纸飞机的飞行状态研究及在现实中的应用--浏览

1、纸飞机的飞行状态研究及在现实中的应用指导老师 屠江良一、问题的提出在学习必修一第三章牛顿运动定理与必修二第五章平抛运动之后,突然想到平时我们在玩的纸飞机,应该蕴含着这些规律.那么莱特兄弟当初在制造飞机时,有没有考虑过这些问题呢?我们小时候都折过纸飞机,都与小伙伴们玩过纸飞机,也会折不同类型的纸飞机.不同的纸飞机的飞行轨迹也是各不相同的,那么这些影响飞机飞行的因素对莱特兄弟制造飞机是否产生拉影响呢?二、研究过程（一）、网上查资料 纸飞机呈现现代飞机的证据，但是没有人能够有把握地提出准确的证据指出这项发明到底起源于哪里。随着时间的推移，纸飞机速度，浮力和外形已经有拉较大的改进。世界各地有着许许多多

2、纸飞机的爱好者，吉尼斯世界记录中有许多项就是与纸飞机有关的。比如世界上纸飞机飞行的最长时间为27.12秒。最远距离为58.78米。一架小小的纸飞机能够做到这些，堪称是奇迹，更何况加上了许多发动机的飞机了，想必莱特兄弟在发明飞机时也遇到过许许多多的挫折，毁坏过不计其数的试验飞机，就是为了方便人类之间的相互沟通，为此付出过巨大的代价。（二）确立研究过程 纸飞机有许许多多种折法，而且形状各不相同，我们将通过各种渠道，搜集到不同类型的折法，通过控制变量法，研究不同因素对飞机飞行的影响，测出数据，并最终得出结论。（三）试验过程实验数据记录：1.用A4纸折出机翼大小不同的飞机，在同一高度水平抛出，测量飞机

3、的飞行时间与距离。机翼大小（cm2）抛出速度（ms）抛出高度（m）飞行时间(s)飞行距离（m02541.83121541.8416541.83122当控制飞行高度一定，且对飞机不“哈气”，探究飞机抛射角度对飞机飞行的影响抛射角度抛射高度（m）飞行距离（m）01.86.3151.814.8301.810.5451.87.13与实验二相同，但对飞机哈气，记录数据抛射角度抛射高度（m）飞行距离（m）01.86.5151.815.0301.811.8451.88.94当控制抛射角度一样，探究飞机的重心位置对飞行效果的影响，记录数据重心位置（相对头部）抛射角度抛射高度（m）飞行距离（m）12处151.8

4、11.813处151.815.214处151.812.7三数据分析：1纸飞机的飞行时间与机翼大小无关，一般占纸张大小的110飞行时间最长。2纸飞机的抛射角度约为15度时飞得最远。3对纸飞机“哈气”之后能使飞机飞得更远。4当纸飞机的重心位于头部的13处飞得更远。 实验结论：一有表一数据分析出飞机的机翼大小约为纸张大小的110飞行时间最长。由表二和表三数据分析出飞机的飞行效果与抛射角度有关，当飞机的抛射角度约为15度时飞行效果最佳。由表四可以得出当飞机的重心位置大约在位于头部的13处时纸飞机飞得最远。二对纸飞机的折叠制作，在一定程度上让我们感受到了“细节决定成败”的内涵，连制作小小的纸飞机都有这么

5、多的影响因素和技巧，由此可知制造大型战斗机、客机是多么的复杂，科技含量有多么得高。 通过这次试实验，让我们了解到了关于航天、航空方面的一些知识，也培养了我们的实验探究能力。在第二次工业革命中，莱特兄弟发明了飞机。随着科技的发展，飞机越来越成为现实生活中不可缺少的一部分，科技是第一是第一生产力这一理论，越来越成为航天科技中的核心力量。在高一的学习过程中我们了解到牛顿第二定律及牛顿第三定律 ，也由此对纸飞机有了更深刻的认识，小时候的游戏现在却变成了研究对象，意义也变得更加深刻。之后我们还做了一些纸飞机实验，由此就激发了我们的学习热情，纸飞机的飞行状态及在现实中的应用也是让我们感兴趣的理由。通过多次

6、研究我们发现：纸飞机要飞得远、飞得快，有几点要注意： 1）要尽量折得两边对称，如果不对称得话，飞机容易转弯，就飞不远了； 2）翅膀和机身的比例要恰当。机身小翅膀大，飞机升力是够了，但重心上抬，投出去的飞机容易发飘；机身大翅膀小，重心过于下移，飞机就像飞镖一样，惯性十足，但却失去了飞行滑翔的行程，仿佛是扔出去的纸团。正确合理的翅膀和机身比例要根据纸飞机的形状和纸张的质地决定，多试几次就能找到最佳比例； 3）注意前后的平衡。机头太重，飞机容易一头扎在地上；机头太轻，又容易造成机头上翘，导致失速。通过调整纸飞机的外形，或用纸条或胶带进行适当的加载（如果允许的话）可以调节飞机的平衡； 4）最后，纸飞机

