首先,分析一下影响升力的因素。盘鹰升力的大小,用升力公式(见图一)可以计算出来。从升力公式得知,影响升力的因素有盘鹰的面积、飞行速度、空气密度和升力系数。式中Y代表升力,
X代表阻力, ρ代表空气密度,CY代表升力系数。
1、面积对升力的影响:盘鹰产生升力的面积,主要指翅膀的面积。其次,鹰尾和鹰身的面积也能产生一部分升力。从升力公式可以看出,在其它因素不变的情况下,
盘鹰的面积大, 升力就大; 面积小,
升力就小,面积与升力成正比。为保证足够的升力来克服重力,一般重量大的盘鹰要相应地增大面积,重量轻的盘鹰可相应地减小面积。如果重量大而面积小,
升力不足以支撑重力, 盘鹰不堪重负(载荷过大),肯定飞不好。即便勉强能飞, 盘鹰不易爬高, 下滑速度过快。如果重量小而面积大,
只要盘鹰的骨架坚挺而不软弱, 飞行性能就会提高。当然, 面积过大、结构过软,骨架易损, 携带不便,
操纵的灵活性也差。我们在制作盘鹰时, 应依据自己放飞的需要, 在保证强度、不失美观的情况下,选用轻而结实、容易加工的材质,
尽量加大面积,特别是翅膀的面积, 从而增大升力, 提高飞行性能。
2、速度对升力的影响: 这里所谓的速度,
是指盘鹰与空气作相对运动的速度,即空速,而不是地速(盘鹰与地标物作相对运动时的水平速度),也不是风速(空气水平流动的速度)。盘鹰在盘旋一周的过程中,处于顺风、侧风和逆风的变化之中。在无牵引的盘旋下降中,空速不因风速、风向的变化而变化,而地速会因风速、风向的变化而变化。例如,逆风飞行时地速=空速-风速,顺风飞行时地速=空速+风速。只有盘鹰在线绳的牵引下悬仃不动时,
空速才与风速相等。在其它因素不变的情况下, 速度大, 升力大; 速度小,
升力小。升力与速度的平方成正比,可见速度对升力的影响之大。但是,
我们制作盘鹰时,不能靠增大速度来增大升力,而是要调整好纵向平衡(俯仰平衡),保持正常的速度。这里需要指出的是,速度和迎角有绝大的关系。以盘鹰自由滑翔为例,每一个迎角都对应着一个速度,调整好迎角就调好了下滑速度。盘鹰做好之后,它就具有了一定的迎角或速度。检查迎角或速度是否正常,可以进行拉升试验,即将盘鹰用牵引线拉起,观察其上升和下降时的飞行状态。也可进行平推试验,即在无风或小顺风的情况下,将盘鹰高举过头,然后轻轻向前一推,观察其下滑状态。只要飞行状态稳定,爬高快而掉高慢,下滑距离远,留空时间长,就说明纵向平衡正常,
盘鹰的速度适宜。在牵引过程中,盘鹰的速度与当时的风速、风向和摇轮的快慢都有关系。在逆风情况下, 风速大, 摇轮快,上升速度就大;
风速小, 摇轮慢, 上升速度就小。盘鹰在失去牵引力下降时的速度, 由纵向平衡情况来决定, 与风速、风向无关。盘鹰做好之后,
盘鹰自身的纵向平衡就决定了相应的速度。我们在试飞时若发现上升时盘鹰仰角(盘鹰上升时纵轴与地平面的夹角)大, 摇轮吃力,爬升速度慢,
下降时俯角(盘鹰下滑时纵轴与地平面的夹角)小,速度慢, 上下点头甚至失速, 说明抬头力矩大于低头力矩,俗称 “头轻”,
可在头部增加重量、提线上(前)移、鹰尾角度下移或翅膀插库后移的方法加以调整,使偏小的速度增加到正常的速度。如果盘鹰上升时仰角小,摇轮无力,爬高慢,下降时俯角大,
速度大, 掉高快,甚至扎头不起, 说明低头力矩大于抬头力矩,俗称“头重”, 调整时与调整“头轻” 的方法相反。
3、空气密度对升力的影响:
