飞得最慢的飞机？揭秘F1D的极限慢飞艺术

F1追求的速度，那你知道F1D追求的是什么吗？它追求的是速度的另一个极端，慢！而且是飞在天上的慢。不过，飞机没有速度，怎么可能飞得起来的呢！我们今天，就借着这架世界上飞得最慢的飞机，来介绍一下这究竟是为什么。

在进入理论环节之前，我们还是先花点时间，来仔仔细细的认识一下咱们今天的主角——F1D飞机。F1D飞机是一种极轻质、极慢速的室内自由滑翔模型飞机。它们专为在室内环境中长时间飞行而设计，通常用于自由滑翔模型飞机比赛。什么是自由滑翔模型飞机比赛？它是一种让模型飞机跟随风的方向飞行，并在上升的热气流中翱翔的特殊飞行比赛。模型飞机完全自由的按照它自己的路线飞行，不受任何地面控制。如果你曾经扔过一架折叠的纸飞机或一架小店购买的轻木滑翔机，那么你已经体验过最基本形式的自由滑翔模型了。

自由滑翔模型主要有两种类型：室内飞行和室外飞行。室内模型非常轻，飞行速度极慢，通常由扭转橡皮筋驱动大螺旋桨提供动力。手掷滑翔机和用橡皮筋圈弹射到空中的滑翔机也可以在室内飞行。它们常在学校体育馆、礼堂和类似的大型开放空间内飞行。室内模型是入门模型制作最便宜和最简单的方式之一，并且在大多数地方都可以找到合适的飞行场地。 室外模型通常比室内模型更大更重。高级类型的模型性能非常高。在理想条件下，有些模型一次飞行可以在空中停留近一个小时。还有一些模型在返回地面之前能被热气流带到几十公里之外。最先进的类型在仅仅5秒钟的动力飞行后可以滑翔超过十分钟。为了防止模型丢失，大多数室外自由飞模型都配备了定时装置来限制引擎的运行时间。其他定时器操作的装置则在模型被热气流带走之前安全地将其带回地面。但不论是室内还是室外模型，无一例外，它们都是以慢为胜的。

这似乎就跟升力产生的原因有悖了，因为按照常理来说，飞机的机翼得以足够的速度划过空气，才能有托举起它的升力产生呀。我们不妨先来回顾一下：产生升力的基本原理可以通过伯努利原理和牛顿第三运动定律来解释。伯努利原理指出，当流体，比如空气的速度增加时，其压强会减小。飞机的机翼设计成上表面弯曲、下表面相对平直的形状，这种设计称为翼型。当空气流过机翼时，上表面的空气速度较快，下表面的空气速度较慢。根据伯努利原理，这种速度差异导致上表面的压强较低，下表面的压强较高，从而产生向上的升力。除了伯努利原理，我们还能用牛顿第三定律来解释升力。牛顿第三运动定律告诉我们，每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。当空气流过带有一定倾角的机翼时，机翼向下推空气，空气也向上推机翼。这种反作用力也就贡献了一部分升力。你如果单看以上解释的话，会认为速度是一个制胜法宝，但是，请别忽略了升力产生的另一个至关重要的因素——机翼的设计。其实大翼展和合适的翼型设计也可以在低速下产生足够的升力，使飞机能够悬停和缓慢飞行。具体来说，它俩是这么工作的： 翼展是指从机翼一端到另一端的距离。大翼展意味着机翼面积较大，这有助于分散飞机的重量，并提供更多的升力。因为升力与机翼面积成正比，所以大翼展的飞机即使在低速下也能产生足够的升力。 而机翼的翼型，即机翼的横截面形状则直接影响空气流动速度和压强差异。特殊的弯曲设计可以让上表面的空气流动得更快，从而降低压强，而下表面的相对平直设计使空气流速较慢，从而增大压强。这种更大的压强差异就使得即使在慢速的情况下，也能有更大的升力产生。

所以别看F1D飞机看起来好像很简单，甚至是简陋，其实它的设计极其的精妙呀。除了大翼展和高升力的翼型以外，它还有其他几个能让自己轻松起飞并长时间停留在空中的关键因素——第一， 极轻的重量。F1D飞机的重量通常在1.4克左右。为了达到如此轻的重量，它在制造过程中必须使用超轻材料，如碳纤维骨架、极薄的塑料薄膜和极轻的橡皮筋。这使得飞机即使只产生了很小的升力，也能够顺利托举起自己；第二，高性能的橡皮筋。F1D飞机利用橡皮筋的扭转力作为动力源。橡皮筋通过扭转储存能量，释放时驱动螺旋桨转动，为飞机提供向前的推力。尽管推力很小，但足以推动轻质的F1D飞机飞行。 第三，优异的空气动力学设计。 F1D飞机的机翼和尾翼设计精妙，优化了升力和阻力的平衡，使飞行速度得到了有效的降低。于是飞机的能耗也降得很低，使橡皮筋动力能够维持更长时间。第四，为了确保稳定飞行，F1D飞机的各个部分必须精确调校。机翼的角度、螺旋桨的推力轴线和重心位置等都需要精确调整，以确保飞机在飞行中的稳定性和平衡性。

怎么样，了解以上这些知识后，你就明白为什么它能是世界上飞得最慢的飞机了吧。那好，这架飞机除了参加你可能连听都没有听说过的自由滑翔模型飞机大赛，以及解压以外，它还有啥作用呢？其实吧，它们的设计和技术也具有一定的实际应用价值的，总结起来大概有以下三个：教育和培训、创新和研究，还有娱乐和爱好。F1D飞机的设计和制造过程涉及多学科知识，如空气动力学、材料科学和机械工程。它们是学习和教学空气动力学和工程原理的优秀工具，能够帮助学生和爱好者理解飞行原理和制造工艺。同时，F1D飞机的轻量化和高效设计对微型无人机和其他小型飞行器的研发具有启发意义。研究和改进F1D飞机的技术可以为更轻、更高效的无人飞行器设计提供借鉴。对于模型飞机爱好者来说，制作和飞行F1D飞机是一种极富挑战性和乐趣的活动。通过不断优化设计和调校，爱好者们可以体验到极大的成就感。 这就使得它成为了另一场人与自然的较量，就像钓鱼、帆船或狩猎等其他户外运动一样，它需要一定的观察力、耐心和判断力，而这些品质，也是获得其他领域成功的要素。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：火箭叔

审核：戴玉婷 北京航空航天大学飞机系教授

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司