Szybowiec i papierowy samolot działają na tej samej zasadzie: zamieniają jakąkolwiek energię potencjalną (wysokość), którą mają, na energię kinetyczną (prędkość) wymaganą do utrzymania ruchu powietrza nad skrzydłami, tak aby wytwarzały siłę nośną, dając stabilne, kontrolowane opadanie (szybowanie).
W obu przypadkach płat nie przeciągnie się, dopóki nie przekroczy krytycznego kąta natarcia, który jest niezależny od prędkości lotu. Możesz kontynuować lot (z nie utkniętym skrzydłem i nie wytwarzającym siły nośnej), o ile nadal masz wysokość, aby wymienić tę prędkość, a jeśli zrobisz to dobrze, w końcu zabraknie Ci wysokości i prędkości dość blisko ziemi, gdzie możesz mieć miękkie lądowanie przy prędkości, przy której samolot nie jest uszkodzony. Miejmy nadzieję, że w przypadku załogowego szybowca dzieje się tak na pasie startowym, gdzie możesz wziąć kolejny samolot holowniczy, który zabierze Cię ponownie.

Oba samoloty mogą wydłużyć czas lotu, znajdując inne źródła windy - termika, winda kalenicowa, itp. - w celu przeniesienia pojazdu na większą wysokość, dostarczając więcej energii potencjalnej. Szybowce są w tym lepsze z jednego ważnego powodu: mają pilota , który może dłużej utrzymywać samolot w obszarze wznoszącego się powietrza, aby uzyskać jak największą wysokość.

Papierowy samolot można podobnie zmusić do lotu przez dłuższy okres czasu, jeśli ma się odpowiednie źródło siły nośnej (równe lub przekraczające jego minimalne tempo opadania). Jest dość słynne wideo przedstawiające "papierowy samolot nieskończoności", czyli papierowy samolot krążący nad elektryczną płytą kuchenną, ale zepsuje to dla ciebie i powiem, że to mistyfikacja (ogólny konsensus jest taki, że samolot był na sznurku ).
Ten jednak można dość łatwo odtworzyć: Wynik jest bardziej podobny do helikoptera w autorotacji lub autogyro w locie niż tradycyjny szybowiec ze stałym skrzydłem, ale jest to dobra demonstracja stosowanych zasad.

Podstawowa różnica między szybowcem a papierowym samolotem polega na tym, że większość samolotów z papieru złożonego ma bardzo złą aerodynamikę.

Większość samolotów z papieru złożonego ma krótkie, grube skrzydła. To samo w sobie sprawia, że ​​jest bardzo przeciągający. Idealne skrzydło z absolutnie minimalnym oporem ma rozpiętość skrzydeł nieskończoności. Oczywiście nie jest możliwe zbudowanie tego idealnego skrzydła (nie mamy nieskończonej liczby atomów we wszechświecie). Ale ogólnie rzecz biorąc, wszystko inne jest równe, im większa rozpiętość skrzydeł, tym mniejszy opór.

Po drugie, papierowe samoloty mają bardzo kiepskie profile w porównaniu do prawdziwych szybowców. Nie są to nawet płaskie płyty (co w rzeczywistości byłoby całkiem dobrym profilem na numerze Reynoldsa, na którym latają). Fałdy zwykle powodują nierówną grubość płata, nadając mu kształt nieco klina. To powoduje duży opór.

Na koniec wspomniałeś, że papierowe samoloty, do których latasz, zwykle tracą prędkość i przeciągają się. Przeciągnięcie zdecydowanie skraca czas ślizgu. Przeciąganie powoduje marnowanie energii. Płynny poślizg będzie miał tendencję do dłuższego utrzymywania się w górze. Prawdziwy szybowiec jest tak dostosowany, aby szybował płynnie i nie przeciągał się.

