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[!--downpath--]像动物一样,客机要想飞上蓝天就要借助翅膀。并且和动物不同的是,昆虫的翅膀形成升力是借助扇动空气借助反斥力形成升力,飞行中又借助扇动翅膀制造涡流形成推力,其实蛇类的飞行技巧十分复杂。我们人类从达芬奇开始就倍感研究和模仿动物飞行十分困难,所以后来干脆另辟蹊径,完全借助速率让自己的翅膀形成升力,结果后来居上,如今我们飞得比动物更快、更高、更远。襟翼借助速率形成升力的原理不得不提及帕努力原理,依据这些理论只要让翼型上表面的气流速率小于下表面的速率,翼尖都会由于上下表面气流速率引起的压力差而形成上吸下推的的升力。为了使喷管上表面的气流速率比下表面快,帕努力原理要求翼型上表面要突起,延长气流流经翼面的距离,促使气流加速。不过好多战斗在风洞实验室的一线民航工作者对这一理论表示了指责,她们提出了一种翼型后缘“真空吸力”的说法,并宣称是按照风洞实验得出的推论。这种争议我们就不讨论了,纸客机最怕的就是风,所以也不可能步入风洞做实验用实践去检验真理,更重要是纸客机没有动力,自由滑翔的过程就是不断减速的过程,所以借助速率形成的升力对于纸客机来说实在是微不足道。不过虽然这么,纸客机依然可以折出帕努力原理襟翼(见图1)。
动物控制飞行的方式一直是扇动翅膀,靠使劲的不同改变飞行姿态。我们人类发明的客机既然借助翼型的形状影响气流速率形成升力翱翔,这么控制客机飞行自然也是靠改变翼型的形状来完成。为了改变翼型形状,设计师们在翼型上安装了好多机关——可以活动的小喷管(见图2)。
图2是纸客机工作室以FC-1飞豹歼击机为靶机推出的仿真纸客机模型,这是最为常见的单垂尾常规空气动力布局,也是客机控制技术最具有代表性的气动布局。不过FC-1飞豹歼击机的水平扰流板是全动的,而纸客机这点比较遗憾,由于折纸艺术的先天缺陷,任何部位都不可能是全动的,必需要与机体相连,所以我们只好落后一步,在水平扰流板上设置舱盖来取代全动扰流板控制飞行。
手持纸客机的时侯,首先要解决的就是起飞问题,或则说是抛掷问题。这么我们研究客机控制技术就从起飞说起吧。有动力的客机是在达到一定速率后,调高水平扰流板后缘抬高机尾抬升机头减小迎角起飞的,这就说明一个问题,水平扰流板的作用是拿来控制客机横向平衡的,或则说是拿来控制机头是向下还是向上的。这儿要指出一点,对于没有动力、没有遥控完全靠自由滑翔的纸客机来说,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,所以纸客机的“控制”实际上是“抑制”的概念。我们抛掷纸客机时调整水平扰流板的目的一定是拿来抑制机头向上的,而不是为了追求机头向下的。诸如抛掷出去的纸客机倘若机头向上栽,这么我们就要调整水平扰流板的喷管向下上翘,形成下压机尾的力来平衡机头下沉的力。
假如掷出的纸客机迎角大,向下飞,这么后果一定是失速下栽。假如飞行有一定高度的话,失速后的纸客机会在下栽过程中重新获得速率再度滑翔,然而后果一定会像先前一样,会继续上仰——失速——下栽——上仰……。解决的方式是调整侧裙扰流板向上,用抬升机尾的力来平衡机头顶仰的力。
