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气动模型：现实 vs 游戏

风帆（Create 普通帆）与对称风帆（Simulated Symmetric Sail）在游戏里如何产生升力与阻力，以及为什么不能照搬现实航空学。公式与系数来自 Sable / Simulated 源码（BlockSubLevelLiftProvider.sable$contributeLiftAndDrag()），与飞行管理计算机的 solveSailLift / solveSailDirectionlessDrag 工具同源。

游戏气动 ≠ 现实气动：三条根本差异

先记住这三条，所有"位置规则"都由它们推出，不是航空学搬运：

  1. 力的方向是"机体固定"的，不随气流方向翻转

    现实：翼型升力垂直于气流、随攻角连续改向。游戏：普通帆升力恒沿帆面法线 +n，对称帆阻力沿 ±n，无方向阻尼沿 -v。→ 帆的摆向决定力的方向：倒扣时机翼升力朝下压。

  2. 力的大小 ∝ 局部气流速度（线性），不是 v²

    现实：动压 q = ½ρv²。游戏：每块帆 F ≈ k·P·Δt·v。→ 低速气动力线性衰减；速度为零就没有任何气动力。

  3. 攻角（α）效应只来自 (n·v) 项，且只有对称帆/法向阻力是"奇函数"

    普通帆升力随 (n·v)² 减小（偶函数，对 ±α 对称）；对称帆法向阻力是 (n·v) 线性项（奇函数，抬头/低头扰动产生方向相反、大小对称的恢复力）。

→ 推论：现实"重心在气动中心之前 → 静稳定"依赖机翼升力随 α 增长，游戏里普通帆升力对 ±α 对称减小，这条规则不能照搬。游戏里真正提供双向静稳定的是奇函数面（对称帆法向阻力）放在重心后方——它像风向标/α 弹簧，把机体拉回与气流对齐。

通用公式：每块帆每个物理子步都算一次

每个物理子步 Δt、每块帆，算法骨架相同（参数不同，见下两节）：

  1. 法线 n：风帆 = FACING 反方向；对称风帆 = AXIS 正方向。帆在 contraption 里时先经 localPose 旋转到子层级坐标系。
  2. 局部气流速度（在帆方块中心取）： 
    v = R⁻¹( 整机线速度 V + 角速度 ω × (方块中心 − 子层级原点) )
    → 远离重心的帆会"感受到"旋转，自动产生气动阻尼。
  3. 该处气压 P：DimensionPhysicsData.getAirPressure(...)，随高度按维度压力曲线衰减（主世界 300 m ≈ 0.39）。
  4. 法向阻力（沿帆面法线）：大小 = k1·|n·v|·P·Δt，施加到机体取负 → 抵消速度在帆面法线上的分量。
  5. 无方向阻力（线性阻尼，与 v 反向）：大小 = k2·|v|·P·Δt，恒抵消速度。
  6. 升力（仅普通帆有，见下）：方向恒沿 +n，大小 = k3·|TEMP|·P·Δt。
  7. 施力点 = 帆方块中心（pos+0.5），力矩 τ = (施力点 − 重心) × 力 → 帆离重心越远，同样力产生的力矩越大。

Create 普通帆（风帆）：升力 + 阻力

由 Create 兼容 mixin（SailBlockMixin）注入接口，参数全用 Sable 默认值：

参数 值 含义
法线 n FACING 反方向 升力/法向阻力的轴向
升力系数 k3 0.475 普通帆才产生升力
法向阻力系数 k1 0.75 垂直帆面的阻力
无方向阻力系数 k2 0.06888202261 线性阻尼（(−0.75+√(0.75²+0.475²))/2，恰好压住默认升力发散的最小阻尼）

每个物理子步的算法：

  1. 法向阻力（k1 = 0.75）：F_par = n·(n·v)·0.75·P·Δt，施加到机体取负 → 抵消速度在法线上的分量；大小 = |n·v|·0.75·P·Δt。
  2. 无方向阻力（k2）：与 v 反向，大小 = |v|·0.06888·P·Δt。
  3. 升力（普通帆核心输出，k3 = 0.475）：
  4. 先从速度里扣掉已被法向阻力吃掉的部分：TEMP = v − F_par 矢量
  5. 大小 = |TEMP|·0.475·P·Δt（≈ 随该处局部气流速度增长）
  6. 方向 = 恒沿 n（FACING 反方向），没有 (n·v) 那样的符号翻转——帆永远被往 n 那一侧推。
  7. 施力点 = 帆方块中心，力矩 = (施力点 − 重心) × 力。

