Introduktion til aerodynamik

Hvorfor papirflyvere kan flyve

På trods af studier i luft­fart og mange års be­skæftigelse inden for området er det stadig ikke let for mig at forklare, hvordan en papirflyver er i stand til at holde sig i luften. Grundlæggende holder papirfly­vere sig i luften på grund af mange af de samme principper, som gælder for rigtige flyvemaskiner. I begge tilfælde er der fire grundlæggende kræfter: vægt, løft, kraft og luftmodstand. Prøv at tænke på disse fire elementer som fire hold, der to og to del­tager i en tovtrækningskonkurrence, hvor papirflyveren befinder sig på præcis det sted, hvor tovene krydser hinanden.

Vægt og løft

Det første hold i tovtrækningskonkurrencen, vægt og løft, dyster mod hinanden og prøver henholdsvis at trække op eller ned på en lodret akse. Eftersom tyngdekraften konstant forsøger at trække papirflyveren ned mod jorden, har VÆGTEN naturligvis fat i den nederste ende af tovet, mens LØFTET trækker i den modsatte retning - opad. På en flyvemaskine sidder vingerne i en let skrå­nende vinkel på selve kroppen, og derved får luften ekstra fart på, når den strømmer hen over vingerne og siden suges ned. Men modsat bliver den luft, som passerer ind under vingerne, bremset en smule, fordi vingens underside presser luften nedad - og det er denne forskel i luftens hastighed over og under vingerne, som skaber løftet.

I det 18. århundrede opdagede den schweiziske videnskabsmand Daniel Bernoulli, at når luftens hastighed øges, formindskes dens tryk samtidig, ligesom det modsatte også er tilfældet. Og derfor skaber den luft, som presses op over den øverste kant af vingen også et let sug, som trækker opad i vingen. Men på samme tid skaber luften under vingen et ekstra tryk, som presser opad mod vingen, og løftet er netop en kombination af disse to kræfter. Under flyvning lige frem gennem luften udøver både løftet og vægten et lige stort træk i flyveren, men hvis løftet trækker hårdere i flyveren end vægten, begynder flyveren at stige, hvorimod flyveren begynder at synke, hvis vægten trækker hårdere end løftet.

Luftmodstand og kraft

Mens flyverens løft og vægt kæmper mod hinanden på en lodret akse, trækker luftmodstanden og kraften i flyveren på en vandret akse. Lad os først se nærmere på LUFTMODSTANDEN. Når du kaster en papirflyver, er det luftmodstanden, der trækker bagud i flyveren og dermed får den til at aftage i fart, for uanset hvor tynd og ubetydelig luften end kan virke, er den alligevel kompakt og består af en masse, som på mange måder kan minde om sirup. Når en flyver bevæger sig gennem luften, klæber luften sig i kraft af sin viskositet til flyveren og bremser dens bevægelse gen­nem rummet. En anden del af luftmodstanden hænger sam­men med løftet, eftersom løftet aldrig er rettet direkte opad, men derimod en anelse tilbage, og denne bagudret­tede bevægelse er yderligere med til at bremse farten.

KRAFTEN befinder sig i den modsatte ende af tovet og kæmper for at skubbe flyveren fremad. Rigtige flyvemaskiner får deres kraft fra propeller eller jetmotorer, mens papirflyvere får den fra først din arm og siden tyngdekraften. Indledningsvis giver dit kast papirflyveren fart på, og derefter glider den en anelse nedad, hvorved tyngdekraften trækker den videre frem gennem luften (som når en cykel får fart på ned ad en bakke). Hvis du sender en papirflyver af sted fra en høj bygning eller bakke, vil flyveren derfor nærme sig jorden i en vinkel, hvor der er balance mellem tyngdekraften og luftmodstanden, så flyverens bevægelse fremad fortsætter. En typisk papirflyvers luftmodstand er på omkring en femtedel af dens vægt, hvilket betyder, at flyveren flyver optimalt i en nedadgående vinkel på omkring elleve grader, så tyngdekraften (vægten) tvinger flyveren så meget fremad gennem luften, at luftmodstanden ikke standser bevægelsen.

