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盘旋风筝原理探讨

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盘鹰打盘盘旋的原理简单版描述
以向左飞收线打右盘为例说明如下:
1. 最主要的转向力:收线产生的向右拉力, 使其调头向右转。
2. 次要转向力:收线有向下的拉力,吃风后形成升力,远端机翼(左翼)获得的空气动力更大,增加向右旋转趋势。
3. 风圈在盘旋过程中主要提供阻力:风圈初始下压角度一致情况下,受风后自动形成利于盘旋的角度。压左翼风圈可获得更大空气动力,增幅不大, 但会严重阻碍其旋转趋势。
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## 盘旋的力学特征
### 垂直轴的定义
在航空动力学中,我们通常使用三个主要轴来描述飞行器的运动:
- 纵轴:沿机身长度方向
- 横轴:从一个翼尖到另一个翼尖
- 垂直轴:垂直于上述两个轴
### 远端机翼受力更大的原因
远端机翼,相对于操控者的外侧机翼。其受力更大的原因主要是由于角速度和线速度的关系造成的。当滑翔机在空中进行圆周运动时,它实际上是绕着一个垂直于地面的轴(我们称之为盘旋轴)旋转。在这种情况下:
- 线速度:v = ωr,其中 ω 是角速度,r 是到旋转中心的距离。
- 远端机翼距离盘旋中心更远,因此有更大的 r 值。
- 根据上述公式,在相同角速度下,远端机翼的线速度更大。
- 空气动力学力与速度的平方成正比(F ∝ v²),因此远端机翼受到的力更大。
### 牵引形成调头并反向盘旋的原因
收线打盘,当牵引力作用于滑翔机(或盘鹰等盘旋类风筝)时,导致滑翔机绕其垂直轴旋转并反向盘旋。具体过程如下:
1. 初始状态:
- 滑翔机向操控者的左侧滑翔。
- 滑翔机的头部大致指向操控者的左前方。
2. 施加牵引力:
- 牵引点通常位于滑翔机的前部,在重心的前方。
- 当操控者收线时,牵引力的方向指向操控者。
3. 牵引力的分解:
- 牵引力可分解为水平和垂直两个分量。
- 向右的水平分量,将导致滑翔机向右偏转。
- 向下的垂直分量的作用较为复杂:
a) 直接下拉作用可能导致风筝略微下降。
b) 但也增加了风筝相对于气流的攻角,可能产生更大的升力。
4. 升力的产生:
- 适当的拉力增加了风筝与气流的相对速度。
- 这种速度增加,结合风筝表面的气动设计,产生更强的升力。
- 大多数打盘的情况,这种升力足以克服重力和拉力的下拉作用,使风筝上升。
5. 力矩的产生:
- 牵引力水平分量:由于牵引力的作用点在重心前方,其向右的水平分量会产生一个绕垂直轴的顺时针转动的力矩。
- 整体升力效应:
a) 滑翔机受到来自气流的整体升力。
b) 由于速度和攻角的差异,远端机翼(相对于操控者的外侧机翼)通常产生更大的升力。
c) 这种不均匀的升力分布也会产生一个顺时针的力矩,增强转向效果。
- 综合效果:
a) 水平分量产生的力矩和升力不均匀分布产生的力矩叠加。
b) 这个合力矩使滑翔机的前部向操控者方向转动,即向右转弯。
6. 综合运动趋势:
- 风筝会在一个向右倾斜的螺旋轨迹上运动。
- 这个轨迹不仅有水平方向的转弯,还可能有垂直方向的上升。
- 上升趋势取决于牵引力、风力、风筝的攻角和气动设计的综合作用。
- 这种向右的转向用于引导滑翔机回到操控者右侧,形成完整的盘旋运动。
7. 实际应用:
- 理解这些力的相互作用,操控者可以在保持风筝盘旋的同时控制其高度及轨迹。
- 可以实现复杂的飞行模式,如螺旋上升、俯冲后快速拉升等。
总结:
盘旋类风筝的运动是一个复杂的动态过程,涉及多种力的相互作用。适当的牵引力不仅可以控制风筝的水平运动,还能通过影响风筝与气流的相对运动来产生上升趋势。深入理解这些力的作用,就能够根据风况和预期的飞行轨迹来调整牵引力。这使得盘旋类风筝飞行成为一门既需要技巧,又富有艺术性的活动。


IP属地:北京1楼2024-07-02 14:17回复
    风圈对盘旋的影响
    风圈在风力作用下向后扭动,形成类似风扇扇页的形状,使得盘鹰向风圈向后扭动更小的一侧旋转。以向左飞打右盘,放飞左右两翼风圈对称的盘鹰为例讨论。
    * 开始打盘阶段,远端风圈(左翼)受力更大,呈现被向上抬起的姿态,达成类似压右抬左,有利于右盘的趋势:类似风扇扇页右翼后缘向下,受风后顺时针旋转。
    * 加力打盘过程中,如果打盘力度足够,左翼风圈抬起程度会进一步加大,从而增强右旋趋势。
    * 加力打盘结束,滑翔状态中两风圈逐渐回弹至原始角度,趋于一致,在惯性作用下继续盘旋一段时间。无人工干预情况下,可螺旋式滑翔至地面。
    * 特殊情况:如果左翼风圈后缘下压过大,即使打盘加力仍然无法高于右翼风圈,就会阻挡顺时针趋势,导致无法顺时针向右旋转。这种情况下通常仍可完成调头横飞动作,向右横飞后再打左盘,实现向左盘旋。


    IP属地:北京来自Android客户端2楼2024-07-03 14:35
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