风筝尾巴的作用

今天在看一部分电影的时候,提到风筝的尾巴越长越容易升空。顿时引起了自己的好奇心,以前放风筝,从来没有考虑过这个事情,为此特地度娘了一下。基本上结论就是风筝的尾巴能够保证风筝升空所需要的纵向稳定性(横向稳定性,通过风筝的两翼实现),因此风筝尾巴越长越重,反而更有利于升空。下面摘录一下风筝贴吧中一个撸主的文章。

风筝升空的原理
        一、伯努利定律

流体速度大的地方压强小,速度小的地方压强大。



飞机的机翼产生升力主要就是这个原因,流过飞机翼上表面的空气经过的路程大于经过下表面的路程,空气从机翼前缘开始分离,又同时达到机翼的后缘,所以机翼上表面空气流速大,压强小,下表面的流速小,压强大,空气在机翼的上下表面形成了一个压力差,方向向上,这个压力差就是机翼的升力。风筝在迎风角较小时的升力也与此相似。

飞机机翼的升力的另一个来源是有迎角(机翼平面与前进方向的夹角,即机翼平面相对于空气运动方向的夹角),风筝放飞时也相对于空气运动方向有迎角。

两种产生升力的原因都可以归结为上下表面形成的压力差。


二、影响风筝升力的大小的因素

主要影响因素有:空气密度、风筝的面积、风速和风筝的升力系数。

升力=1/2×升力系数×空气密度×面积×风速的平方。

风筝的翼型可以近似看作是平板翼型,这种翼型在迎角等于45度角时,升力系数最大,数值为1。以此迎角为标准,迎角越小,升力系数越小,迎角越大,升力系数越小,当迎角等于零度或90度时,升力系数都等于零,风筝没有升力,都会逐渐坠落。


三、影响风筝阻力的大小因素

影响阻力的因素与第二点基本相同,大小计算公式也相同,只是此时的系数为阻力系数。

平板翼型的阻力系数随着迎角的增大而增大,零度角时为零,90角时达到最大值2,当迎角等于45度时,阻力系数与升力系数相等,数值为1。


四、风筝的俯仰平衡

风筝的受力简化如下图



风筝要能在空中稳定,在纵向首先要满足基本的力的平衡关系,即合力等于零。因为风筝线的拉力大小和方向会随着风力的变化自动改变,另外三个力是相互垂直关系,所以只要升力
大于风筝的重力,风筝就能升空,直到风筝线拉力的向下分力与风筝重力之和等于升力为止,风筝就不在升高。这是风筝的力平衡。


除了力平衡之外,风筝所受各力的作用点不在风筝上的同一个点上,所以每个力都对风筝产生转动作用,风筝要能稳定下来,还要满足动态平衡条件,即合力矩等于零。



物体平衡有三种基本情形:1、稳定平衡,即物体重心低于支持点时,物体的重心偏离平衡位置,重心升高,物体能在重力作用下降低重心,自动回到平衡位置上,恢复平衡状态。2、非稳定平衡,即物体的重心高于支持点,当重心偏离平衡位置后,不能自动回到平衡位置,从而无法恢复平衡。3、随遇平衡,物体的重心和支持点的位置关系随处相同,物体可在支持面上的任何一处达到平衡。


单线风筝多数情况属于第一类平衡,所以,风筝的重心位置越低,风筝也越稳定。八卦风筝的长尾巴就是利用这一原理,在降低风筝的重心的同时,也给风筝尾部增加一个横向平衡力矩,既增加风筝的俯仰平衡,同时也增加了横向的平衡,尾巴越长,这种平衡作用越强,这就是八卦风筝抗大风的原因之一。


五、风筝的横向平衡


风筝的横向平衡是在另一个方向上的平衡,主要表现为力矩平衡,风筝歪头,左右晃动和转圈圈都与横向平衡有关。因为单线风筝基本上是轴对称图形,所以,这种平衡又可以简化为沿着横轴的力的大小对称平衡。比如,风筝歪向左边,说明风筝的左右两侧的力矩不等,向左转动的力矩大于向右转动的力矩。知道原因就可以通过调整风筝的受力,使得风筝重新达到平衡,纠正风筝的横向平衡问题。当风筝面积左右相等,重量不等时,可以在风筝右侧配重。左右重量相等,风筝面积不等时,可以减小右边面积、增大左边面积或两者同时调整。


除了横向的力矩平衡外,还要有横向的安定性,风筝才能在失去平衡时自动回复平衡。常用的方式主要有3种:1、加尾巴。这个在前面已经提到,不再重复。2、增加平衡横杆,这个有点类似于人拿着长杆子走钢丝绳,多用于串子风筝,如龙头蜈蚣风筝的腰片。3、增加上反角,从风筝头往尾部看,风筝中轴线处低,风筝两边高,形成一个钝角。当风筝往一侧倾斜转动时,这一侧的有效吃风面积增大,另一侧则相反,所以风筝的两侧力矩不相等,风筝要往力矩小的一侧转动,风筝恢复原来的状态。当风筝横向骨架柔软时,风筝吃风后自然形成上反角,如天津的软翅风筝,不需要另加上反角,当骨架硬,风力很难使风筝自己形成上反角时,可以在风筝的背面给横杆加拉绳,认为拉弯横杆形成上反角。适当的上反角可以解决风筝摇晃不稳的问题,同时损失的升力不多,但上反角过大,则损失升力多,会影响风筝的升空。



风筝为什么能稳定飞行是一个很复杂的动态过程,这里简单讲些基本的东西,事先没有计划,想到哪里就将哪里,直接打那么一大篇,也没什么条理,大家将就着看吧。


以上内容摘自《关于风筝的一些基本原理问题



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