Hvorfor papirflyvere styrter

Foruden en vis forståelse af de kræfter, der påvirker flyvningen, er det også godt at kende lidt til nogle af de egenskaber, som alle gode papirflyvere besidder. Vigtigst af alt er den egenskab, der kendes som STABILITET og gør det muligt for en papir­flyver at rette sig op efter et dårligt kast eller et pludseligt vindstød. En ustabil papirfly­ver vil blive bragt fuldkom­men ud af kurs eller sendt ind i en spiral og styrte til jorden.

Grundlæggende taler man om tre forskellige former for stabilitet: pitch, retning og spin. Pitch­stabilitet forhindrer papirflyverens spids i at pege alt for meget enten op eller ned. Retningsstabilitet forhindrer papirflyveren i at dreje for meget ud mod enten venstre eller højre. Og spinstabilitet forhindrer papirflyveren i at glide ind i en spiral eller begynde at dreje rundt om sig selv og siden styrte til jorden.

Den første af disse, PITCH-STABILITET, får papirflyveren til at bevæge sig gennem luf­ten i en jævn og konstant fart. Hvis flyverens næse peger for meget opad, vil farten aftage, mens farten vil tiltage, hvis næsen vipper for meget nedad. Der er et ganske lille område på selve papirflyverens krop, hvor tyngde­punktet bør ligge, hvis stabiliteten skal være i top. På rigtige flyvemaskiner måler dette om­råde fra ganske få centimeter på f.eks. et to-personers fly til omkring en halv meter på en jumbojet. Men på en papirflyver måler dette område kun omkring en centimeter. Hvis ligevægtspunktet befinder sig foran dette om­råde, vil flyveren dykke ned mod jorden. Men ligger punktet bag området, vil flyveren »stal­le« og falde til jorden. Og hvis du vil kontrol­lere, om en papirflyver er i ligevægt, gøres det bedst og nemmest ved at lave et prøvekast og se, om flyveren dykker eller stejler.

En papirflyver bliver mere stabil, hvis der sættes en papirclips fast ude i spidsen, og på samme måde vil du kunne se, hvordan den bliver mindre og mindre stabil, hvis du rykker clipsen længere tilbage på flyverens krop. Derfor skulle man måske også tro, at alt er i orden, hvis blot man forsyner en papirflyver med ekstra vægt i spidsen - men desværre forholder det sig ikke altid sådan, for hvis vægten bliver for stor, vil flyveren blot styrte til jorden med det samme.

Selvom du har bygget en flyver med en god pitch-stabilitet, betyder det ikke automatisk, at flyveren bevæger sig gennem luften i en ret linje, for uden en god RETNINGSSTABILI­TET vil flyveren trække ud til en af siderne og fortsætte i en anden retning. En finne på den bageste del af flyveren vil modvirke en flyvers tendens til at vende omkring (akkurat som fjerene på en pil hjælper den med at fly­ve lige gennem luften). På de fleste papirfly­vere fungerer selve kroppen som finne, og hvis det meste af flyets krop befinder sig bag ligevægtspunktet, er der også en god chance for, at den vil have en god retningsstabilitet. Bøjes vingespidserne enten op eller ned, vil flyverens retningsstabilitet også forbedres.

Den tredje type stabilitet kaldes SPIN­STABILITET. Hvis en flyver har en god spin­stabilitet, vil den enten flyve i en ret linje eller i en langsom, konstant kurve. Men en ustabil flyver vil bevæge sig ind i en cirkel og fortsætte, til den styrter til jorden i en mere og mere stram spiralbevægelse. Det er et meget almindeligt problem, men det er let at rette op på. Hold flyveren, så du ser på den ude fra spidsen, hvorefter vingerne bøjes en anelse op, så de sammen med resten af kroppen danner en let Y-form. Og husk at sørge for, at siderne er symmetriske.

--