一组科学家发现，一系列使用纸飞机的实验揭示了新的空气动力学效应。它的发现增强了我们对飞行稳定性的理解，并可能激发新型飞行机器人和小型无人机。“这项研究最初只是出于好奇，想知道怎样才能制造一架好的纸飞机，特别是平稳滑翔需要什么，”叶小开·里斯特罗夫解释说，他是纽约大学库兰特数学科学研究所的副教授，也是这项研究的作者，该研究发表在《流体力学杂志》上。”回答这些基本问题最终远非儿戏。我们发现纸飞机如何保持水平飞行的空气动力学与传统飞机的稳定性非常不同。”
康乃尔大学工程和物理学教授、论文作者王静莹补充说:“鸟类可以毫不费力地滑翔和翱翔，如果调整得当，纸飞机也可以滑翔很长的距离。”。"令人惊讶的是，还没有很好的数学模型来预测这种看似简单但微妙的滑翔飞行."
研究人员说，既然我们可以让复杂的现代飞机飞行，人们可能会认为我们知道所有关于最简单的飞行器的知识。
“但是纸飞机，虽然制作简单，却包含了令人惊讶的复杂的空气动力学，”Ristroph指出。
这篇论文的作者从考虑飞机平稳滑行需要什么开始了他们的研究。因为纸飞机没有引擎，依靠重力和适当的设计来移动，所以它们是探索飞行稳定性背后的因素的很好的候选者。
为了研究这一现象，研究人员通过在空中发射不同质心的纸飞机进行了实验室实验。这些结果，再加上那些从水槽中落下的盘子中得到的研究结果，使得研究小组能够设计出一个新的空气动力学模型，以及一个能够预测运动的“飞行模拟器”。
为了找到最佳设计，研究人员在纸飞机的前部放置了不同数量的薄铜带，给它们不同的质心位置。放在水中的铅块起到了同样的作用。
“成功滑翔机的关键标准是质心必须在‘恰到好处’的地方，”Ristroph解释道。“好的纸飞机通过将前缘折叠几次或添加回形针来实现这一点，这需要一点点尝试和误差。”
在实验中，研究人员发现飞行运动敏感地依赖于质心位置。具体来说，如果重量是在机翼的中心，或者只是稍微偏离中间，它就会经历剧烈的运动，比如振颤或翻滚。如果重量向一边移动得太远，那么飞行器会迅速向下俯冲并坠毁。然而，在这两者之间，有一个重心的“最佳点”来提供稳定的滑行。
研究人员将实验工作与作为“飞行模拟器”基础的数学模型相结合，这是一种成功再现不同飞行运动的计算机程序。这也有助于解释为什么纸飞机在滑行时是稳定的。当质心处于“最佳位置”时，如果飞机向上移动，机翼上的空气动力会将机翼向下推，如果向下移动，则会向上推。
“空气动力或压力中心的位置随着飞行角度的变化而变化，以确保稳定性，”Ristroph解释道。
他指出，这种动态不会发生在传统的机翼上，机翼是机翼——其形状产生升力的结构。
“我们在纸飞机中发现的效应不会发生在用作飞机机翼的传统机翼上，传统机翼的压力中心在飞行中出现的角度范围内保持固定，”Ristroph说。“因此，压力中心的转移似乎是薄而平的机翼的独特性质，这最终成为纸飞机稳定飞行的秘密。”
“这就是为什么飞机需要一个单独的尾翼作为稳定器，而纸飞机只需要一个主翼就可以起飞，同时提供升力和稳定性，”他总结道。“我们希望我们的发现将有助于小规模飞行应用，在这种应用中，你可能需要一种不需要很多额外飞行表面、传感器和控制器的最小化设计。”
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