候,收起襟翼,减小机翼面积能减小很多的阻力使飞机可以达到更快的速度,也减小的多余升力(飞行中,升力和重力能抵消就可以了,太多的升力反到让飞机无法控制)。
开缝式襟翼,就是普通襟翼在切断口处别封得太死,留出一定量的气间让气流可以大量地上下流通。这个开缝就是让被下表面压缩的气流在产生高速向后“逃窜”之前,把气流导向上表面,在上表面产生高速所流。而这种压缩下表面气流的情况一般发生在大迎角时。这种襟翼可以很好地延缓大迎角时机翼上表面所流分离时间,增加飞机在大迎角下的升力。不用我说,大家都知道这种襟翼用在哪些飞机上了吧!
还有后退开缝式襟翼,这种襟翼一般用在————民航上。后退的襟翼向下偏转也会产生对下表面气流的压缩作用。再加上着陆时飞机自体的迎角,加剧下翼面的压缩作用,再被开缝疏导到上表面。这就把后退式襟翼和开缝式襟翼的好处全占了,着陆就会更安全。但操纵机构比较复杂,战斗机对每一克重量都很敏感,而且战斗机进入大迎角再退出的情况很多时间很快,这种襟翼的动作完全跟不上节奏,那就变成了开裂式襟翼,在大迎角下完全没有性能,所以第三代以后的战斗机不会用这种东西了。
双缝后退式襟翼,这种是现在民航用得最多的,两道缝让后退得更多,也让导流作用更明显,着陆更安全。双开缝后退襟翼的操纵机构对现代大型客机来说还可以承受。再多三开缝就太复杂了,操纵机构的重量几乎把额外的升力全抵消掉了。
说完后边再说前边,前缘襟翼和作用和后缘的不太一样。我在《答网友关于翼形的问题》http://bbs.tiexue.net/post_2912585_1.html的贴子中说过为了解决气流分离问题,苏联人用翼刀,美国人用前缘襟翼。所以,在战斗机上作用前缘襟翼最开始的作用就不是为了增加升力,而是改善气流分离时间。当时用的就是固定式开缝式前缘,只起到把大迎角下机翼下表面压缩的气流疏导到上表面的作用。当然可动前缘还是可以改变机翼形状(不只是弯度)的作用,起飞着陆时向下偏转,使机翼更弯曲,产生更大升力。在大迎角时,前缘向下偏转,减小机翼的迎角,延迟气流分离时间。再加上前缘开缝,就使飞机的大迎角特性进一步改善。客机上用的就只是增加升力的前缘,当然是可前出的前缘,只是增加机翼面积改变机翼弯度的作用。
最后多说一句,现代战斗机上用的襟翼不只是襟翼还有副翼的作用。所以有些飞机是说的襟副翼。副翼就可以看作不仅能改变机翼弯度(偏转量),还能改变弯度方向(向上偏,向下偏)的“襟翼”。产生飞机急速滚转力的主要来源,一般性地侧倾用平尾就可以达到。
通过实验,我们发现,纸飞机的飞行线路的确与机翼后部的“襟翼”有关,但是作用效果却完全相反:当向上折起的时候,纸飞机的飞行线路类似于开口向上的抛物线:
为什么会出现这样的情况?
这种情况,类似于升降舵。
那么,接下来就要再来讨论的是升降舵的原理。