7、的投掷也很有讲究：不要侧风投飞，不然容易被刮偏；顺风投掷也没有足够的动力；最好是迎着不太强的正面逆风投掷，投出的角度稍大于水平角度，约15度左右，飞机要平稳向前送出，到最后一刻才自然脱手，那样飞得最远。 在这一过程中我们了解到大家一起探究，才能发现更多有趣的结论。其中飞机机翼的设计是飞机的核心部位 l 它的注意点有以下几点：飞机之所以能够飞，就是因为机翼上下的压力差形成了一股“升力”，克服了重力的作用。机翼的升力是机翼上下空气压力差形成的，当模型在空中飞行时，机翼上表面的空气流速加快，压强减小；机翼下表面的空气流速减慢压强加大(伯努利定律)，这是造成机翼上下压力差的原因。在实验过程中我们发现了

8、一个有趣的现象那就是：飞机逆向飞行l 为什么呢？我们由此查阅了一些资料，发现了这些原因：l 飞机逆风向起降的原因主要有两个，一是可缩短飞机起飞或着陆的滑跑距离，二是较安全。飞机起飞时，如果有风迎面吹来，在相同速度条件下，其获得的升力就比无风或顺风时大，因而就能较快地离地起飞。迎风降落时，就可以借风的阻力来减小一些飞机的速度，使飞机在着陆后的滑路距离缩小一些。 飞机在起降时速度都较慢，稳定性较差，若此时遭到强劲的侧风袭击，飞机就有可能偏离跑道。为避免这种危险，所以机场的跑道方向要根据当地的主要风向来选择。近年来，由于飞机稳定性的迅速提高，风向对飞机起降影响大大降低了。飞机在空中飞行也有交通规则l

9、 还有一个有趣而又平常的一个动作：在纸飞机飞行前哈气，这样会使飞机飞得远吗？原来这也有它的意义：在物理学中是这样解释的它可以是机头变重保平衡西南大学物理科学与技术学院老师袁宏宽这样解释:纸飞机起飞前先哈一口气，和空气动力学有关。纸飞机机头较小，虽然能减少阻力，但又使机头质量过轻、机身质量不平均。先哈一口气，湿润后的飞机头稍重一些，能够使机身整体保持平衡，这样飞机才能在空中飞行较长时间。此外，机头稍重能起到带动作用，如果机身后部质量过重，纸飞机在飞行过程中则容易后翻。在这一研究学习中我们还意识到了飞机在现实生活中的应用：国内军用运输机已经取得成功的典型代表是运一8中型战术运输机。目前，运一8是中

10、国军事运输体系的主力和中国空军、海军航空兵中型特种飞机的改装平台。在前苏联安一12基础上发展而来的运一8已经在型号上形成了系列化，并且正在按军用运输机、民用客货运输机和通用平台的方式进行发展和改进。虽然运一8基本型的主要技术性能指标不如苏联的安一12原型，但是经过20年的不断发展和提高，其综合性能已得到了明显提高，如现在开发中的运一8F600、运一9和运一8x等型号已经有条件和美国较新型的C130J相比较。运一8的新型号在技术改进方面采用了很多最新的科研和生产成果，在很大程度上克服了以安一12为原型产生的一些限制，在部分性能指标上甚至超越了前苏联安一12的后期型号，在未来1015年里基本能够满

11、足中国对军用中型战术运输机的需要。 中国空中力量和国民经济的进一步发展要求中国航空工业必须提供适用且好用的大飞机，这就使中国在军用大型飞机方面处于更新换代和填补空白的关键时刻。中国必须在尽可能短的时间里具备大型运输机的稳定供应能力，解决航空兵现有大型运输机运力不足和特种飞机在改装中缺乏平台的困境，在条件许可时还需开发性能更加先进完善的战略运输机。 中国军用大飞机的发展前景 中国国防发展的需要是大飞机项目得以成为国家重大专项工程的基础，而中国航空技术的快速发展和国民经济的改善则为大飞机项目提供了资源保障，同时民用飞机的发展对军机的促进作用也是大飞机发展过程中可供利用的一个契机。民机虽然在气动布局

12、和结构设计上与军机存在较大的差异，但同样作为大型运输机的民机在材料、工艺和生产管理方面与军机是有相同之处的。由于军机在经济性、乘坐品质和噪音控制方面的要求远比民机要低，因此民机发展中的很多困难在军机开发过程中并不是大问题。中国航空工业系统已经通过自行研制运一10和引进技术生产MD一8290的过程积累了大飞机需要的生产工艺和大规格密封座舱的设计经验，ARJ21的下线和后续发展型号的开展，也在材料、动力和总体设计方面积累了必要的经验和生产条件。中国航空工业对军用运输机的生产改进和民机型号的阶段性成果，从整体上具备了自行开发大型军用运输机所需要的技术基础和生产能力储备。 发展适合中国国防需要的大飞机

