纸板滑翔为什么是弧形的？纸飞机飞行原理解析

像鸟一样，飞机要飞向蓝天，就得靠翅膀。然而，与鸟类不同，鸟类的翅膀通过拍打空气产生升力，通过拍打翅膀产生推力，从而在飞行中产生涡流。简而言之，鸟类的飞行方法极其复杂。自从列奥纳多达芬奇以来，我们人类发现研究和模仿鸟类的飞行非常困难。因此，我们只是采取了不同的方法，依靠速度来使我们的翅膀产生升力。结果我们从后面来了。现在我们比鸟飞得更快、更高、更远。机翼利用速度产生升力的原理不得不提帕累托原理。根据这一理论，只要机翼上表面的气流速度大于下表面的气流速度，机翼就会产生上吸下推的升力，这是由于上、下表面的气流速度造成的压力差。为了使机翼上表面的气流速度比下表面的气流速度快，帕雷福德原理要求机翼上表面凸起，以延长气流通过机翼表面的距离，迫使气流加速。然而，许多在风洞实验室战斗过的一线航空工作者对这一理论提出了质疑。他们提出了机翼后缘“真空吸力”的说法，并声称这是基于风洞实验。我们不讨论这些争议。风是纸飞机最怕的，不可能进入风洞做实验，通过实践检验真相。更重要的是，纸飞机没有动力，自由滑翔的过程是一个不断减速的过程，所以速度产生的升力对于纸飞机来说真的微不足道。然而，即使如此，纸飞机仍然可以折叠出帕雷福德原理的机翼(见图1)。

鸟类控制飞行的方式仍然是拍打翅膀，用不同的力改变飞行姿态。由于人类发明的飞机依靠机翼的形状来影响气流速度，产生升力来飞行，所以通过改变机翼的形状来控制飞机的飞行是很自然的。为了改变机翼的形状，设计者在机翼上安装了许多带有活动机构——的小机翼(见图2)。

图2为纸飞机工作室以FC-1枭龙战斗机为原型发射的模拟纸飞机模型，是最常见的单垂尾常规气动布局，也是飞机操纵技术中最具代表性的气动布局。而FC-1枭龙战机的平尾是全动的，对于纸飞机来说是一种遗憾。因为折纸艺术的固有缺陷，没有哪个部分是可以完全运动的，必须和机体连接。因此，我们必须在平尾而不是全动尾上设置襟翼来控制飞行。

拿纸飞机的时候，首先要解决的是起飞问题，或者说投掷问题。所以我们学习飞机控制技术的时候先从起飞说起。动力飞机达到一定速度后，通过抬高平尾后缘、降低尾翼、抬高机头来增大攻角，从而起飞。这说明了一个问题。平尾用来控制飞机的纵向平衡，或者控制机头是向上还是向下。这里需要强调的是，对于一架没有动力，没有遥控器的纸飞机来说，自由滑行是最重要的。如果要飞远，就要长时间空白，调整到尽可能接近水平飞行姿态。所以纸飞机的“控制”其实就是“压制”的概念。我们扔纸飞机，调整平尾的目的一定是为了约束机头向下，而不是为了追求机头向上。举个例子，如果一架被抛出的纸飞机的机头掉了下来，那么我们需要调整平尾的襟翼向上倾斜，从而产生降低压机尾部的力来平衡机头下沉的力。

如果抛出的纸飞机大迎角向上飞，结果一定是失速。如果飞行有一定高度，失速的纸飞机在下降过程中会重新恢复速度，再次滑翔，但后果和上次一样，继续向上爬——，失速——，下降——，向上爬。解决办法是向下调整尾部襟翼，平衡机头向上的力和提尾的力。

