CN206138745U - 一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机，纸飞机由整张纸按照顺序折叠而成，包括中置机身和对称分布在机身两侧的机翼，机身为长条V型，所述机翼为一对前缘后掠、后缘平直的机翼，并且机翼的翼身沿机身长度方向水平铺展至全身，机翼的两侧翼缘分布有一对上垂直小翼，机翼的后缘设有一对上翻的襟翼。

Description

一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机

技术领域

本实用新型涉及一种纸飞机，具体来讲是一种适合户外飞行的长时间滞空纸飞机。

背景技术

申请人在纸飞机教学研究中发现，纸飞机的滞空时间和飞行品质是孩子们最注重的的两大指标，直接决定纸飞机放飞的趣味性。纸飞机滞空时间越长，飞行越平稳，则越受欢迎，也意味着越具有商业价值。

申请人曾参加过世界纸飞机大赛，在奥地利决赛中，大多数滞空赛选手的成绩均在3-6秒之间，而最终的冠军是11.66秒，在我们国家举办的全国纸飞机大赛中，绝大多数飞机的滞空时间为2-5秒。根据申请人的分析，其原因是纸飞机绝大多数都是三角翼形结构，前半部分偏重，选手为了飞得更久，把机翼折的很大，这导致飞机的重心靠前而升力中心靠后，飞机滑翔时不平衡，在一定迎角下，飞机难以改出，失速后掉下来或者盘旋时侧翻下来，所以滞空时间都很短。为了解决这个问题，申请人依据空气动力学原理，设计了一种新颖的长时间滞空纸飞机，而且适合户外飞行。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种适合户外飞行的长时间滞空的纸飞机。

本实用新型专利是通过以下技术方案实现的：

一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机，纸飞机由整张纸按照顺序折叠而成，包括中置机身和对称分布在机身两侧的机翼，机身为长条V型，机翼为一对前缘后掠、后缘平直的机翼，并且机翼的翼身沿机身长度方向水平铺展至全身，机翼的两侧翼缘分布有一对上垂直小翼，机翼的后缘设有一对上翻的襟翼。

本实用新型进一步限定的技术方案为：

进一步的，襟翼的宽度小于机翼后缘的宽度。

进一步的，机翼加厚，重量加大，飞机的重心较靠前，而升力中心靠后，飞机不平衡，如果不配平，容易栽头。襟翼上翻进行配平，襟翼的上翻角为10°- 45°。

进一步的，要想获得理想的滑翔能力，最直接有效的办法是借鉴滑翔机的机翼结构特点，经典的滑翔机机翼都是大展弦比结构，即机翼窄而长，展弦比的公式为：展弦比=翼展的平方/机翼面积，即A=b²/S，本机展弦比为：22.3²/160.8=3.09，由于纸飞机受到纸张材质特点的限制，这种展弦比已经接近纸飞机的上限。在此结构基础上，尽量提升机翼总面积，降低翼载荷，简而言之是使其机翼面积大，机身重量轻，因为升力和机翼面积成正比。

进一步的，在实现滑翔性能目标的基础上，为了进一步提升飞行稳定性，还采用可变上反角加翼梢小翼提升其侧向稳定性。利用纸张弹性，在投掷时，捏紧机柄，使其拥有较大上反角掷出，爬升时，由于纸张弹性、机翼上反角会逐渐减小，到失速时变成水平，可以使其爬升时更稳，滑翔时升力更大，滑翔时间更长。机翼的上反角度数为0°-30°；

进一步的，为了达到慢速飞行的设计目的，机翼前缘采用22°小后掠角，机翼前缘后掠角对飞机飞行阻力存在显著影响，玩过纸飞机的人都知道，机头尖，机身修长的飞机飞的快，这是因为这种飞机的机翼后掠角大，阻力小，所以飞得快。反之，机翼越平，阻力越大，22°的前缘后掠角，使其阻力比一般三角翼形飞机要大，阻力加大产生的影响就是在爬升阶段，飞行虽然不是特别高，但在滑翔阶段却能飞得非常慢。

适中的阻力是滞空飞机的设计关键，阻力过大，爬升高度有限，势能不足，不利于长时间滑翔，阻力太小，飞行速度过快，也不能达到长时间滞空的效果，采用22°后掠角，比常见的三角形纸飞机明显小，产生的阻力很适中，决定了“中等高度，慢速飞行”的飞行特点。