Zabawkowe szybowce nie muszą cierpieć na słabości papierowych samolotów. Dobry zabawkowy szybowiec powinien być w stanie latać średnio przez co najmniej 10 sekund na lot (lub co najmniej 3 sekundy, jeśli wyrzucisz go poziomo zamiast w górę). Naprawdę dobrze zaprojektowane zabawkowe szybowce mogą latać dłużej niż 20 sekund, a szybowce wyścigowe powinny być w stanie latać przez około 1 minutę.

Jeśli nigdy nie widziałeś balsy latającej, zanim pomyślałeś, że lata na bardzo długi czas. Oto jeden przykład (to wideo wprowadziło mnie do ręcznych szybowców):

Rekord świata dla szybowców ręcznie startowanych to prawie 2 minuty:

Te szybowce latają dłużej niż typowe papierowe samoloty, ponieważ są dobrze zaprojektowane i aerodynamiczne bardziej wydajny. Zwróć uwagę, że większość tych szybowców balsy (w tym szybowiec rekordu świata) ma niedoskonałe płaty z gałkami ocznymi. Czasami są nawet trójkątne lub mają tylko fazowane krawędzie przednią i tylną. Dlatego płat nie jest tak ważny, jak projekt, trym i wyważenie (CG) samolotu.

Papierowe samoloty nie muszą być zasysane. Oto fragment rekordu świata (czasu trwania) lotu papierowego samolotu:

Kluczowe wnioski są więc :

1. Zrównaj swój samolot (dostosuj CG). Dotyczy to samolotów papierowych, samolotów RC, a nawet prawdziwych samolotów wszystkich rozmiarów. Zły CG to główny powód, dla którego samoloty się przeciągają. Istnieją formuły i praktyczne zasady, aby obliczyć prawidłowe CG dla twojego samolotu, ale w przypadku papierowego samolotu sugerowałbym po prostu eksperymentowanie z dodawaniem i usuwaniem ciężaru nosa (to jest to, co ludzie robią z szybowcami balsy).

2. Zmniejsz opór. W przypadku samolotów papierowych można spróbować lepiej zagiąć fałdę, aby złożona część była jak najcieńsza. Szybowce mogą zwiększać rozpiętość skrzydeł i wybierać płaty o niskim oporze, aby zmniejszyć opór, ale nie ma to zastosowania do samolotów papierowych. Z drugiej strony istnieją papierowe szybowce, które mają stosunkowo duże rozpiętości skrzydeł (w porównaniu z typowymi papierowymi samolotami), które mogą bardzo dobrze szybować:

   . Ale to jest wejście do kategorii nożyczek i taśmy.

Aby samolot mógł latać, musisz dodawać energię. W samolocie z silnikiem energia jest głównie w postaci paliwa.

W szybowcu dodatkowa energia pochodzi z unoszenia powietrza. Piloci szybowcowi znajdą obszary wznoszącego się powietrza (mają przy tym czułe przyrządy) i okrążą ten obszar, aby zwiększyć wysokość. Gdy osiągną wystarczającą wysokość, polecą mniej więcej prostą linią do celu, zatrzymując się po drodze, aby ponownie okrążyć i zyskać większą wysokość.

Wznoszące się powietrze może pochodzić z „termiki” (ciepłe powietrze bulgotanie przez atmosferę), „podnoszenie kalenicy” (powietrze unoszące się w górę zbocza), „wyciąg falowy” (wytwarzany przez góry) i inne. Możesz przeczytać więcej o windach na Winda (szybowanie). Aby jak najlepiej wykorzystać każdy rodzaj wyciągu, wymagane są różne techniki latania.

Szybowiec i papierowy samolot są projektowane i obsługiwane na różne sposoby, co wpływa na ich charakterystykę przeciągnięcia.