掌握平尾控制技术相当于控制飞机保持水平飞行。同时，为了体验乐趣，我们还可以调整平尾来模仿特技，比如做一个向上纵向的转弯，看看半径有多大。这是空战中非常重要的表现。谁转弯半径小，追尾后就摆脱敌机，可以飞到敌机后面开火。通过模仿这种特殊的动作，我们也可以实现各种气动布局的特点。纸飞机工作室推出的三款国产机型中，J-10猛禽的转弯半径最小，因为无尾鸭翼布局不仅可以利用主翼的副翼发挥水平尾翼的作用，还可以借助前鸭翼来提升机头。这样做，这个圆周围的半径会大大减小。

解决了水平飞行控制的纵向问题，现在研究水平平衡控制问题。很多新手航模发烧友一定认为是垂尾的方向舵控制了水平方向，这并不完全正确。方向舵确实可以影响横向，但是影响不大，或者说只能用方向舵稍微改变一下水平方向。如果调整过大，飞机会先侧向转弯，然后滚动。这是因为纸飞机没有动力，滑翔过程其实就是着陆过程，所以机头总是有一点向下的角度。所以有了这个向下的角度，方向舵不仅会影响水平方向，还会影响垂直方向，然后飞机就低头了。事实上，即使动力飞机使用方向舵，偏航时也会产生滚转力，因为方向舵在机身上方，产生的力肯定是不平衡的。如果方向舵像导弹一样上下对称，就不是这样了。所以正确的理解是方向舵是用来控制纵向稳定性的，或者说是用来修正偏航的。用方向舵可以转弯，但是转弯半径会很大，因为方向舵只能微调。如果飞行的纸飞机向左飞，那么我们调整方向舵使其向右偏航，以平衡向左偏航力。

如果纸飞机向右偏航，我们将使其反转，并调整飞机向左偏航，以平衡向右偏航力。

知道如何控制平尾和竖尾，可以保证纸飞机水平直线飞行，但是转弯了怎么办？比如这样的比赛，会飞的纸飞机要自己折返。有点复杂。在我们研究转弯之前，要明白，如果让飞机横向旋转，就会调整到副翼。纸飞机有副翼不仅是一件大事，也是一件平常的事。如果用塑料、金属、木材等其他材料做模型，要想有副翼功能，恐怕成本要翻一百倍千倍，但对于纸飞机来说，只是一个切口。所谓副翼，就是一个总是上下反方向旋转的小机翼，作用就是旋转。如果纸飞机顺时针旋转，向上调整右副翼，向下调整左副翼。

有时，由于制造原因，两个主翼形状不同，导致升力和被动旋转不同。此时，可以调整副翼反向平衡旋转，以达到稳定的飞行姿态。比如折叠的纸飞机飞出来顺时针旋转，那么我们就向下调整右副翼，向上调整左副翼，这样纸飞机就会产生逆时针旋转的力来平衡飞行姿态。

如果掌握了旋转的要领，可以考虑如何控制旋转。如果左转，应该怎么调整？让我们想象一下，如果纸飞机这时逆时针旋转，当然不是连续旋转，而是稍微向左逆时针旋转，也就是向左倾斜，这是通过调整副翼来完成的，但是这时机头不转，仍然直接飞，那么我们可以调整哪个小机翼转成实线呢？答案是，有动力和遥控的飞机可以调节平尾和方向舵一起工作，而对于自由滑翔的飞机，只能靠平尾。副翼和方向舵可以通过遥控控制返回，因此可以根据实际情况不断调整和复位。但是对于自由滑翔的纸飞机来说，机翼调整后是回不来了，而且因为没有持续的动力，速度会一直下降。前面说过，这个时候绝对不能调整方向舵，否则只会加速沉鼻。所以对于一架纸飞机来说，如果转弯后水平转向没有太大的降低高度，那么只能调整副翼和水平尾翼来实现平稳转向。这个过程可以理解为：纸飞机抛出——滚转(副翼引起轻微旋转)，——斜向上爬升(平尾效应)，——惯性动力消失开始滑翔，——滚转角减小，——爬升角减小，——平稳悬停。调整副翼和平尾转向方式的关键是合适的角度。只要滚转角和爬升角合适，转向就会非常稳定。

