|
仿真纸飞机模型基本控制技术
像鸟类一样，飞机要想飞上蓝天就要依靠翅膀。但是和鸟类不同的是，鸟类的翅膀产生升力是依靠扇动空气利用反作用力产生升力，飞行中又依靠扇动翅膀制造涡流产生推力，总之鸟类的飞行方法极其复杂。我们人类从达芬奇开始就感到研究和模仿鸟类飞行非常困难，所以后来干脆另辟蹊径，完全依靠速度让自己的翅膀产生升力，结果后来居上，现在我们飞得比鸟类更快、更高、更远。
机翼利用速度产生升力的原理不得不提到帕努力原理，根据这种理论只要让机翼上表面的气流速度大于下表面的速度，机翼就会因为上下表面气流速度造成的压力差而产生上吸下推的的升力。为了使机翼上表面的气流速度比下表面快，帕努力原理要求机翼上表面要凸起，延长气流流经翼面的距离，迫使气流加速。不过很多战斗在风洞实验室的一线航空工作者对这一理论表示了质疑，他们提出了一种机翼后缘“真空吸力”的说法，并声称是根据风洞实验得出的结论。这些争议我们就不讨论了，纸飞机最怕的就是风，所以也不可能进入风洞做实验用实践去检验真理，更重要是纸飞机没有动力，自由滑翔的过程就是不断减速的过程，所以利用速度产生的升力对于纸飞机来说实在是微不足道。不过即使如此，纸飞机仍然可以折出帕努力原理机翼（见图1）。
图1
鸟类控制飞行的方法仍然是扇动翅膀，靠用力的不同改变飞行姿态。我们人类发明的飞机既然依靠机翼的形状影响气流速度产生升力飞翔，那么控制飞机飞行自然也是靠改变机翼的形状来完成。为了改变机翼形状，设计师们在机翼上安装了很多机关——可以活动的小机翼（见图2）。
图2
图2是纸飞机工作室以FC-1枭龙歼击机为原型机推出的仿真纸飞机模型，这是最为常见的单垂尾常规空气动力布局，也是飞机控制技术最具有代表性的气动布局。不过FC-1枭龙歼击机的水平尾翼是全动的，而纸飞机这点比较遗憾，因为折纸艺术的先天缺陷，任何部位都不可能是全动的，必须要与机体相连，所以我们只得落后一步，在水平尾翼上设置襟翼来代替全动尾翼控制飞行。 手持纸飞机的时候，首先要解决的就是起飞问题，或者说是投掷问题。那么我们研究飞机控制技术就从起飞说起吧。有动力的飞机是在达到一定速度后，调高水平尾翼后缘压低机尾抬高机头增大迎角起飞的，这就说明一个问题，水平尾翼的作用是用来控制飞机纵向平衡的，或者说是用来控制机头是向上还是向下的。这里要强调一点，对于没有动力、没有遥控完全靠自由滑翔的纸飞机来说，要想飞得远，留空时间长，调整到尽量接近水平的飞行姿态是最重要的，所以纸飞机的“控制”实际上是“抑制”的概念。我们投掷纸飞机时调整水平尾翼的目的一定是用来抑制机头向下的，而不是为了追求机头向上的。例如投掷出去的纸飞机如果机头向下栽，那么我们就要调整水平尾翼的襟翼向上翘起，产生下压机尾的力来平衡机头下沉的力（见图3）。
图3
 如果掷出的纸飞机迎角大，向上飞，那么后果一定是失速下栽。如果飞行有一定高度的话，失速后的纸飞机会在下栽过程中重新获得速度再次滑翔，但是后果一定会像上次一样，会继续上仰——失速——下栽——上仰……。解决的方法是调整尾翼襟翼向下，用抬高机尾的力来平衡机头上仰的力（见图4）。
图4
