สำหรับข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับอากาศพลศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์หันไปหาเครื่องบินกระดาษ

ชุดการทดลองโดยใช้เครื่องบินกระดาษเผยให้เห็นผลกระทบทางอากาศพลศาสตร์แบบใหม่ ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบ การค้นพบนี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับความมั่นคงในการบิน และอาจเป็นแรงบันดาลใจให้หุ่นยนต์บินได้และโดรนขนาดเล็กประเภทใหม่ๆLeif Ristroph รองศาสตราจารย์จาก Courant Institute of Mathematical Sciences แห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์กและผู้เขียนงานวิจัยกล่าวว่า "การศึกษาเริ่มต้นจากความอยากรู้อยากเห็นง่ายๆ ว่าเครื่องบินกระดาษดีอย่างไร และอะไรที่จำเป็นสำหรับการร่อนได้อย่างราบรื่น" วารสารกลศาสตร์ของไหล . "การตอบคำถามพื้นฐานดังกล่าวกลายเป็นเรื่องที่ห่างไกลจากการเล่นของเด็ก เราค้นพบว่าหลักอากาศพลศาสตร์ของการที่เครื่องบินกระดาษรักษาระดับการบินนั้นแตกต่างจากความเสถียรของเครื่องบินทั่วไปอย่างมาก" “นกร่อนและบินได้อย่างง่ายดาย และเครื่องบินกระดาษเมื่อปรับอย่างเหมาะสม ก็สามารถร่อนได้ในระยะทางไกล” ผู้เขียน Jane Wang ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมและฟิสิกส์ที่ Cornell University กล่าว "น่าประหลาดใจที่ไม่มีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ดีสำหรับการทำนายการบินร่อนที่ดูเหมือนง่ายแต่ละเอียดอ่อนนี้" เนื่องจากเราสามารถสร้างเครื่องบินสมัยใหม่ที่ซับซ้อนให้บินได้ นักวิจัยกล่าวว่า บางคนอาจคิดว่าเรารู้ทุกอย่างเกี่ยวกับเครื่องบินที่เรียบง่ายที่สุด "แต่เครื่องบินกระดาษแม้ว่าจะทำได้ง่าย แต่ก็เกี่ยวข้องกับอากาศพลศาสตร์ที่ซับซ้อนอย่างน่าประหลาดใจ" ริสโทรฟกล่าว ผู้เขียนเริ่มศึกษาโดยพิจารณาถึงสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้เครื่องบินร่อนได้อย่างราบรื่น เนื่องจากเครื่องบินกระดาษไม่มีเครื่องยนต์และอาศัยแรงโน้มถ่วงและการออกแบบที่เหมาะสมสำหรับการเคลื่อนที่ เครื่องบินเหล่านี้จึงเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการสำรวจปัจจัยเบื้องหลังความเสถียรในการบิน เพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์นี้ นักวิจัยได้ทำการทดลองในห้องปฏิบัติการโดยปล่อยเครื่องบินกระดาษที่มีจุดศูนย์กลางมวลต่างกันไปในอากาศ ผลจากการศึกษาแผ่นเปลือกโลกที่ตกลงในถังเก็บน้ำ ทำให้ทีมสามารถประดิษฐ์แบบจำลองอากาศพลศาสตร์ใหม่และยังมี "เครื่องจำลองการบิน" ที่สามารถทำนายการเคลื่อนที่ได้ เพื่อหาการออกแบบที่ดีที่สุด นักวิจัยได้ติดเทปทองแดงบางๆ ในปริมาณต่างๆ กันไว้ที่ส่วนหน้าของระนาบกระดาษ ทำให้มีจุดศูนย์กลางมวลต่างๆ กัน น้ำหนักตะกั่วที่เติมลงในจานในน้ำมีจุดประสงค์เดียวกัน "หลักเกณฑ์สำคัญของเครื่องร่อนที่ประสบความสำเร็จคือจุดศูนย์กลางมวลต้องอยู่ในตำแหน่งที่ 'พอดี'" ริสโทรฟอธิบาย "เครื่องบินกระดาษที่ดีทำได้ด้วยการพับขอบด้านหน้าหลายๆ เครื่องบินครั้งหรือใช้คลิปหนีบกระดาษเพิ่มเติม ซึ่งต้องมีการลองผิดลองถูกเล็กน้อย" ในการทดลอง นักวิจัยพบว่าการเคลื่อนที่ของเที่ยวบินขึ้นอยู่กับจุดศูนย์กลางมวล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าน้ำหนักอยู่ที่กึ่งกลางของปีกหรือเคลื่อนออกจากกึ่งกลางเพียงเล็กน้อยเท่านั้น มันจะเกิดการเคลื่อนไหวที่ดุร้าย เช่น กระพือปีกหรือไม้ลอย หากน้ำหนักถูกเลื่อนไปทางขอบด้านหนึ่งมากเกินไป เครื่องบินก็จะดิ่งลงอย่างรวดเร็วและชน อย่างไรก็ตาม ในระหว่างนั้น มี "จุดที่น่าสนใจ" สำหรับจุดศูนย์กลางมวลที่ให้การร่อนที่มั่นคง นักวิจัยได้จับคู่งานทดลองกับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของ "โปรแกรมจำลองการบิน" ซึ่งเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ประสบความสำเร็จในการจำลองการเคลื่อนที่ของเที่ยวบินที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังช่วยอธิบายว่าทำไมเครื่องบินกระดาษจึงมีความเสถียรในการร่อน เมื่อจุดศูนย์กลางมวลอยู่ใน "จุดที่น่าสนใจ" แรงแอโรไดนามิกบนปีกเครื่องบินจะดันปีกกลับลงมาหากเครื่องบินเคลื่อนขึ้น และกลับขึ้นหากเครื่องบินเคลื่อนลง “ตำแหน่งของแรงแอโรไดนามิกหรือจุดศูนย์กลางของแรงกดจะแปรผันตามมุมของการบิน เพื่อให้มั่นใจถึงความมั่นคง” ริสโทรฟอธิบาย เขาตั้งข้อสังเกตว่าไดนามิกนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับปีกเครื่องบินทั่วไป ซึ่งเป็นปีกเครื่องบิน ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีรูปร่างทำงานเพื่อสร้างแรงยก