现在我们研究的问题越来越深，需要调整襟翼。所谓襟翼，就是同向运动的小机翼，或者向上，或者同时向下，襟翼一般靠近机翼根部。后缘襟翼的主要作用是改变机翼形状，增加外倾角，增加气流压力。比如起飞时，降低襟翼使机翼下的压力急剧增大，从而产生更大的升力来辅助起飞。着陆时降低襟翼可以降低速度，保证平缓着陆有足够的升力，着陆后增加襟翼的下降角度也可以起到减速刹车的作用。在空中飞行时，襟翼的作用是在不稍微改变飞行姿态的情况下改变飞行高度。后缘襟翼对于机翼后掠角大的纸飞机特别有用，因为后掠角大可以大大减小阻力，把它甩得远远的，但不适合滑翔，不能像动力飞机一样大攻角飞行。因此，如果襟翼有助于将阻力转化为升力，这将大大有利于滑翔时间(见图3)。

图3

后缘襟翼往往与前缘襟翼同时作用，可以改变机翼前缘和后缘的弯度，提高气流效果。但前缘襟翼的主要作用是防止大攻角飞行时转向流失速，大攻角只能用于动力飞机，因此前缘襟翼对纸飞机起不到什么好的作用。相反，降低前缘襟翼会产生负升力，失去飞行高度。

据说早期英模航母上的舰载机可以把副翼翻上来，完全当减速办公室用。我想，当美国人发明了用“绊马索”减速的方法后，襟翼就可以退役了。但是襟翼上翻可以降低飞行高度，但是对于总是与地球引力作斗争的飞机来说，在实际应用中真的没有意义。所以只能用纸飞机做实验，看看襟翼上翻造成高度损失带来的灾难性后果，以后设计真正的飞机就不会有这个机会了。

还有一个小翅膀，不谈——腹鳍。腹鳍对于增强纵向稳定性控制很重要，尤其是对于战斗机。战斗机经常以大攻角飞行。这时流经主翼的空气到达垂尾时，往往会变得混乱，垂尾的功能会大大降低甚至完全消失。说到腹鳍，不得不提双竖尾。理论上，垂尾面积越大，控制力越好。双竖尾不仅控制面积翻倍，而且与机身的链接强度也翻倍，自然效果更好。双垂尾和腹鳍配合大攻角机动时，会保证至少有一条垂尾和两条腹鳍在工作，纵向控制能力会比单垂尾飞机高很多，这也是先进重型战斗机经常使用双垂尾的原因。

在这一点上，它只是基础知识，飞机控制技术远不止于此，新的控制技术也在不断涌现。但如果掌握了以上的操控要领，自己制作的模拟战斗机纸模就会成为真正的战斗机，可以在手中飞得更高更远，可以随意进行各种机动。

纸飞机，原本简单好玩的，让我们越来越复杂。不知是否给你带来了困惑。你不知道这些方法玩不了纸飞机吗？当然不是！纸飞机工作室推出的纸飞机模型，没有一个是直接装备副翼和襟翼的。只要制造过程中没有大的误差，不用调整就可以平稳飞行。襟翼副翼的标记线保留在我们的纸飞机图纸上。喜欢技术含量的玩家可以自己剪副翼和襟翼。但要提醒的是，纸张的特点是可塑性强，容易折叠，但由于记忆力差，很难恢复到原来的状态。襟翼副翼从纸飞机模型中切出后，操控更灵活，但稳定性会下降，类似于遥控飞机中的进场模型和运动模型的区别，所以玩纸飞机也需要循序渐进。幸运的是，纸飞机成本低，所有关于飞机的知识都可以在纸飞机上轻松获取，这是纸飞机模型最大的优势，也是纸飞机永恒的魅力。

- END -