空气密度是指单位容积内空气的多少。在其它因素不变的情况下,空气密度大,升力大;空气密度小,升力小,空气密度与升力成正比。空气密度与气温密切相关。气温越高,空气密度越低,升力越小;气温越低,空气密度越高,升力越大。由于冬季比夏季的气温低,空气密度大,升力也大;中午比早晚的气温高,空气密度小,升力就小。此外,空气密度与海拔高度也有关系。高度越低,空气越稠密,升力就越大;高度越高,空气越稀薄,升力就越小。譬如在海边放飞,就比在高山地区爬高快,掉高慢,滑翔性能好。由于在外场放飞时对空气密度无法选择或改变,所以懂得其理即可。
4、迎角对升力的影响:升力公式中的升力系数,主要表示迎角对升力的影响。盘鹰翅膀的迎角亦称冲角或攻角,是指翅膀的翼弦(翅膀前缘至后缘之间的连线)与相对气流之间的夹角,我们用肉眼很难确定迎角的大小。迎角不等于仰角(盘鹰上升时纵轴与地平面的夹角)或俯角(盘鹰下滑时纵轴与地平面的夹角),但可以通过直观的仰角和俯角来估计迎角的大小。也就是说,一般仰角大时迎角也大,仰角小时迎角也小;俯角大时迎角小,俯角小时迎角大。盘鹰的迎角在加速、减速和匀速下滑时各不相同。盘鹰在牵引上升时迎角很大,牵引减速后迎角减小,而在失去牵引力自由滑翔时迎角很小。下面所说的迎角,是指失去牵引力而匀速下滑时的迎角。在正常范围内,迎角大,升力大;迎角小,升力小。但是,迎角不是越大越好,不可任意增大。超出正常范围,迎角越大,升力反而锐减,阻力陡增,这个迎角叫临界迎角。超过临界迎角,盘鹰会仰头过高,速度减小,升力无法克服重力,盘鹰就会转入俯冲。当速度增大后又会上仰,接着又俯冲,这种现象就叫失速,是迎角过大造成的恶果。盘鹰的每一个迎角都对应着一个速度,每一个速度都对应着一个升阻比。其中,有个有利迎角,对应的速度叫有利速度。用这个速度飞行,升阻比最大,下滑距离最长,下滑角(飞行轨迹与地平面的夹角)最小。在无风时,升阻比K等于下滑距离L除以高度H所得的商数。譬如,升阻比是10,那么,高度1米就能下滑10米远。超过或小于有利迎角越多,
即速度小于或大于有利速度越多, 其升阻比越小, 下滑距离越短,
下滑角越大。所以,我们应将盘鹰调整到有利迎角来飞行。还有个迎角叫经济迎角,
其速度为经济速度。经济迎角比有利迎角略大,经济速度比有利速度略小。用这个速度飞行, 虽然升阻比不是最大,但下沉速度最小,
可获得最大的留空时间。我们一般不用这个迎角飞行, 只在延长留空时间时才用。以上所述都是理论概念,
我们在放飞时无法用肉眼看出迎角有多大,也无速度表测出速度是多少。我们只能通过拉升试验或平推试验来观察盘鹰的飞行状态,
判断迎角是否合适, 速度是否正常。只要盘鹰爬高快, 掉高慢, 下滑距离长, 状态又稳定, 那时的迎角就在有利迎角附近,
速度就接近于有利速度。
影响迎角的因素,有重心位置、提线位置、鹰尾的上下角度和翅膀的安装角等等。要把盘鹰的迎角调到有利迎角,使盘鹰用有利速度飞行,从而获得最大的升阻比,就要从以下几个方面进行调整。
调整重心位置:由于盘鹰制作者的需求不一,盘鹰的结构不同,盘鹰的重心位置也不尽相同。而调整重心位置是调整盘鹰迎角的首选方法,有加重法和减重法两种方法。经拉升试验或平推试验,如若飞行状态平稳,飞行性能良好,说明重心位置正常,无须调整。如若发现重心位置偏后造成迎角过大(“头轻”),可削减鹰尾重量或增加鹰头重量;如若发现重心位置偏前造成迎角过小(“头重”),可削减鹰头重量或增加鹰尾重量。由于盘鹰已经定型,蒙布已经糊好,若用减重法调整,尚需撕开蒙布颇为费事,而用加重法则比较方便,不利的是增加了盘鹰的载荷。调整重心位置以后,提线位置也应适当前移或后移。
