本實(shí)用新型涉及一種紙飛機(jī)，具體來講是一種適合戶外飛行的長時間滯空紙飛機(jī)。

背景技術(shù)：

申請人在紙飛機(jī)教學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，紙飛機(jī)的滯空時間和飛行品質(zhì)是孩子們最注重的的兩大指標(biāo)，直接決定紙飛機(jī)放飛的趣味性。紙飛機(jī)滯空時間越長，飛行越平穩(wěn)，則越受歡迎，也意味著越具有商業(yè)價值。

申請人曾參加過世界紙飛機(jī)大賽，在奧地利決賽中，大多數(shù)滯空賽選手的成績均在3-6秒之間，而最終的冠軍是11.66秒，在我們國家舉辦的全國紙飛機(jī)大賽中，絕大多數(shù)飛機(jī)的滯空時間為2-5秒。根據(jù)申請人的分析，其原因是紙飛機(jī)絕大多數(shù)都是三角翼形結(jié)構(gòu)，前半部分偏重，選手為了飛得更久，把機(jī)翼折的很大，這導(dǎo)致飛機(jī)的重心靠前而升力中心靠后，飛機(jī)滑翔時不平衡，在一定迎角下，飛機(jī)難以改出，失速后掉下來或者盤旋時側(cè)翻下來，所以滯空時間都很短。為了解決這個問題，申請人依據(jù)空氣動力學(xué)原理，設(shè)計(jì)了一種新穎的長時間滯空紙飛機(jī)，而且適合戶外飛行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種適合戶外飛行的長時間滯空的紙飛機(jī)。

本實(shí)用新型專利是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種適合戶外飛行的長時滯空紙飛機(jī)，紙飛機(jī)由整張紙按照順序折疊而成，包括中置機(jī)身和對稱分布在機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼，機(jī)身為長條V型，機(jī)翼為一對前緣后掠、后緣平直的機(jī)翼，并且機(jī)翼的翼身沿機(jī)身長度方向水平鋪展至全身，機(jī)翼的兩側(cè)翼緣分布有一對上垂直小翼，機(jī)翼的后緣設(shè)有一對上翻的襟翼。

本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：

進(jìn)一步的，襟翼的寬度小于機(jī)翼后緣的寬度。

進(jìn)一步的，機(jī)翼加厚，重量加大，飛機(jī)的重心較靠前，而升力中心靠后，飛機(jī)不平衡，如果不配平，容易栽頭。襟翼上翻進(jìn)行配平，襟翼的上翻角為10°- 45°。

進(jìn)一步的，要想獲得理想的滑翔能力，最直接有效的辦法是借鑒滑翔機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)典的滑翔機(jī)機(jī)翼都是大展弦比結(jié)構(gòu)，即機(jī)翼窄而長，展弦比的公式為：展弦比=翼展的平方/機(jī)翼面積，即A=b2/S，本機(jī)展弦比為：22.32/160.8=3.09，由于紙飛機(jī)受到紙張材質(zhì)特點(diǎn)的限制，這種展弦比已經(jīng)接近紙飛機(jī)的上限。在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，盡量提升機(jī)翼總面積，降低翼載荷，簡而言之是使其機(jī)翼面積大，機(jī)身重量輕，因?yàn)樯蜋C(jī)翼面積成正比。

進(jìn)一步的，在實(shí)現(xiàn)滑翔性能目標(biāo)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升飛行穩(wěn)定性，還采用可變上反角加翼梢小翼提升其側(cè)向穩(wěn)定性。利用紙張彈性，在投擲時，捏緊機(jī)柄，使其擁有較大上反角擲出，爬升時，由于紙張彈性、機(jī)翼上反角會逐漸減小，到失速時變成水平，可以使其爬升時更穩(wěn)，滑翔時升力更大，滑翔時間更長。機(jī)翼的上反角度數(shù)為0°-30°；

進(jìn)一步的，為了達(dá)到慢速飛行的設(shè)計(jì)目的，機(jī)翼前緣采用22°小后掠角，機(jī)翼前緣后掠角對飛機(jī)飛行阻力存在顯著影響，玩過紙飛機(jī)的人都知道，機(jī)頭尖，機(jī)身修長的飛機(jī)飛的快，這是因?yàn)檫@種飛機(jī)的機(jī)翼后掠角大，阻力小，所以飛得快。反之，機(jī)翼越平，阻力越大，22°的前緣后掠角，使其阻力比一般三角翼形飛機(jī)要大，阻力加大產(chǎn)生的影響就是在爬升階段，飛行雖然不是特別高，但在滑翔階段卻能飛得非常慢。

適中的阻力是滯空飛機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵，阻力過大，爬升高度有限，勢能不足，不利于長時間滑翔，阻力太小，飛行速度過快，也不能達(dá)到長時間滯空的效果，采用22°后掠角，比常見的三角形紙飛機(jī)明顯小，產(chǎn)生的阻力很適中，決定了“中等高度，慢速飛行”的飛行特點(diǎn)。

