2020-01-20
找到一篇论文说明了矩形板的空气动力学，提供给各位读者作为参考，通过使用简单的本体和形状研究空气动力学，其飞行行为可以通过目视观察来研究。这些显示了许多空气动力学的基本特征，包括循环、旋转升力、长宽比效应和马格努斯力以及飞行力学的一些基本方面，例如稳定性和应对各种类型的不对称。
我们都曾经看过纸屑从空中掉下来，貌似随机运动但很少引起注意，但是当五彩纸屑旋转后似乎像滑行一样分散开来，而不是垂直下降。每个纸屑似乎都有自己的螺旋路径，轴旋转通常看起来接近水平，这与一般的种子掉落是有所不同的，后者绕垂直轴。而当我们将纸牌高举到肩膀并放开时，会发生两种不同的动作，如果放开纸牌后，使其保持平稳并保持稳定并缓慢摇动，会保持水平不会翻滚，其行为就像树叶从树上掉下来一样。但是如果我们轻推一下，纸牌就开始绕其较长的轴旋转，然后下降大约两脚距离稳步滑动。从垂直方向粗略估计滑翔角为略小于 45ﾟ 的角度滑行的方向取决于旋转，这个滑行运动表明旋转的纸牌正在像固定翼上那样产生空气动力升力一架飞机，但要使提升力向上，必须将纸牌的下边缘向前推进风，而上边缘要后退则必须在纸牌上方施加更大的扭矩。在非常短的时间间隔（不到一秒）内，旋转速度和下降角度似乎稳定，并且只有轻微的转向运动趋势（或螺旋）。运动的可重复性表明，动力学是纸牌运动的固有属性。
科学家一直在探索简单板状表面的空气动力学特性，从简单形状的动力学和运动中可以学到很多东西，有两个主要因素会影响这些形状的动力学；首先，是流体或空气的特性（密度和粘度），其次是身体的物理特性（尺寸、形状、质量和惯性），但是必须意识到运动本身会影响作用在身体上的力，从而影响必须同时考虑这三个因素。对于掉落的纸牌，其运动是不受限制的，因此，纸牌可以在任何方向和任何可能的旋转方向上自由移动。如果矩形平板的表面与其运动方向或气流方向紧密对齐，则可以将其设想为薄翼型。上面的草图将平板与传统机翼进行了比较，相对于气流以固定的小姿态作用在平板上的空气动力（alpha，倾角），作为平行于平板（chord force，轴向力）且垂直于板的力（normal force，法向力），以及平行于板（drag force，阻力）且垂直于气流的力（lift force，升力）。
当倾角增加到大约 15ﾟ 时，板和翼型都体验到所谓的「失速」，即气流开始与上层分开在前缘处或附近的表面。然后，在更大的角度时流量变得越来越大，当表面垂直于气流时不规则，最终变成从上边缘和下边缘分离，并在下游形成「涡流」。当板或翼型相对于气流成较大角度时，发生的流分离现象只是空气动力效应之一，其取决于气流与表面相邻层内以及气流和空气流交界处的「粘度效应」。 这种粘度效应与参数「雷诺数」（R < N）有关，该参数与气流相邻层上的切应力有关，并且还与气流的速度、密度以及流动的距离有关。由于长度因素，围绕小物体的流动通常具有较低的雷诺数，而围绕大物体（例如飞机）的流动通常具有较大的雷诺数。
首先，在射出纸牌时假使是用推的，则飞行得不太远，但加了旋转之后，则可以前进许多，这即是「角动量守恒」，在转动的过程还可以减少偏离的发生。其次，各位看过了纸牌的「飞行」之后，可以从风洞实验开始思考，把曲线当作是圆周运动的一部分时，空气分子沿着机翼画曲线时，借由制造出外侧与内侧的压力差来产生「向心力」。接着，当空气通过机翼时，机翼周围自然产生了空气流过机翼上方时流速变快，流过下方时减缓的循环，接着就可以用空气密度、流速、环量三个系数来表示升力，所以即使没有了动力，纸牌还是会继续往前飞行一段距离。
Ref.: All About Aerodynamics From A Business Card. DOI: 10.13140/RG.2.1.2169.9046.