进一步的，翼展越长，其升力力臂越长，爬升时产生的扭曲力矩越大，为了克服扭曲力矩，这需要机翼保持很大的刚度，在制作时我们对机翼的前缘进行多层卷折将机翼加厚，这种折法有效地解决了扭曲力矩问题。

进一步的，要想实现长时间滞空，还需要飞机升力大，盘旋能力强，才能实现“多圈”盘旋的设计目标。升力的公式：升力=1/2ρV²Sc，ρ为空气密度，v为速度，S为机翼面积，C为升力系数。无动力飞机对升力影响最显著的是机翼面积，本机采用小翼载设计——平均翼载为0.0233克/cm²，接近于纸飞机翼载的下限值。纸飞机的翼载在一定的范围内才能手掷放飞，若太大则阻力也大，投不高，也不稳定，太小则不滑翔，无动力飞机设计都会遵循这一原理。通俗的说，就是机身轻，面积大，更容易长时间滑翔。小翼载使其保持良好的滑翔能力，在中等高度条件下，必须多圈盘旋才能长时间滞空。纸飞机受限于纸张规格、刚度和手掷推力，不能像真滑翔机那样最大限度地减小翼载，相反，翼载过小，纸飞机很容易失衡，在兼顾飞行稳定的情况下，根据经验，本机的翼载为0.0233克/厘米²，这个数值接近纸飞机合理翼载的下限。

本实用新型的有益效果为：1.大展弦比，小后掠角，小翼载，无尾飞翼式气动布局，使得滞空时间长，玩耍趣味性好；2.襟翼上翻进行配平；机翼前缘适度后掠；可变上反角；平滑机身，有限减阻，使得稳定性好，适合户外放飞，受到广大小朋友的喜爱。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图中：机身1，机翼2，上垂直尾翼3，襟翼4。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解，现结合附图进一步阐述本实用新型专利是如何实施的：

一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机，纸飞机由整张纸按照顺序折叠而成，包括中置机身1和对称分布在机身两侧的机翼2，机身1为长条V型，机翼2为一对前缘后掠、后缘平直的机翼，并且机翼2的翼身沿机身长度方向水平铺展至全身，机翼2的两侧翼缘分布有一对上垂直尾翼3，机翼2的后缘设有一对上翻的襟翼4。

设计方案详解：

要想获得理想的滑翔能力，最直接有效的办法是借鉴滑翔机的机翼结构特点，经典的滑翔机机翼都是大展弦比结构，即机翼窄而长，展弦比的公式为：展弦比=翼展的平方/机翼面积，即A=b²/S，本机展弦比为：22.3²/160.8=3.09，由于纸飞机受到纸张材质特点的限制，这种展弦比已经接近纸飞机的上限。

在此结构基础上，尽量提升机翼总面积，降低翼载荷，简而言之是使其机翼面积大，机身重量轻，因为升力和机翼面积成正比。

然而，要想实现长时间滞空，还需要飞机升力大，盘旋能力强，才能实现“多圈”盘旋的设计目标。

升力的公式：升力=1/2ρV²Sc，ρ为空气密度，v为速度，S为机翼面积，C为升力系数。无动力飞机对升力影响最显著的是机翼面积，本机采用小翼载设计——平均翼载为0.0233克/cm²，接近于纸飞机翼载的下限值。纸飞机的翼载在一定的范围内才能手掷放飞，若太大则阻力也大，投不高，也不稳定，太小则不滑翔，无动力飞机设计都会遵循这一原理。

通俗的说，就是机身轻，面积大，更容易长时间滑翔。小翼载使其保持良好的滑翔能力，在中等高度条件下，必须多圈盘旋才能长时间滞空。

纸飞机受限于纸张规格、刚度和手掷推力，不能像真滑翔机那样最大限度地减小翼载，相反，翼载过小，纸飞机很容易失衡，在兼顾飞行稳定的情况下，根据经验，本机的翼载为0.0233克/厘米²，这个数值接近纸飞机合理翼载的下限。