進(jìn)一步的，翼展越長，其升力力臂越長，爬升時產(chǎn)生的扭曲力矩越大，為了克服扭曲力矩，這需要機(jī)翼保持很大的剛度，在制作時我們對機(jī)翼的前緣進(jìn)行多層卷折將機(jī)翼加厚，這種折法有效地解決了扭曲力矩問題。

進(jìn)一步的，要想實(shí)現(xiàn)長時間滯空，還需要飛機(jī)升力大，盤旋能力強(qiáng)，才能實(shí)現(xiàn)“多圈”盤旋的設(shè)計(jì)目標(biāo)。升力的公式：升力=1/2ρV2Sc，ρ為空氣密度，v為速度，S為機(jī)翼面積，C為升力系數(shù)。無動力飛機(jī)對升力影響最顯著的是機(jī)翼面積，本機(jī)采用小翼載設(shè)計(jì)——平均翼載為0.0233克/cm2，接近于紙飛機(jī)翼載的下限值。紙飛機(jī)的翼載在一定的范圍內(nèi)才能手?jǐn)S放飛，若太大則阻力也大，投不高，也不穩(wěn)定，太小則不滑翔，無動力飛機(jī)設(shè)計(jì)都會遵循這一原理。通俗的說，就是機(jī)身輕，面積大，更容易長時間滑翔。小翼載使其保持良好的滑翔能力，在中等高度條件下，必須多圈盤旋才能長時間滯空。紙飛機(jī)受限于紙張規(guī)格、剛度和手?jǐn)S推力，不能像真滑翔機(jī)那樣最大限度地減小翼載，相反，翼載過小，紙飛機(jī)很容易失衡，在兼顧飛行穩(wěn)定的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本機(jī)的翼載為0.0233克/厘米2，這個數(shù)值接近紙飛機(jī)合理翼載的下限。

本實(shí)用新型的有益效果為：1.大展弦比，小后掠角，小翼載，無尾飛翼式氣動布局，使得滯空時間長，玩耍趣味性好；2.襟翼上翻進(jìn)行配平；機(jī)翼前緣適度后掠；可變上反角；平滑機(jī)身，有限減阻，使得穩(wěn)定性好，適合戶外放飛，受到廣大小朋友的喜愛。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：機(jī)身1，機(jī)翼2，上垂直尾翼3，襟翼4。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于了解，現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型專利是如何實(shí)施的：

一種適合戶外飛行的長時滯空紙飛機(jī)，紙飛機(jī)由整張紙按照順序折疊而成，包括中置機(jī)身1和對稱分布在機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼2，機(jī)身1為長條V型，機(jī)翼2為一對前緣后掠、后緣平直的機(jī)翼，并且機(jī)翼2的翼身沿機(jī)身長度方向水平鋪展至全身，機(jī)翼2的兩側(cè)翼緣分布有一對上垂直尾翼3，機(jī)翼2的后緣設(shè)有一對上翻的襟翼4。

設(shè)計(jì)方案詳解：

要想獲得理想的滑翔能力，最直接有效的辦法是借鑒滑翔機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)典的滑翔機(jī)機(jī)翼都是大展弦比結(jié)構(gòu)，即機(jī)翼窄而長，展弦比的公式為：展弦比=翼展的平方/機(jī)翼面積，即A=b2/S，本機(jī)展弦比為：22.32/160.8=3.09，由于紙飛機(jī)受到紙張材質(zhì)特點(diǎn)的限制，這種展弦比已經(jīng)接近紙飛機(jī)的上限。

在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，盡量提升機(jī)翼總面積，降低翼載荷，簡而言之是使其機(jī)翼面積大，機(jī)身重量輕，因?yàn)樯蜋C(jī)翼面積成正比。

然而，要想實(shí)現(xiàn)長時間滯空，還需要飛機(jī)升力大，盤旋能力強(qiáng)，才能實(shí)現(xiàn)“多圈”盤旋的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

升力的公式：升力=1/2ρV2Sc，ρ為空氣密度，v為速度，S為機(jī)翼面積，C為升力系數(shù)。無動力飛機(jī)對升力影響最顯著的是機(jī)翼面積，本機(jī)采用小翼載設(shè)計(jì)——平均翼載為0.0233克/cm2，接近于紙飛機(jī)翼載的下限值。紙飛機(jī)的翼載在一定的范圍內(nèi)才能手?jǐn)S放飛，若太大則阻力也大，投不高，也不穩(wěn)定，太小則不滑翔，無動力飛機(jī)設(shè)計(jì)都會遵循這一原理。