13、 中国的国防建设对大飞机的需求数量和规格要求都比较全面，其中以执行战略运输任务的大运在投资要求和技术难度上为最大。战术运输机的技术难度和资源消耗相对战略运输机要小得多，而且国内在发展战术运输机方面有一定的有利条件和基础，在大型战略运输机进入项目准备的时候，战术运输机已经有条件进行工程发展。 一、战略喷气运输机 载重7080吨的宽体战略运输机是国际上应用最广泛的军用运输工具，美国空军装备的C一17A“环球空中霸王III”在载荷标准上处于c一141和C一5B之间，性能指标和适应能力较好地衔接了战术和战略运输的要求，是国际上现有机型中综合性能和应用范围都处于一流标准的先进运输机。 能够满足中国航空兵

14、大型战略运输机需要的平台要具备足够大的载荷和货舱空间，根据中国现役主战坦克和大型技术兵器的规格和重量，战略运输机必须具备不少于60吨的最大载荷和远大于伊尔一76MD的货舱空间。战略运输机的机舱宽度要在5米以上(可载装备的宽度大于42米)，高度也要达到45米，如此才能满足机械化部队重装备空运的要求。战略运输机如果要达到在重量250吨、载荷65吨的情况下拥有4000千米的航程标准，那么其动力装置的要求是四台20吨级的大涵道比涡轮风扇发动机，而且必 须拥有强化的起落架和发动机反推力装置来降低对跑道的要求，满足大载荷条件下使用短跑道起飞和着陆的要求，以使机场尽可能接近前线。 类似美国C17A标准的战略

15、运输机在运输物资和大型技术兵器方面虽然完全满足中国国防的要求，但开发这一规格的飞机所需要的资源投入和技术保障条件过高。中国军用运输机要想由100吨以下的运一8直接跨越到250吨级的战略型，中间的技术跨度太大，而且在现有条件下也很难找到类似型号的机型进行参考研究。 发展大型战略运输机不但需要在设计和制造中解决更多的材料和工艺问题，而且在相当时间里也难以获得满足需要的动力装置，这个困难要比飞机的设计和制造更加严重。战略运输机的开发存在资金和技术上诸多因素的影响与限制，以中国航空工业现有的技术实力还难以保证。因此，目前中国在战略运输机项目上应该以技术储备和论证规划为主，集中力量突破200吨级大型战术

16、运输机的型号发展和装备工作，通过大型喷气战术运输机的开发为战略运输机项目积累必要的经验。 二、大型喷气战术运输机 最大起飞重量在180200吨左右的大型战术运输机整体性能较平衡，国内现有的航空基础条件也基本能满足这个规格的研制要求，尤其是推力1216吨的大涵道比发动机相对容易得到解决。对现在的中国军队来讲，载重4050吨的大型喷气战术运输机也是最急需的航空装备，因为这个规格的运输机不但能运输空降兵的人员和技术兵器，而且可以为地面部队和航空兵机动作战提供支援和保障，另外其载荷航程与内部空间还可以用来改装特种飞机。例如中国空军从俄罗斯引进的载重40吨的伊尔一76MD垂输机现在不但是中国军事航空运输

17、的主力，而且还被用来改装大型预警机。毋庸讳言，伊尔一76的引进和装备对中国航空兵的空中运输能力和作战体系的完整有着关键作用，但该机生产能力的不足却制约了中国空军运输航空兵的规模，导致引进速度和作战部队的装备规模远不能满足需要。今后，中国大飞机项目的一个最主要目标就是要保证伊尔一76的供应。 俄制伊尔一76存在的最大问题是有效载荷不足和机舱内部截面尺寸，载荷不足的缺陷使得难以运输近年来我军装备的坦克、自行火炮和防空导弹这样的大型技术兵器：机舱内部截面小又使载荷可行但尺寸过大的机动雷达车、战术导弹等技术装备难以运输。而我军地面部队的大型技术兵器如果不空运，则快速反应部队的战斗力就不完整，机动部队就

18、不能摆脱对铁路和公路的依赖，将直接影响作战部队和航空兵进行机动部署的能力。 现在很多关于大型运输机选择的报道都将大载荷和大截面货舱作为重点，甚至有人直接把能否运输主战坦克作为军用运输机的标准。实际上，按照中国军队的作战情况来分析大型运输机的应用可以发现，能否运输坦克对于主要执行本土防御任务的解放军并没有太大的意义，反倒是导弹发射车、雷达系统等大型技术兵器的运输需求更重要。因此，在中国的大型运输机发展中，应该更加重视大型技术兵器的运输要求，保证运输机的货舱截面与作战装备的体积和重量尽可能配合。按照目前我军装备条件的基本情况来分析，中国要自行发展类似伊尔一76规格的大飞机，必须着重增大机舱内部的截面规格，如此才能满足大部分装备的空运要求。 大型喷气战术运输机非常适合作为中国大型特种飞机的改装平台，载重40吨和最大航程6000千米(特制任务时)能够满足我军特种飞行平台的要求，而特种飞机与军用运输机在机体和动力系统上的通用性也有利于后勤维护和机动部署的要求。大型喷气战术运输机改装的特种飞机主要用于战略预警和空中加油，其中战略预警机在不进行空中加油的条件下应连续进行8小时以上的巡逻，而改装为空中加油机后的最大载油量应达到90吨，总载油量中的50吨以上应作为空中加油燃料使用。最大起