纸飞机如何稳定滑行？解析背后空气动力学效应

一张纸在空中落下会毫无轨迹地飘动，但一架精美纸飞机却会平稳滑行，尽管它的结构看起来很简单，背后空气动力学却出奇复杂，与传统飞机完全不同。

没有人知道谁发明了第一架纸飞机，但要物理学家认真回答纸飞机如何平稳滑翔远非易事，因为纸飞机维持水平飞行的空气动力学与传统飞机的稳定方法大不相同。

虽然科学家在空气动力学领域的认知已大幅进步，纸飞机如果折叠得当也可以滑翔很长距离，但显然还没有一个好的数学模型来预测它们的飞行轨迹，纽约大学团队于是进行了一系列纸飞机实验，并开发数学模型来预测纸飞机飞行稳定性。

研究人员指出，滑翔成功关键在于重心必须位于“恰到好处”的位置，对纸飞机来说，气动力或压力中心会随飞行角度产生变化；具体来说，如果质心稍微偏移，纸飞机就会发生类似翻滚的剧烈行为；如果重量太偏某侧，纸飞机也会迅速下坠。

但在这两者之间，质心有个“最佳位置”可以提供稳定滑行，当质心处于最佳位置，飞机向上移动后，机翼的空气动力学会将机翼向下推；如果飞机向下移动，空气动力则将机翼推回原处，我们可通过将纸飞机前缘折叠多次或添加回纹针来实现这项关键，成为纸飞机稳定飞行秘诀。

这种压力中心之动态变化似乎是扁平机翼的独特特性，不会出现在传统飞机机翼，后者的压力中心于飞行过程维持固定，这也是为什么传统飞机需要一个尾翼作为稳定器，但纸飞机只需要一个既能提供升力又能提供稳定性的主翼就可翱翔。

该论文于2022年3月发布在《Journal of Fluid Mechanics》期刊。

（首图来源：pixabay）