对设计的直接含义：

  • 普通帆 = "升力为主"的升力面。升力方向固定在帆自身坐标系（n 侧），随机体一起转动——机体倒扣时 n 朝下 → 升力也朝下（压向地面）；只有姿态摆正、n 侧朝上才是可靠升力。
  • 升力/阻力大小都 ∝ 该处局部气流速度 |v|（线速度 + 角速度×力臂）→ 帆离重心越远，同样的机体运动产生更大的力与力矩（阻尼、配平、控制都靠这个）。
  • 全部力受 P（维度气压 basePressure × 高度曲线）整体缩放。

对称风帆（Symmetric Sail）：只产生阻力

Simulated 的 SymmetricSailBlock 不算力，只是 Sable BlockSubLevelLiftProvider 接口的实现，参数覆写为：

参数 对称风帆 普通帆（默认） 含义
法线 n AXIS 正方向 FACING 反方向 帆面法线
升力系数 k3 0（覆写） 0.475 对称帆不产生升力
法向阻力系数 k1 1.75（覆写） 0.75 垂直帆面的阻力（2.3 倍）
无方向阻力系数 k2 0.06888202261（未覆写） 0.06888202261 线性阻尼

每个物理子步的算法：

  1. 法向阻力（对称帆的主力）：大小 = |n·v|·1.75·P·Δt，方向沿法线 n、符号跟随 (n·v)，施加到机体取负 → 效果永远是"抵消速度在帆面法线上的分量"。
  2. n·v = 0（气流顺着帆面）时此项为 0，帆"没有效果"；偏转出角度阻力才出现 → 舵面/安定面因此能产生控制力矩。
  3. 无方向阻力（k2）：与 v 反向，大小 = |v|·0.06888·P·Δt（恒抵消线速度）。
  4. 升力 = 0 → 对称帆只产生阻力（这正是它名字的由来）。
  5. 施力点 = 帆方块中心，力矩 = (施力点 − 重心) × 力。

对设计的直接含义：

  • 对称帆 = 纯阻力/阻尼面：尾翼越大、离重心越远，俯仰/偏航阻尼越强、飞机越"稳"，但也会更迟钝。
  • 对称帆 = "风向标式 α 弹簧"：法向阻力 (n·v) 是奇函数，抬头/低头扰动产生方向相反的恢复力——只要放在重心后方，光靠对称帆尾翼就能提供双向静稳定，不需要"升力中心在重心之后"。刚度 ∝ k1·P·V·力臂（高空/低速时刚度自动变弱）。
  • 1.75 是普通帆法向系数（0.75）的 2.3 倍，且升力为 0 → 对称帆偏转后阻力方向改变 → 产生控制力矩（官方 ponder：尾部对称帆 + 旋转轴承 30° 就是方向舵）。
  • 整个阻力受 P 缩放：改维度 dimension_physics 数据包的气压/高度曲线，会整体缩放所有帆的阻力（和普通帆的升力）。

别忘了：通用阻力（universal drag）

上述都是"帆"的力。除此之外，Rapier 还给每个物理体施加恒定速度阻尼（默认 d = 0.09），直接衰减刚体速度、不经过力组——图纸和记录器都看不到它。等效力：

F = −m·d·v   （与速度成正比、与质量成正比、不乘气压 P）

巡航时它通常是最大的阻力项（比帆阻力还大近一倍），做净力平衡（推力 − 帆阻力 − 通用阻力 ≈ 0）时必须补上。详见飞行管理计算机的"通用阻力"一节与 getUniversalDragForce 工具。

相关页面

  • 飞行管理计算机 — solveSailLift / solveSailDirectionlessDrag / getUniversalDragForce / solveMaxCruise 工具
  • 教练机 — 应用这些规则设计的可飞示例