调整提线位置:提线的前后位置只在盘鹰牵引过程中对迎角会有影晌,而在失去牵引力下降时没有影响。调整提线的前后位置先用静态平衡调整,一般将提线放在重心稍前一点的位置。这个位置如何确定?先将盘鹰面朝上举起,再用尖锐的东西顶住鹰身前胸的竖条上前后移动,当鹰头略微上仰时,所顶的那个点就是拴提线的最佳位置,也叫提线点。但鹰头上仰不可过高,过高则迎角过小。若鹰头低下也不好,那样会使迎角过大。拴好提线以后,就到场外做拉升试验。如果上升时爬高快、上升角(上升轨迹与地平面的夹角)大,飞行状态良好,说明提线位置正好,就不用再动。如果上升时仰角过大、摇轮吃力、爬升反而不快,说明提线位置偏后(下),应适当前(上)移。如果上升时仰角过小、摇轮无力、爬高不快,说明提线位置偏前(上),应适当后(下)移。如果静态平衡很好,但在动态飞行中状态不好,应以动态平衡为准,不应拘泥于静态平衡。特别在制作自然盘的盘鹰时,由于左右两翅的重量不等或左右葫芦圈角度差失当而造成牵引时偏斜,其提线位置可适当向倾斜的一侧移动,保持牵引上升时拉得直而不偏斜。
调整鹰尾角度:盘鹰的重心位置,有的在翅膀升力中心之前,有的在翅膀升力中心之后。重心位置不同,翅膀和鹰尾所产生的力矩也不同。如果重心在翅膀升力中心之后,翅膀升力与重心构成的抬头力矩和鹰尾升力与重心构成的低头力矩相等,盘鹰才能达到纵向平衡;如果重心在翅膀升力中心之前,翅膀升力与重心构成的低头力矩和鹰尾升力(负升力)与重心构成的抬头力矩相等,盘鹰才能达到纵向平衡。如果重心位于翅膀升力中心的延长线上,形不成前后力矩,因而鹰尾就不能产生升力和力矩。要想达到纵向平衡,调整鹰尾角度就成为调整鹰尾升力的重要措施。理论上如此,我们用肉眼很难确定重心的准确位置,也无需计算鹰尾的精确角度,但可通过拉升试验或平推试验进行调整和验证。只要盘鹰飞行状态平稳,爬高快,掉高慢,下滑距离长,动态调整即告完成,当时的鹰尾角度就可定位,不必调整;如果“头轻”,就把尾部角度下调;如果“头重”,就把尾部角度上调。我们观察盘鹰的尾部,一般都有上翘的角度。究竟上翘多大角度,或者不必上翘而保持平直甚至略微下倾,都以动态的纵向平衡为依据进行调整。
调整翅膀的安装角:这里所说的安装角,是指翅膀翼弦(翅膀前缘至后缘之间的连线)与盘鹰纵轴所夹的角度。我们将盘鹰面朝下放在平地上,从侧面观察,由于鹰身前半部厚重,尾部平直,所以翅膀前缘总比后缘要高,说明翅膀制作时就自带一定的安装角。如果高出太多,说明安装角偏大,飞行时容易造成迎角过大,应当将前插库降低或将后插库垫高。如果前面没有高出甚至前低后高,说明没有安装角甚至出现负安装角,飞行时容易造成迎角过小,必须将前插库垫高。盘鹰翅膀的安装角调整比较麻烦,一般在采取其它措施效果不佳时才调整翅膀的安装角。
盘鹰在产生升力的同时也会产生阻力。盘鹰的阻力,可用阻力公式(见图二)加以计算。从阻力公式可以看出,影响阻力的因素有盘鹰面积、速度、空气密度,还有一个阻力系数。阻力系数主要指迎角对阻力的影响。与升力公式比较,便知影响升力的因素,也是影响阻力的因素。也就是说,盘鹰面积大,速度大,空气密度大,升力就大,阻力也大;面积小,速度小,空气密度小,升力就小,阻力也小。在正常范围内,迎角大,升力大,阻力也大;迎角小,升力小,阻力也小。但是,如果迎角超过临界迎角造成失速,升力大减,阻力大增,升阻比急骤下降,盘鹰无法正常飞行。如前所述,如果用有利迎角飞行,就能获得最大的升阻比,下滑距离最长,这是我们所追求的最理想飞行状态。为了尽可能减小阻力,提高升阻比,我们在制作和调整盘鹰时,应注意从下几个问题:
1、蒙布松紧要适度。不论是盘鹰的翅膀、鹰身和鹰尾,蒙布糊得松与紧,对盘鹰的飞行性能都有很大影响。两面盘的盘鹰可低盘也可高盘,强调爬高要快捷,操纵要灵活,蒙布(特别是翅膀的蒙布)绷得很紧。自然盘的盘鹰多用于高盘,强调抗风性能要好,状态要平稳,蒙布糊得较松。事物都有两面性,操纵性好的安定性就差,安定性好的操纵性又差。各有利弊,各取所需。