• Oba statki powietrzne wymieniają jedną formę energii (energię potencjalną lub wysokość) w celu uzyskania innej (energia kinetyczna lub prędkość do przodu). Ogólnie rzecz biorąc, szybowce są w (kontrolowanym) opadaniu, chyba że napotkają termikę lub wznoszące się powietrze. To powoduje ich szybowanie. To samo dzieje się z każdym niezasilanym statkiem powietrznym; jednak szybowce mają dużo do pokonania wysokości w porównaniu do papierowych samolotów.
• Szybowce są zaprojektowane tak, aby były bardzo wydajne aerodynamicznie, z wyjątkowo wysokim współczynnikiem unoszenia do oporu, zwykle w zakresie 50: 1 albo więcej. Oznacza to, że mogą szybować na bardzo duże odległości, pozostawione samym sobie. Papierowe samoloty nie są takie. Jednak przy odpowiednim zaprojektowaniu mogą latać dłużej.
• Szybowcami zwykle latają (wprawni) piloci, którzy wiedzą, jak znaleźć i wykorzystać wyżej wymienione termiki, prądy powietrza w górę itp. co pomaga w zwiększaniu wysokości i dłuższym utrzymywaniu samolotu w powietrzu.
• Większość szybowców jest wyjątkowo stabilna w porównaniu z samolotami papierowymi (które zwykle mają tylko skrzydło i nie mają stabilizatora), co zapobiega ich przeciągnięciu podczas pozostawiony sam. W rzeczywistości w przypadku niektórych szybowców najlepszym sposobem na odzyskanie kontroli jest zwolnienie elementów sterujących. Zasadniczo oznacza to, że szybowiec powraca do lotu poziomego, gdy nie są podawane żadne sygnały sterujące.

Porównujesz 2 różne rzeczy, papierowy samolot i szybowiec. Szybowce wykorzystują pogodę, aby zwiększyć wysokość i utrzymać lot. Samoloty z papieru nie doświadczają takich samych zjawisk pogodowych jak szybowce. I oczywiście brakuje im powierzchni pilota i powierzchni kontrolnych.

Wikipedia wspomina 4 sposoby na zdobycie energii:

• Termiki (gdzie powietrze unosi się ze względu na upał),
• Podniesienie kalenicy, gdzie powietrze jest wypychane w górę przez zbocze,
• Podnoszenie fal, gdzie góra wytwarza falę stojącą,
• Konwergencja , gdzie spotykają się dwie masy powietrza

Od momentu zwolnienia holownika lub wyciągarki szybowiec zaczyna opadać. Gdyby atmosfera była całkowicie nieruchoma, oprócz wymiany prędkości na wysokość, wkrótce będzie musiała wylądować.

Szybowce są zaprojektowane z bardzo wysokim współczynnikiem podnoszenia / oporu. 40: 1, 50: 1 nawet 60: 1 lub więcej. Z tego powodu pozostają w powietrzu przez długi czas, a także ich zdolność do wykorzystywania, a także umiejętności pilotów w odnajdywaniu termicznych i wznoszących się prądów powietrza spowodowanych turbulencjami na grzbietach, górach itp.

Papierowe samoloty mają całkowicie inny projekt (nie mogłeś zbudować szybowca takiego jak ten, który pokazujesz z papieru) i może latać znacznie dłużej niż kilka sekund.

Wiele osób wspomniało o różnicy w kształcie skrzydeł i płatów. Ale nawet jeśli po prostu zmniejszysz rozmiar prawdziwego szybowca do 5 cm rozpiętości skrzydeł, nie będzie on latał tak dobrze, jak duży.

Liczba Reynoldsa dla samolotu małej skali to bardzo mały i lepki opór staje się duży. Turbulencja nie będzie wystarczająco silna, aby zapobiec separacji przepływu pod kątami natarcia, które nadal są odpowiednie dla rzeczywistej płaszczyzny, ponieważ laminarna warstwa graniczna jest bardziej podatna na separację. Separacja znacznie zmniejsza generowaną siłę nośną i może prowadzić do przeciągnięcia.

Nie oznacza to, że papierowy samolot zawsze się zatrzyma, ale musisz uważać na kąt natarcia i bawić się środkiem ciężkości.

