李約 黃晨璐

◆摘? 要：通過對紙飛機的研究，我們可以得出好多有趣的結論，可以應用在工業(yè)開發(fā)上。

◆關鍵詞：康達效應;工業(yè);開發(fā)

近年來我國空氣動力學蓬勃發(fā)展，制造出了國產(chǎn)大飛機C919等，令人矚目的科技成就。筆者決心順應時代潮流為國家做出貢獻，于是從日常生活中的小現(xiàn)象開始探究，以期可以為我國工業(yè)發(fā)展做出貢獻。

通過筆者的實驗，在紙飛機飛行過程中，發(fā)現(xiàn)了許多空氣動力學經(jīng)典現(xiàn)象，其中部分現(xiàn)象或許可以運用在工業(yè)中。

一、實驗數(shù)據(jù)的陳列以及初步分析結論

在寫作本文時筆者做了幾方面的實驗，下文中將逐一說明，另本實驗數(shù)據(jù)均是經(jīng)過多次實驗取平均值得出，本段只是初步分析結論，并不分析原理。

第一個實驗是關于紙飛機水平位移與發(fā)射角度的關系。

通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，我們可以非常清晰的看到水平位移隨角度的變大先增大后減小，在約12°左右達到最大值。

第二個實驗是關于紙飛機最高位移和發(fā)射角度的關系。

實驗中可以看出最高位移與發(fā)射角度依舊呈發(fā)射角度增大，最高位移先增大后減小的關系 ，且30°左右達到最高值。

第三個實驗是滑翔率與發(fā)射角度的關系。

本次實驗中，干擾因素較多，難以做出理想狀態(tài)，但任可以得出些許初步結論，將在后文中分析。

最后一個實驗數(shù)據(jù)難以測量，于是沒有記錄，但通過觀察發(fā)現(xiàn)了些現(xiàn)象，筆者發(fā)現(xiàn)在實驗過程中，在發(fā)射力度相同時，使用機翼大小不同的飛機，速度不同，且大致為機翼越小速度越快，機翼越大速度越慢。由于飛機使用相同紙質，且用量相同。可認為質量相同，排除質量干擾。于是使用相同紙質，不同張數(shù)及折疊方法，但基本上任保持外形相同。發(fā)現(xiàn)舉升面重力占整體重力比例越大，飛機飛的更慢，但與之相對的是飛的更加穩(wěn)定。

二、實驗結論分析及原理推測

在第一個實驗中，水平位移與發(fā)射角度之間的關系，我們可以看到水平位移隨發(fā)射角度增大先增大后減小。在12°到達最大值。通過高中物理中斜拋運動相似模型分析，理論上如果忽略空氣阻力，視紙飛機為質點。水平位移確實應該是先增大后減小，但理論上應該是45度的時候達到水平位移最大值。但是本試驗經(jīng)多次測量，卻是在12°時達到最大值。這顯然是加入了空氣阻力影響。通過我們在空氣動力學中康達效應的學習（康達效應（Coanda Effect）亦稱附壁作用或柯恩達效應。流體（水流或氣流）有偏離原本流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時（也可以說是流體粘性），只要曲率不大，流體就會順著該物體表面流動）我們知道流體會附著在曲面表面上進行運動，機翼帶有弧度，這個弧度，會使飛行器獲得升力

根據(jù)牛頓第三定律分析可知，當飛機給空氣一個向下的力時，空氣將會給飛機一個向上的升力。

而在本實驗中，在角度較小時與上述模型相似，而角度增大到12度以上時，上述模型將不再適用，轉而變?yōu)橐韵履Ｐ汀?/p>

在此模型中，我們可以觀察到當空氣流過機翼上表面時，由于偏轉角度過大，流體將無法繼續(xù)沿著機翼表面進行運動，于是會在機翼后方形成一個小的氣旋。機翼隨之失去升力，所以我們觀測到在12到15度以后，飛機水平位移急速下降，在實驗錄像中，這現(xiàn)象尤為明顯，基本飛出以后機頭就會快速向地下落。

在第二個實驗當中，隨著發(fā)射角度的增大，最高位移先增大后減小。理論上若是忽略空氣阻力等因素的影響，在相同速度發(fā)射時，90°發(fā)射上升高度應為最高，但是在實驗當中發(fā)現(xiàn)30°卻是上升最高。關于這點筆者進行邏輯分析，并通過觀看實驗錄像，初步確定原因。首先在0°～30°時，隨著機頭角度的抬升，迎風面水平投影面積增大，使升力增大（升力=1/2*空氣密度*速度的平方*機翼面積*機翼升力系數(shù)）自然飛得更高。

在30度以后，已經(jīng)是機翼背面迎風，升力減小。同時機翼上表面，被來自后方的風吹到，機頭會被向下壓 ，導致爬升高度降低。此現(xiàn)象在接近90度尤為嚴重，基本上升一小段距離機頭就會被下壓。

第三個實驗中，我們可以看到滑翔率隨著發(fā)射角度的升高，波動下降。筆者經(jīng)過邏輯分析，認為原因應該是翼尖機翼下表面處空氣能繞過翼尖逃逸到上表面。從而降低翼尖處上下表面壓力差，減小了升力。另，從前方看翼尖的空氣的沿環(huán)形軌道運動，形成一個渦，相當于向下推機翼，導致滑翔率降低，且上述現(xiàn)象隨發(fā)射角度增大變嚴重。

最后一個實驗，筆者才疏學淺，暫時無法解釋，只能找到規(guī)律，無法說明原理。

以上原理分析，均是筆者通過實驗數(shù)據(jù)，以及合理邏輯分析。推導出來的，若有缺漏或錯誤，歡迎指正。

三、關于實驗結論工業(yè)應用以及生活應用設想

通過本實驗，筆者發(fā)現(xiàn)在汽車工業(yè)中我們可以通過減少擋風玻璃和水平面的夾角來減小風阻，加快汽車速度。在飛機工業(yè)中，我們可以對戰(zhàn)斗機機翼進行改小，從而提高其飛行的速度，增加機動性。

在創(chuàng)作過程中，非常感謝陳平老師對筆者的指導，外出實驗的經(jīng)歷也讓筆者受益良多，鍛煉了筆者的思維能力以及實際操作能力。

指導老師：陳平