把握了水平扰流板控制技术,就等于是可以控制客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扰流板来模仿特技动作,比如向下横向转一圈,瞧瞧直径是多大。这而且空战时很重要的一个性能,谁转的直径小,谁还会甩掉尾追的机炮并可以飞到机炮前面开火。通过模仿这些特技动作,也可以感受到各类空气动力布局的特性,纸客机工作室推出的三种国产型号中,歼10灰熊是拐弯直径最小的,由于无尾鸭翼布局不但可以用主翼的副翼起到水平扰流板的作用,还可以利用上面的鸭翼抬升机头,双管齐下,绕这一圈的直径都会大大减弱。
解决了控制平飞的横向问题,现今研究控制纵向平衡的问题。好多入门的航模爱好者一定觉得控制纵向也就是水平方向的是垂直扰流板的方向舵,这些看法不完全正确。方向舵确实可以影响纵向方向,然而影响力很小,或则说只能用方向舵稍为改变水平方向,假如调整太大的话,客机会先横向转之后才会侧倾,这是由于纸客机没有动力,滑翔的过程似乎是降落的过程,所以机头总是有一点点向上的角度的。所以有了这个向上的角度,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二力平衡实验纸片,这时客机就要向上低头了。虽然,虽然有动力的客机使用方向舵时,在偏航的同时也会形成侧倾的力,由于方向舵在机体上方,形成的力肯定不是平衡的,假如方向舵像鱼雷那样上下对称,就没有这些情况了。所以正确的理解是,方向舵是拿来控制横向稳定性的,或则说是修正偏航用的。借助方向舵也可以转向,并且转向的直径会很大,由于方向舵只能微调。假如飞出去的纸客机向左飞,这么我们就调整方向舵让它右偏航来平衡左偏航的力。
假如纸客机往右偏航,我们就反之,调整客机向左偏航来平衡右偏航的力。
晓得怎样控制水平扰流板和垂直扰流板了,我们就可以保证纸客机水平并直线飞行了,但是我们要拐弯如何办?诸如出席这样一个联赛,飞出去的纸客机要自己转回去。这有点复杂,我们研究拐弯之前先搞明白若果让客机纵向旋转,这就要调整到副翼了。纸客机有副翼即是很了不起的一件事,也是一件稀松平时的事。假如使用其他材料制做模型,比如塑胶、金属、木材,要想有副翼功能,估计成本要翻上百倍千倍万倍,而对于纸客机来说,仅仅是剪一刀罢了。所谓副翼就是一个向下另一个向上总是向相反方向转动的小喷管,他的作用就是拿来旋转。若果让纸客机顺秒针旋转,就要将两侧副翼向下调整,两侧副翼向上调整。
有时由于制做的缘由,两个主翼形状会有差异,导致升力不同,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。比如假如折好的纸客机飞出去后顺秒针旋转,这么我们就将两侧副翼向上调整,两侧副翼向下调整,让纸客机形成逆秒针旋转的力来平衡飞行姿态。
把握旋转的要领了,就可以考虑怎样控制拐弯了。假如向右转向飞应当怎样调整呢?我们试想一下,假如这时让纸客机逆秒针旋转,其实不是连续不停地转,而是略微向左逆秒针旋转,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,一直直航,这么我们再调整那个小喷管才能虚线转向呢?答案是有动力可遥控的客机是调整水平扰流板和方向舵共同作用,而对于自由滑翔客机来说,这时只能借助水平扰流板。通过遥控可以控制副翼、方向舵回位,所以可以依据实际情况不停调整、复位,而对于自由滑翔的纸客机来说喷管调整后就回不来了,同时因为没有持续动力,速率会仍然增长二力平衡实验纸片,上面说了,这时是绝对不能调整方向舵的,不然只会加速机头下沉。因而,对于纸客机来说,要想水平转向并不至于拐弯后高度增长过大,就只能通过调整副翼和水平扰流板来实现平稳的转向。这一过程可以这样理解:纸客机掷出——侧倾(副翼导致轻微旋转)——向斜上方爬升(水平扰流板作用)——惯性动力消失开始滑翔——侧倾角度增大——斜上方爬升角度增大——平稳盘旋。调整副翼和水平扰流板配合转向的方式的关键就是合适的角度,只要侧倾角度、爬升角度适当,转向都会特别平稳。