大展弦比，小翼载，奠定了滑翔能力的基础，这意味着它不需要大推力投掷也能具备良好的滑翔能力。

然而翼展越长，其升力力臂越长，爬升时产生的扭曲力矩越大，为了克服扭曲力矩，这需要机翼保持很大的刚度，在制作时我们进行多层卷折将机翼加厚，这种折法有效地解决了扭曲力矩问题。

但是，机翼加厚，重量加大，飞机的重心较靠前，而升力中心靠后，飞机不平衡，如果不配平，容易栽头。

现实中的飞翼式飞机也有这样的问题，飞翼式飞机通常的做法是采用襟翼上翻，产生抬头力矩，使升力中心前移从而与重心重合，美国著名B2轰炸机也是通过这种方式实现飞行平衡的，本机采用这种方案，将襟翼上翻到适当角度进行配平。这种设计达到理想的效果，即使在大迎角失速的状态下，飞机也能够顺利改出进入滑翔，大大降低了对投掷技巧的要求。适合各年龄段的小朋友玩耍。

为了达到慢速飞行的设计目的，机翼采用22°小后掠角，机翼前缘后掠角对飞机飞行阻力存在显著影响，玩过纸飞机的人都知道，机头尖，机身修长的飞机飞的快，这是因为这种飞机的机翼后掠角大，阻力小，所以飞得快。反之，机翼越平，阻力越大，22°的前缘后掠角，使其阻力比一般三角形飞机要大，阻力加大产生的影响就是在爬升阶段，飞行并不特别高，但在滑翔阶段却能慢速滑翔。

适中的阻力是滞空飞机的设计关键，阻力过大，爬升高度有限，势能不足，不利于长时间滑翔，阻力太小，飞行速度过快，也不能达到长时间滞空的效果，采用22°后掠角，比经典的滑翔机后掠角大，却比常见的三角形纸飞机明显小，这种阻力很适中，决定了“中等高度，慢速飞行”的飞行特点。

让纸飞机盘旋，实际上是尽量降低其航向稳定性。影响其盘旋能力的最主要指标是机身长宽比，长宽比越大，越不容易盘旋，长宽比越小，越容易盘旋。本机采用“大展弦比无尾式”布局，其机身长度远小于传统经典滑翔机，相当于把滑翔机机翼后面部分全部去掉，所以长宽比更小，更容易盘旋，在实际飞行中，一般能够盘旋三至五圈。“船小好调头”其实是指船身越短，越容易调头，其原理一致。

在实现滑翔性能目标的基础上，为了进一步提升飞行稳定性，还采用可变上反角加翼梢小翼提升其侧向稳定性。利用纸张弹性，在投掷时，捏紧机柄，使其拥有较大上反角掷出，爬升时，纸张弹性使得上反角逐渐变小，到失速时，变成接近水平，可以使其爬升时更稳，滑翔时升力更大，滑翔时间更长。

滞空时间测试（单位：秒）：户外北风3-4级，投掷方向任意。

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注：第一组和第二组均为成年男子投掷所得数据，第三组为成年女子投掷所得数据，不难看出，这么长的滞空时间已经远超普通纸飞机3-6秒的滞空时间。

由于设计科学合理，本发明获得明显优于普通纸飞机的滞空时间，成品飞机直接作为商品销售，受到广大亲子机构和纸飞机爱好者的欢迎。

Claims (8)

1.一种适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述纸飞机由整张纸按照顺序折叠而成，包括中置机身和对称分布在机身两侧的机翼，所述机身为长条V型，所述机翼为一对前缘后掠、后缘平直的机翼，并且所述机翼的翼身沿机身长度方向水平铺展至全身，所述机翼的两侧翼缘分布有一对上垂直小翼，所述机翼的后缘设有一对上翻的襟翼。

2.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述襟翼的宽度小于机翼后缘的宽度。

3.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述襟翼的上翻角为10°-45°之间。

4.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述机翼的展弦比为3.09。

5.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述机翼的上翻角度数为0°-30°之间。

6.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述机翼的前缘后掠角为22°。

7.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述机翼的前缘多层折叠加厚。

8.根据权利要求1所述的适合户外飞行的长时滞空纸飞机，其特征在于：所述机翼的平均翼载为0.0233克/cm²。