2、葫芦圈大小软硬要适宜。葫芦圈(御风圈)的大小软硬对盘鹰的飞行性能影响很大。为了增大翅膀面积,提高升阻比,盘鹰翅膀的葫芦圈比普通“傻鹰”
要大得多,竹圈又粗又硬。两面盘盘鹰比自然盘盘鹰的葫芦圈更大,竹圈更粗更硬。放飞的要求不同,葫芦圈的大小软硬也不同。两面盘盘鹰的葫芦圈大而硬,所以操纵性能好,适宜作复杂的特技动作,但风速一大就不易操纵,不宜在大风中放飞。自然盘盘鹰的葫芦圈小而软,适宜在大风中高放,但不宜低盘,不易完成复杂的特技动作。
3、鹰头鹰身要大小适宜。鹰头鹰身是立体造型,所产生的升力不大,阻力却不小。因此,从形体上来说,盘鹰的鹰头鹰身要做成扁平的流线型,以减小阻力。又高又大的鹰头和鹰身虽然增强了盘鹰横侧的稳定性,但降低了操纵的灵活性。因此,制作盘鹰时,鹰头和鹰身要根据放飞的需要而确定形态,既要外形美观,又要减小阻力。
4、鹰尾的面积不宜过小。盘鹰的翅膀是产生升力最主要的部位,人人往往忽略了鹰尾产生升力和提高平衡性能的功能。如果将鹰尾做得很小,不仅影响美观,更重要的是影响纵向平衡,不利于升阻比的提高。诚然,天上的鹰隼有二百余种,尾巴的形状各不相同。常见的苍鹰尾巴又宽又大,而雀隼的尾巴则又细又长。不论哪种鹰尾,其面积在整体面积中所占的比例不小,而且距重心又远(力臂长),所起的作用不可小觑。因此,鹰尾的面积不宜过小,这对提高平衡性能和升阻比大有裨益。当然,鹰尾也不能过大,那样会影响外形美观。
蒙布要光洁平滑。盘鹰的外形靠蒙布维系,用什么蒙布、用什么颜料作画,对摩擦阻力关系重大。目前,糊翅膀常用的“撕不烂”
和杜邦纸1025D就很光洁, 糊鹰身用的尼龙绸也不错。作画用的丙稀颜料鲜艳, 着色之后平滑而不掉色。这些都是首选的材料,
比其它材料好用一些。此外, 竹条的里外都应刮蹭干净不留毛刺, 特别是修补之处不宜胡乱捆绑, 在保证强度的前提下尽量不要隆起过多,
力求保持原样, 既要美观,又不至于增大阻力和增加重量。
综上所述,
升力和阻力是作用在盘鹰上的主要空气动力,与盘鹰的重力及牵引线的拉力相平衡。升阻比就是某一迎角的升力与阻力之比。由于影响升力的面积、速度和空气密度与影响阻力的这些因素相同,
所以,升阻比也是升力系数与阻力系数之比(见图三)。无风时升阻比等于下滑距离与下降高度之比(见图四)。
要想提高盘鹰的飞行性能, 就要了解盘鹰面积、飞行速度、空气密度和所用迎角诸因素对升力和阻力的影响,
努力提高升阻比。但是,盘鹰飞得好坏,不仅与上述因素有关,还需研究作用在盘鹰上的升力、阻力、重力、拉力之间的平衡关系,和各种力与重心构成力矩之间的制约机理,然后根据自己的需要,认真设计、精心制作、仔细调试出心仪的盘鹰,获得最佳飞行性能。实践告诉我们,愿望总归是愿望,想要做出万能的风筝是相当困难的。风速有大有小,场地有宽有窄;有的喜欢高放,有的偏爱低盘;有人爱放大风筝,有人专做小风筝;有的愿意结伴放飞,有的专找没人的地方去放。如此等等,各有所好。特别是来到放飞场地,风速风向经常变幻,许多事情始料未及,我们就得多准备几个风筝,好天好风自然放得好,遇到大风也能放,微微小风能放起,无风的场馆也能飞。如其不然,不是小风放不起来,就是大风不敢飞。即便仗着胆子放起来,不是摔坏了风筝就是放跑了盘鹰,挫伤了放飞的兴致和心情。所以,有经验的放飞者,一般都拿三种盘鹰。一种是在正常风速下放的两面盘盘鹰,另一种是在大风中能放的自然盘盘鹰,还有一种是在微风和无风的情况下能放起来的特制盘鹰。一般来说,不同的风速、不同的风筝应用不同的线轮和线绳。各种风筝和线轮准备齐全,遇到什么样的天气都能放飞,这才是“全天候”
的放飞高手。