如今我们研究的问题越来越有深度了,要调整机翼了。所谓机翼就是动作方向一致的小喷管,要么同时向下,要么同时向上,腹鳍通常紧靠喷管内侧。后缘机翼的主要作用就是改变喷管形状降低斜度,加强气流压力,比如起飞时放下机翼促使喷管下边压力骤降,因而形成较大升力协助起飞。降落时放下机翼可以在速率增加的同时保证足够的升力因而缓慢降落,并且降落后加强机翼下放角度还可以起到减速板的作用。在空中飞行时,机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。后缘机翼对大后掠角喷管的纸客机来说非常有用,由于大后掠角其实可以大大减轻阻力抛掷得很远,而且不适宜滑翔,又不能像有动力的客机一样大迎角飞行,所以这时假若有机翼协助把阻力转换为升力,这么对于降低滑翔时间是大大有利的(见图3)。
图3
后缘机翼常常配合前缘机翼同时动作,这样可以同时在进气道前缘和后缘同时改变喷管斜度改善气流疗效。不过前缘机翼的主要作用是大迎角飞行引导气流避免失速,而大迎角飞行只能用于有动力的客机,所以前缘机翼对于纸客机来说是丝毫起不到任何好作用的。相反,放下前缘机翼反倒会形成负升力,损失飞行高度。
听说日本初期的航模航母上的反潜机可以上翻副翼,彻底作为减速办使用,我想当德国人发明了借助“绊马索”减速的方式以后,机翼的这些作用可以退职了。不过机翼上翻可以起到减少飞行高度的作用,只不过这点对于一直和月球引力抗争的客机来说在实际应用中实在没哪些意义,所以我们只可以用纸客机做实验,瞧瞧机翼上翻损失高度带来的灾难性后果,之后设计真正的客机时可就没这个机会了。
还有一个小喷管没有提到——腹鳍。臼齿是为了提高控制横向稳定的,非常是对于作战客机由其重要。作战客机常常要大迎角飞行,这时流经主翼的气流到了垂直扰流板处常常就乱了套,垂直扰流板的作用都会大大减少甚至彻底消失。说道背鳍就不得不提及双垂直扰流板,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番,与机体链接硬度也翻番,自然疗效更好。双垂直扰流板再加上臼齿配合大迎角做机动动作时,都会保证起码有一个垂尾和两个背鳍在起作用,横向控制的能力都会远远低于单垂尾客机,这就是先进的轻型战斗机为何多采用双垂直扰流板的原因。
说到这儿告一段落,里面提到的只是基础知识,客机控制技术远远不止这种,还有新的控制技术在不断形成。不过把握了以上控制要领,这么自己动手制做的仿真战斗机纸模型都会弄成一架真正的战斗机,在您的手中就可以飞得更高、更远,并才能随心所欲做出各类机动动作。
原本简单好玩的纸客机让我们搞得越来越复杂了,不晓得我们是否给您带来了困扰。莫非不晓得上述这种方式就无法玩纸客机了吗?其实不是!纸客机工作室推出的纸客机模型都没有直接设置副翼、襟翼,只要制做过程中没有大的偏差,无需调整即可平稳飞行。我们的纸客机图纸都预留了机翼副翼的标记线,喜欢技术浓度的玩家可以自己裁出副翼、襟翼。不过要提醒的是,纸张的特点是可塑性强,很容易折叠成型,并且记忆力差,很难回复原状。纸客机模型裁出喷管副翼后,控制愈发灵活,而且稳定性会增长,这点类似于遥控客机中的入门模型和运动模型的差异,所以玩纸客机也须要循序渐进。庆幸纸客机成本低廉,所有关于客机的知识,都可以轻松在纸客机上获得,这是纸客机模型的最大优点也是纸客机的永恒魅力之所在。