掌握了水平尾翼控制技术，就等于是可以控制飞机保持平飞的姿态了。同时为了体验乐趣，我们还可以调整水平尾翼来模仿特技动作，例如向上纵向转一圈，看看半径是多大。这可是空战时很重要的一个性能，谁转的半径小，谁就会摆脱尾追的敌机并可以飞到敌机后面开火。通过模仿这种特技动作，也可以体会到各种空气动力布局的特点，纸飞机工作室推出的三种国产机型中，歼10猛龙是转弯半径最小的，因为无尾鸭翼布局不但可以用主翼的副翼起到水平尾翼的作用，还可以借助前面的鸭翼抬高机头，双管齐下，绕这一圈的半径就会大大减小。 解决了控制平飞的纵向问题，现在研究控制横向平衡的问题。很多入门的航模爱好者一定认为控制横向也就是水平方向的是垂直尾翼的方向舵，这种想法不完全正确。方向舵确实可以影响横向方向，但是影响力很小，或者说只能用方向舵稍微改变水平方向，如果调整太大的话，飞机会先横向转然后就会侧倾，这是因为纸飞机没有动力，滑翔的过程其实是降落的过程，所以机头总是有一点点向下的角度的。所以有了这个向下的角度，这时方向舵影响的就不单单是水平方向了，而是也要影响到垂直方向了，这时飞机就要向下低头了。其实，即使有动力的飞机使用方向舵时，在偏航的同时也会产生侧倾的力，因为方向舵在机体上方，产生的力肯定不是平衡的，如果方向舵像导弹那样上下对称，就没有这种情况了。所以正确的理解是，方向舵是用来控制纵向稳定性的，或者说是修正偏航用的。利用方向舵也可以转向，但是转向的半径会很大，因为方向舵只能微调。如果飞出去的纸飞机向左飞，那么我们就调整方向舵让它右偏航来平衡左偏航的力（见图5）。
图5
如果纸飞机向右偏航，我们就反之，调整飞机向左偏航来平衡右偏航的力（见图6）。
图6
知道如何控制水平尾翼和垂直尾翼了，我们就可以保证纸飞机水平并直线飞行了，可是我们要转弯怎么办？例如参加这样一个比赛，飞出去的纸飞机要自己转回来。这有点复杂，我们研究转弯之前先搞明白如果让飞机横向旋转，这就要调整到副翼了。纸飞机有副翼即是很了不起的一件事，也是一件稀松平常的事。如果使用其他材料制作模型，例如塑料、金属、木材，要想有副翼功能，恐怕成本要翻上百倍千倍万倍，而对于纸飞机来说，仅仅是剪一刀罢了。所谓副翼就是一个向上另一个向下总是向相反方向转动的小机翼，他的作用就是用来旋转。如果让纸飞机顺时针旋转，就要将右侧副翼向上调整，左侧副翼向下调整（见图7）。
图7
有时因为制作的原因，两个主翼形状会有差别，造成升力不同，会被动的旋转，这时就可以通过调整副翼来反向平衡旋转，以达到平稳飞行的姿态。例如如果折好的纸飞机飞出去后顺时针旋转，那么我们就将右侧副翼向下调整，左侧副翼向上调整，让纸飞机产生逆时针旋转的力来平衡飞行姿态（见图8）。
图8
掌握旋转的要领了，就可以考虑如何控制转弯了。如果向左转向飞应该如何调整呢？我们试想一下，如果这时让纸飞机逆时针旋转，当然不是连续不停地转，而是略微向左逆时针旋转，也就是向左倾斜，这靠调整副翼完成，但这时机头并没有转向，仍然直飞，那么我们再调整哪个小机翼才能实线转向呢？答案是有动力可遥控的飞机是调整水平尾翼和方向舵共同作用，而对于自由滑翔飞机来说，这时只能依靠水平尾翼。通过遥控可以控制副翼、方向舵回位，所以可以根据实际情况不停调整、复位，而对于自由滑翔的纸飞机来说机翼调整后就回不来了，同时由于没有持续动力，速度会一直下降，前面说了，这时是绝对不能调整方向舵的，不然只会加速机头下沉。因此，对于纸飞机来说，要想水平转向并不至于转弯后高度下降过大，就只能通过调整副翼和水平尾翼来实现平稳的转向。这一过程可以这样理解：纸飞机掷出——侧倾（副翼造成轻微旋转）——向斜上方爬升（水平尾翼作用）——惯性动力消失开始滑翔——侧倾角度减小——斜上方爬升角度减小——平稳盘旋。调整副翼和水平尾翼配合转向的方法的关键就是合适的角度，只要侧倾角度、爬升角度适当，转向就会非常平稳（见图9、图10）。