Małe modele muszą wykorzystywać specjalne profile o niskiej liczbie Reynoldsa, ale nigdy nie będą tak wydajne jak większe szybowce, ponieważ opór tarcia skóry jest tak ważny. Nawet typowe modele szybowców sterowane radiowo są zwykle znacznie większe niż typowe samoloty papierowe.

Zasadniczo, aerodynamiczny kształt i kształt skrzydła wraz z siłą windy współpracują ze sobą, aby utrzymać szybowiec w górze przez długi czas.

Tak czy inaczej, latający obiekt musi wypychać w powietrze, aby dalej latać. Biorąc pod uwagę, że powietrze jest płynne, musimy dokonać zmiany pędu powietrza przynajmniej tak dużej, jak waga samolotu. Teraz:

• siła = różnica w (masa * prędkość)

Ale zmiana energii potrzebna do zrobienia tego sama przebiega następująco

• zmiana energii = zmiana w (masa * prędkość kwadratowa)

Aby lot był efektywny, chcemy pchnąć w dół dużą masę powietrza z niewielką zmianą prędkości pionowej, a nie z małą masą powietrza o dużej prędkości.

Szybowce, z ich długimi, chudymi skrzydłami, są zoptymalizowane do tego: latają stosunkowo wolno, przechwytując stosunkowo dużą masę powietrza i delikatnie go spychając.

Z drugiej strony pionowe odrzutowce, takie jak Harrier, muszą przyjąć odwrotne podejście. Muszą latać szybko, więc w zawisie bardzo szybko spychają stosunkowo niewielką masę powietrza. Jest to strasznie nieefektywne, więc Harrier nie może unosić się w powietrzu przez bardzo długi czas, zanim jego paliwo się wyczerpie.

Oprócz tego szybowiec jest stosunkowo lekki, ponieważ nie musi przewozić paliwa ani silnika. Jest również gładka i śliska, jak to tylko możliwe, aby zmniejszyć opór powietrza.

Inni już wspominali o wykorzystaniu pogody do dłuższego utrzymywania szybowca na powierzchni.

Myślę, że pytasz: „Jak działają skrzydła?”

Skrzydła samolotu są wzorowane na tym, co widzieliśmy w naturze. Podstawowym kształtem jest to, że skrzydło jest płaskie na dole i zakrzywione na górze. Ta krzywa jest podobna do krzywizny znajdującej się na części jaja, przy czym większość szerokości znajduje się przed skrzydłem. (Możesz wygooglować bardziej zoptymalizowane kształty.)

Ruch do przodu będzie kompresował powietrze nad czołową częścią skrzydła, ale będzie również powodował pewne opory. Kolejna część skrzydła powoli zmniejsza się do krawędzi spływu. Ta część skrzydła to obszar, w którym znajduje się ujemna przestrzeń powietrzna (winda). To jest ta negatywna przestrzeń, na której polegają wszystkie samoloty. Z tego podstawowego kształtu korzystają również łopaty helikoptera i śmigła silnika.

Początkowym napędem szybowców jest holowanie, ale później ich napęd opiera się na grawitacji i nośności tworzonej przez kształt skrzydła, a nie tylko na pomocy pogodowej.

Dla porównania [bez używając specjalistycznych narzędzi pomiarowych lub wchodząc w bardziej zaawansowane wyjaśnienia matematyczne, płaskość] papierowego samolotu ma [tylko nieznaczną] siłę nośną [w porównaniu ze zoptymalizowanym skrzydłem lub skrzydłem wykonanym przez człowieka w naturze] i polega wyłącznie na tobie w zakresie jednorazowego napędu [chyba że masz szczęście znaleźć kratkę wydechową lub coś podobnego do przelotu].

Powód, dla którego szybowiec może utrzymać się w górze, jest taki, że pilot jest tam, aby odczytywać pogodę i teren oraz kierować samolotem wzdłuż obszarów i linii podnoszenia.