【第一节放飞的原理】
一只好的风筝,在经过扎制、裱糊和彩绘以后,最后就是放飞。风筝的成功放飞是风筝功能完善的最完美展示。一只不能放飞的风筝,只能是一件用作装饰的物品而已。
风筝放飞空中,看起来非常简单,实际上包含着许多物理力学的原理。其中,主要是飞升力学原理和平衡力学原理。
一、风筝飞升的力学原理
地面风无论大小,是阵风还是长风,从宏观上来看,其流动都基本是与地面平行的,从微观上看又始终处于不平衡状态。在这样的风力作用下,轻盈的物体只能做水平运动。当风筝面与风向完全一致时,风筝基本不动;当风筝面与风向垂直时,风筝则只做水平运动。只有当风筝的迎风面与风向形成一定角度时,才能产生向上的升力。由于放飞者的牵引,形成了风筝面对风的阻力,在风筝背后产生一块低压区,迎风面的较高气压便迫使风筝向后退却。风筝的迎风面斜着朝向地面,而被风面斜着朝向天空。风筝的退却实际上便是向着斜上方飞升。在放飞者的操纵下,风筝便会升入天空。
在风力的作用下,风筝向斜上方运动,但有的风筝飞得高,有的飞得远。这主要取决于风筝的迎风面与风流(即水平面)形成的夹角——迎角的大小。迎角越小,风筝的兜风力就越小,下面的排风量就越大,风对风筝产生的纵向升力就越大,风筝也就飞得越高。反之,迎角越大,风筝的兜风力就越大,下面的排风量就越小,风对风筝产生的横向推力就越大,风筝也就飞得越远。
风筝的飞升除了与迎角的大小有关外,也与风筝的结构和部位有关。面积大的部位兜风力就大,飞升力就强;面积小的部位,如软翅风筝浮雕式的躯干,兜风力就小,飞升力也就弱。此外,比重大的部位飞升力就弱,比重小的部位飞升力就强。像龙头蜈蚣风筝,龙头就几乎没有飞升力,风筝的飞升完全是靠众多腰片的飞升作用来完成的。
二、平衡力学原理
放飞风筝是在风力作用下做动态平衡运动。风筝的迎角度所产生的升力只是为风筝的飞升创造了必要条件,而要使风筝达到飞升平衡,还必须符合力的平衡原理,包括“坠重(坠飘)”平衡原理、“横杆”平衡原理和“定向出风”平衡原理。
在中心对称的平板类风筝下方,长长的飘带或飘穗使风筝重心下沉,通过风筝中心形成较大的重力矩,对抗了由忽左忽右的风流所形成的旋转力矩,从而使风筝达到飞行的平衡。这就是利用了“坠重(坠飘)”平衡的原理。坠重力矩的大小取决于风筝飘带饰物的长短、宽窄和材料,并且应随着风力的不同做适当改变。
“横杆”平衡原理一般用于平板串式风筝,如“龙头蜈蚣”等。风筝每片腰节的横向支条(即“横杆”)的自重及风流的合力形成了风筝的对称力矩,以此力矩来反抗风筝的旋转力矩,使风筝达到飞升的平衡。相对来说,“腰杆”越长,两端羽毛越多,其对称力矩就越大,风筝的稳定性也就越好。但是,“横杆”过长则会增加风筝重量,从而使风筝飞不高。一般来说,“横杆”单侧臂长为腰节直径的1.5倍左右,两端的羽毛多少也应视其腰节直径的不同而不同,腰节大者,臂粗长,羽毛多。反之,臂短细,羽毛少。
硬翅类风筝的两侧硬翅大小相等,对称的凹槽曲面深浅一致,形成向两翅斜后方的“定向出风”力矩。两翅对称,其凹槽曲面越深,风筝“定向出风”的力越大,风筝也就越平衡。但如果硬翅的凹槽曲面太深,其后倾角太大,则会减小风流阻力,从而使风筝飞不高。软翅风筝受风力后,翅膀下缘的软边即发生变形,风流定向由软翅下部流出,形成大小相等、方向相同的对称力矩,从而达到“定向出风”的平衡原理。立体筒式风筝、立体伞式风筝、瓦片式风筝以及平面组合风筝的飞行也是利用“定向出风”平衡原理。风筝“定向出风”的效果越好,风筝就越平稳,但风流阻力和迎风面却相应减小,风筝的飞行角度也会随之减小。所以,“定向出风”的效果与风流阻力、迎风面的大小必须兼顾。风筝的飞行角度与“定向出风”的方向也有很大关系,风筝“定向出风”的方向越接近垂直向下,风筝飞行的角度也就越大。
【第二节放飞的条件】
放风筝需要具备主、客观两方面的条件。主观条件是指放飞者有关放飞的知识、经验和技巧。这是一项专门的技能,需要进行一定的学习和训练才能掌握。放飞的客观条件主要包括风力、季节、温湿度等天气条件和场地空间条件。
一、风力条件
风向和风力对风筝的升空起着决定性的作用。所以,放飞风筝时首先要看是什么样的风,是长风还是阵风,是旋风还是扰流风,是地面风还是上风。还要注意风力大小。风力的实质是风速,风速与风力成正比。风速越快,风力也就越大。一般把风力按照风速分为十二个等级。判断风力的大小可以使用专门的仪器——风力测试仪,也可以借助参考物来判断。施放各类型的风筝必须选择与之相适宜的风力,大型风筝在弱风中施放无法飞升,而小型风筝在强风中施放又有倾覆的危险。所以受力大、面积大的风筝应选择风力较强的天气升放。反之,受力小及小型风筝应选择弱风天气放飞。一般来说,0级和1级风无法使风筝升空;2—3级风可以放飞面积在0.5平方米以内的中、小型风筝;3—4级风可以放飞面积在1平方米左右的大型风筝;5级风时软翅类风筝就不宜放飞,可放飞面积在2平方米左右的巨型风筝,而且要用结实的放飞线,如尼龙线、丝线等;6级强风只可放飞个别超大型、巨型风筝;7级以上的强风各种风筝均不宜放飞。
风级/名称/风速(米/秒)/陆地物象/对放飞的影响
0/无风/0.0-0.2/树梢静止,烟直上/风筝无法升空
1/软风/0.3-1.5/烟示风向,风向标不转动
2/轻风/1.6-3.3/感觉有风,树叶微响/放飞面积在0.5平方米以内的中、小型风筝
3/微风/3.4-5.4/树叶树枝摇摆,旌旗展开/放飞面积在1平方米左右的大型风筝
4/和风/5.5-7.9/吹起尘土﹑纸张﹑灰尘
5/轻劲风/8.0-10.7/小树摇摆,负面泛小波/放飞面积在2平方米左右的巨型风筝,软翅类风筝不宜放飞
6/强风/10.8-13.8/树枝摇动,电线有声,举伞困难/只可放飞个别超大型、巨型风筝
7/疾风/13.9-17.1/步行困难,大树摇动/各种风筝均不宜放飞
8/大风/17.2-20.7/折毁树枝,前行感觉阻力很大
9/烈风/20.8-24.4/屋顶受损,瓦片吹飞
10/狂风/24.5-28.4/拔起树木,摧毁房屋
11/暴风/28.5-32.6/损毁普遍,房屋吹走
12/台风或飓风/32.7以上/陆上极少,造成巨大灾害