图9
图10
现在我们研究的问题越来越有深度了，要调整襟翼了。所谓襟翼就是动作方向一致的小机翼，要么同时向上，要么同时向下，襟翼一般靠近机翼根部。后缘襟翼的主要作用就是改变机翼形状增加弯度，加大气流压力，例如起飞时放下襟翼使得机翼下面压力剧增，从而产生较大升力协助起飞。降落时放下襟翼可以在速度降低的同时保证足够的升力从而平缓降落，而且降落后加大襟翼下放角度还可以起到减速板的作用。在空中飞行时，襟翼的作用就是在可以轻微甚至不改变飞行姿态的情况下改变飞行高度。后缘襟翼对大后掠角机翼的纸飞机来说特别有用，因为大后掠角虽然可以大大减少阻力投掷得很远，但是不适合滑翔，又不能像有动力的飞机一样大迎角飞行，所以这时如果有襟翼协助把阻力转换为升力，那么对于增加滑翔时间是大大有利的（见图11）。
图11
后缘襟翼往往配合前缘襟翼同时动作，这样可以同时在机翼前缘和后缘同时改变机翼弯度改善气流效果。不过前缘襟翼的主要作用是大迎角飞行引导气流防止失速，而大迎角飞行只能用于有动力的飞机，所以前缘襟翼对于纸飞机来说是丝毫起不到任何好作用的。相反，放下前缘襟翼反而会产生负升力，损失飞行高度（见图12）。
图12
据说英国早期的航模母舰上的舰载机可以上翻副翼，彻底作为减速办使用，我想当美国人发明了利用“绊马索”减速的方法之后，襟翼的这种作用可以退休了。不过襟翼上翻可以起到降低飞行高度的作用，只不过这点对于始终和地球引力抗争的飞机来说在实际应用中实在没什么意义，所以我们只可以用纸飞机做实验，看看襟翼上翻损失高度带来的灾难性后果，以后设计真正的飞机时可就没这个机会了（见图13） 图13 还有一个小机翼没有谈到——腹鳍。腹鳍是为了增强控制纵向稳定的，特别是对于作战飞机由其重要。作战飞机往往要大迎角飞行，这时流经主翼的气流到了垂直尾翼处往往就乱了套，垂直尾翼的作用就会大大降低甚至彻底消失，这时就需要腹鳍协助控制，这也是先进的重型战斗机多采用双垂直尾翼的原因。从理论上来说，垂直尾翼面积越大控制力越好。双垂尾不但控制面积翻倍，与机体链接强度也翻倍，自然效果更好。双垂直尾翼再加上腹鳍配合大迎角做机动动作时，就会保证至少有一个垂尾和两个腹鳍在起作用，纵向控制的能力就会远远高于单垂尾飞机。 说到这里告一段落，上面谈到的只是基础知识，飞机控制技术远远不止这些，还有新的控制技术在不断产生。不过掌握了以上控制要领，那么自己动手制作的仿真战斗机纸模型就会变成一架真正的战斗机，在您的手中就可以飞得更高、更远，并能够随心所欲作出各种机动动作。 本来简单好玩的纸飞机让我们搞得越来越复杂了，不知道我们是否给您带来了困惑。难道不知道上述这些方法就没法玩纸飞机了吗？当然不是！纸飞机工作室推出的纸飞机模型都没有直接设置副翼、襟翼，只要制作过程中没有大的误差，无需调整即可平稳飞行。我们的纸飞机图纸都预留了襟翼副翼的标记线，喜欢技术含量的玩家可以自己裁出副翼、襟翼。不过要提醒的是，纸张的特性是可塑性强，很容易折叠成形，但是记忆力差，很难回复原状。纸飞机模型裁出襟翼副翼后，控制更加灵活，但是稳定性会下降，这点类似于遥控飞机中的入门模型和运动模型的差别，所以玩纸飞机也需要循序渐进。幸好纸飞机成本低廉，所有关于飞机的知识，都可以轻松在纸飞机上获得，这是纸飞机模型的最大优点也是纸飞机的永恒魅力之所在。
|
