Het behalen van een wereldrecord stelt ontwerpers van papieren vliegtuigjes in staat voetbalteams te bezitten en te trouwen met Russische olie-erfgenamen. En volgens lucht- en ruimtevaartingenieur en recordhouder Ken Blackburn hoef je maar drie dingen te beheersen in je zoektocht naar de glorie van een papieren vliegtuig: goede vouwen, een goede worp en een goed ontwerp.
Laten we de eerste twee in een paar woorden wegpoetsen: Goede vouwen zijn zeer scherp, verminderen het profiel van het vliegtuig en dus de luchtweerstand. Ze maken het vliegtuig ook perfect symmetrisch. En een goede worp betekent verschillende dingen voor verschillende vliegtuigen (we gaan later in op specificaties), maar voor een wereldrecordpoging gebruik je een worp in honkbalstijl om het vliegtuig recht omhoog te lanceren, zo hoog mogelijk – er is video van Blackburn’s Georgia Dome lancering en daaropvolgende 27,6 seconden, wereldrecordvlucht online op paperplane.org.
Nu over het ontwerp, waarin de ware geekery van papieren vliegtuigjes schuilt.
“Lange, rechthoekige vleugels zijn voor trage snelheden en lange glijvluchten, en korte, naar achteren geplooide vleugels zijn voor hoge snelheden en wendbaarheid,” zei Blackburn toen ik hem interviewde voor mijn boek, Brain Trust. Je kunt dit zien in het verschil tussen de condor en de zwaluw. De eerste is geoptimaliseerd voor langzaam zweven, terwijl de tweede – uitgaande van een onbeladen Europese zwaluw – geoptimaliseerd is voor snelle duiken en duikvluchten. Je ziet deze naar achteren gezwiepte vleugels ook op de space shuttle, en omdat deze snelle vleugels bij lage snelheden zeer weinig lift hebben, moet de shuttle een agressieve, neus omhoog gerichte invalshoek houden, zelfs bij de landing. Een Cessna met rechte vleugels kan bijna vlak op de landingsbaan landen.
Deze driehoekige vleugels hebben zeker een papieren vliegtuigontwerpdoel. “Ik maak zelf puntvliegtuigen,” zegt Blackburn. “Ze zien er zeker cooler uit, en als je gewoon een papieren vliegtuigje door de kamer gooit, kun je net zo goed iets hebben dat er cool uitziet.”
Maar een wereldrecordvliegtuig moet zowel het vermogen hebben om zich tijdens de lancering als een dartpijl te gedragen, en als een zweefvliegtuig nadat het is afgevlakt – een lastige balans. “Mensen realiseren zich niet hoe graag ik mijn vliegtuig de lange kant op zou willen vouwen,” zegt Blackburn, wat hem in staat zou stellen vleugels te maken van de 11-inch in plaats van 8,5-inch kant van het papier. Maar tot nu toe is hij er niet in geslaagd om een ontwerp te vinden dat zowel lange vleugels heeft als het vermogen om de kracht van de bijna 60 mph lanceringsworp te weerstaan.
De vorm van de vleugels bepaalt ook andere aspecten van het ontwerp.
“Voor een rechthoekige, of bijna rechthoekige, vleugel moet het zwaartepunt op een kwart van de afstand van tip tot staart liggen,” zegt Blackburn, “maar voor een vliegtuig met driehoekige vleugels moet het zwaartepunt precies in het midden liggen.” In principe komt dit omdat de extra lift van een rechthoekige vleugel extra gewicht aan de voorkant vereist om te voorkomen dat het vliegtuig onmiddellijk de neus omhoog trekt en flipt in plaats van vliegt. “Hoe verder je zwaartepunt naar voren ligt, hoe meer je vliegtuig zich gedraagt als een windvaan,” zegt Blackburn. Maar je wilt geen aambeeld aan de neus hangen – dat zou het effect van lift teniet doen. Dus een optimaal ontwerp is een balans tussen stabiliteit en lift.
Mathematisch betekent dit dat je in een vliegtuig met vierkante vleugels precies de helft van het vliegtuiggewicht recht voor op de neus nodig hebt om het volledige zwaartepunt een kwart van de weg naar achteren te laten rusten. Bijvoorbeeld, in het super-eenvoudige vliegtuig gemaakt door de 8,5 “kant van een stuk papier meervoudig naar beneden te vouwen en vleugels te vouwen, zou je precies de helft van het papier in de voorrand van het vliegtuig willen vouwen.
Recreatief kun je het zwaartepunt van je papieren vliegtuig aanpassen met een paperclip. Een spiekclip helpt ook om ervoor te zorgen dat het zwaartepunt van je vliegtuigje onder de vleugel blijft, op de romp, waardoor je vliegtuigje stabiel rechtop blijft staan. Maar de wereldrecord regels verbieden elke toevoeging aan het papier, dus creatief vouwen is vereist. In plaats van aerodynamische ballast toe te voegen, vouw je de vleugels iets omhoog, zodat wanneer je rechtstreeks naar de neus van het vliegtuig kijkt, de romp en de vleugels de letter “Y” vormen, niet de letter “T” (horizontale vleugels) en zeker niet als een naar boven gerichte pijl of een kerstboom met drie lijnen (naar beneden gerichte vleugels).
Blackburn vouwt ook voorzichtig de achterrand van de vleugel omhoog om zijn lanceerbare dartpijl iets meer op een zweefvliegtuig te laten lijken wanneer het eenmaal is geland. Flappen omhoog betekent dat lucht op de achterrand drukt, waardoor het vliegtuig lichtjes rond zijn zwaartepunt draait en de neus omhoog blijft. Net als de space shuttle, die wordt gedwongen om te landen met de neus hoog in de lucht, een verhoogde invalshoek creëert meer lift (zolang het niet het vliegtuig flip).
Opvallend al deze ontwerpkenmerken in de plannen voor Blackburn’s wereld-record papieren vliegtuigje, hierboven afgebeeld. Maar merk ook op dat er misschien ruimte is voor verbetering – kun je de vleugels langer maken en toch een dartele lancering mogelijk maken? Zo ja, dan kan het wereldrecord papieren vliegtuigje en al zijn glorie de jouwe zijn.