通俗的說，就是機(jī)身輕，面積大，更容易長時間滑翔。小翼載使其保持良好的滑翔能力，在中等高度條件下，必須多圈盤旋才能長時間滯空。

紙飛機(jī)受限于紙張規(guī)格、剛度和手?jǐn)S推力，不能像真滑翔機(jī)那樣最大限度地減小翼載，相反，翼載過小，紙飛機(jī)很容易失衡，在兼顧飛行穩(wěn)定的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本機(jī)的翼載為0.0233克/厘米2，這個數(shù)值接近紙飛機(jī)合理翼載的下限。

大展弦比，小翼載，奠定了滑翔能力的基礎(chǔ)，這意味著它不需要大推力投擲也能具備良好的滑翔能力。

然而翼展越長，其升力力臂越長，爬升時產(chǎn)生的扭曲力矩越大，為了克服扭曲力矩，這需要機(jī)翼保持很大的剛度，在制作時我們進(jìn)行多層卷折將機(jī)翼加厚，這種折法有效地解決了扭曲力矩問題。

但是，機(jī)翼加厚，重量加大，飛機(jī)的重心較靠前，而升力中心靠后，飛機(jī)不平衡，如果不配平，容易栽頭。

現(xiàn)實(shí)中的飛翼式飛機(jī)也有這樣的問題，飛翼式飛機(jī)通常的做法是采用襟翼上翻，產(chǎn)生抬頭力矩，使升力中心前移從而與重心重合，美國著名B2轟炸機(jī)也是通過這種方式實(shí)現(xiàn)飛行平衡的，本機(jī)采用這種方案，將襟翼上翻到適當(dāng)角度進(jìn)行配平。這種設(shè)計(jì)達(dá)到理想的效果，即使在大迎角失速的狀態(tài)下，飛機(jī)也能夠順利改出進(jìn)入滑翔，大大降低了對投擲技巧的要求。適合各年齡段的小朋友玩耍。

為了達(dá)到慢速飛行的設(shè)計(jì)目的，機(jī)翼采用22°小后掠角，機(jī)翼前緣后掠角對飛機(jī)飛行阻力存在顯著影響，玩過紙飛機(jī)的人都知道，機(jī)頭尖，機(jī)身修長的飛機(jī)飛的快，這是因?yàn)檫@種飛機(jī)的機(jī)翼后掠角大，阻力小，所以飛得快。反之，機(jī)翼越平，阻力越大，22°的前緣后掠角，使其阻力比一般三角形飛機(jī)要大，阻力加大產(chǎn)生的影響就是在爬升階段，飛行并不特別高，但在滑翔階段卻能慢速滑翔。

適中的阻力是滯空飛機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵，阻力過大，爬升高度有限，勢能不足，不利于長時間滑翔，阻力太小，飛行速度過快，也不能達(dá)到長時間滯空的效果，采用22°后掠角，比經(jīng)典的滑翔機(jī)后掠角大，卻比常見的三角形紙飛機(jī)明顯小，這種阻力很適中，決定了“中等高度，慢速飛行”的飛行特點(diǎn)。

讓紙飛機(jī)盤旋，實(shí)際上是盡量降低其航向穩(wěn)定性。影響其盤旋能力的最主要指標(biāo)是機(jī)身長寬比，長寬比越大，越不容易盤旋，長寬比越小，越容易盤旋。本機(jī)采用“大展弦比無尾式”布局，其機(jī)身長度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)經(jīng)典滑翔機(jī)，相當(dāng)于把滑翔機(jī)機(jī)翼后面部分全部去掉，所以長寬比更小，更容易盤旋，在實(shí)際飛行中，一般能夠盤旋三至五圈。“船小好調(diào)頭”其實(shí)是指船身越短，越容易調(diào)頭，其原理一致。

在實(shí)現(xiàn)滑翔性能目標(biāo)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升飛行穩(wěn)定性，還采用可變上反角加翼梢小翼提升其側(cè)向穩(wěn)定性。利用紙張彈性，在投擲時，捏緊機(jī)柄，使其擁有較大上反角擲出，爬升時，紙張彈性使得上反角逐漸變小，到失速時，變成接近水平，可以使其爬升時更穩(wěn)，滑翔時升力更大，滑翔時間更長。

滯空時間測試（單位：秒）：戶外北風(fēng)3-4級，投擲方向任意。

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注：第一組和第二組均為成年男子投擲所得數(shù)據(jù)，第三組為成年女子投擲所得數(shù)據(jù)，不難看出，這么長的滯空時間已經(jīng)遠(yuǎn)超普通紙飛機(jī)3-6秒的滯空時間。

由于設(shè)計(jì)科學(xué)合理，本發(fā)明獲得明顯優(yōu)于普通紙飛機(jī)的滯空時間，成品飛機(jī)直接作為商品銷售，受到廣大親子機(jī)構(gòu)和紙飛機(jī)愛好者的歡迎。