模子飞机的机闭及筑制

  模型飞机的结构及制作_建筑/土木_工程科技_专业资料。航空模型的结构及制作方法

  第一单元 模型飞机的结构及制作 单元简介 本单元主要介绍航空模型组成部分及模型的制作、试飞等相关常识,要求学生 了解模型飞机的主要结构、各主要部分的功能以及模型飞机飞行的简单操作方 法。 第一课 航空模型常识 一、什么叫航空模型 在国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的,有 尺寸限制的,带有或不带有发动机的,不能载人的航空器,就叫航空模型。其 技术要求是: 最大飞行重量同燃料在内为五千克; 最大升力面积一百五十平方分米; 最大的翼载荷 100 克/平方分米; 活塞式发动机最大工作容积 10 亳升。 1、什么叫飞机模型 一般认为不能飞行的,以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型叫 飞 机模型。 2、什么叫模型飞机 一般称能在空中飞行的模型为模型飞机,叫航空模型。 二、模型飞机的组成 模型飞机一般与载人的飞机一样,主要由机翼、尾翼、机身、起落架和发 动机五部分组成。 1、机翼——是模型飞机在飞行时产生升力的装置,并能保持模型飞机飞机 飞行时的横侧安定。 2、尾翼——包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。水平尾翼可保持模型飞机飞 行时的俯仰安定,垂直尾翼保持模型飞机飞行时 的方向安定。水平尾翼上的升 降舵能控制模型飞机的升降, 垂直尾翼上的方向舵可控制模型飞机的飞行方 向。 3、机身——将模型的各部分联结成一个整体的主干部分叫机身。同时机身 内可以装载必要的控制机件,设备和燃料等。 4、起落架——供模型飞机起飞、着陆和停放的装置。前部一个起落架 , 后面两面三个起落架叫前三点式;前部两面三个起落架,后面一个起落架叫后 三点式。 5、发动机——它是模型飞机产生飞行动力的装置。模型飞机常用的动力装 置有:橡筋束、活塞式发动机、喷气式发动机、电动机。 三、航空模型技术常用术语 1、翼展——机翼(尾翼)左右翼尖间的直线距离。 (穿过机身部分也计算 在内) 。 2、机身全长——模型飞机最前端到最末端的直线、重心——模型飞机各部分重力的合力作用点称为重心。 4、尾心臂——由重心到水平尾翼前缘四分之一弦长处的距离。 5、翼型——机翼或尾翼的横剖面形状。 6、前缘——翼型的最前端。 7、后缘——翼型的最后端。 8、翼弦——前后缘之间的连线、展弦比——翼展与平均翼弦长度的比值。展弦比大说明机翼狭长。 四、航空模型分类 自由飞行类 模型种类:飞机、滑翔机、直升机、伞翼飞机。 动力形式:弹射、手掷、牵引线、橡筋、活塞发动机、电动机、二氧化碳 气体。 比赛场地:室内或室外开阔场地 比赛科目:留空时间、飞行距离、飞行高度、直线速度。 线操纵类 动力形式:活塞发动机(电热式、压燃式)、脉动喷气发动机、电动机等。 控制方式:双线或多线操纵 比赛场地:圆形飞行场地(直径 60 米、沥清或水泥地面),空战项目为草 皮场地。 比赛科目:竞速、特技、小组竞速、空战、电动特技、甩动特技、风动特 技。 特技动作:包括平飞、爬升、俯冲、着陆、内外筋斗、倒飞、横竖 8 字等。 无线电遥控类(加入图遥控飞机) 模型种类:飞机、滑翔机、直升机 动力形式:电动机、活塞发动机、汽油发动机、涡轮喷气发动机等。 控制方式:无线电遥控 比赛场地:起降跑道一般为 150m×20m 沥清跑面 比赛科目:特级飞行、留空时间、封闭距离、封闭速度、绕标竞速、定点 空投等。 特技动作:规定动作与自选动作。 像真模型类 技术要求:按成功飞行过的航空器缩小比例制作(包括几何尺寸,外表涂 装) 动力形式:活塞发动机、涡喷发动机等。 控制方式:线操纵、无线电遥控。 场地要求:线 米圆形平整地面,遥控为 150m×20m 沥清或水泥跑 道(涡喷发动机为 250m×20m 跑道)。 比赛方法:模型仿真度评分与飞行仿真评分。 电动类 模型种类:飞机、滑翔机、直升机 动力形式:电动机(动力电源42V) 控制方式:无线m 沥清或水泥跑道、开阔地面。 比赛科目:特技动作、留空时间、封闭距离、封闭速度、绕标竞速等。 五、学生活动及辅导建议 航空模型活动一般包括制作、放飞和比赛三种方式,也可据此划分为三个 阶段。 制作活动的任务是完成模型制作和装配。通过制作活动对学生进行劳动观 点、劳动习惯和劳动技能的教育。使他们学会使用工具,识别材料、掌握加工 过程和得到动手能力的训练。 放飞是学生更加喜爱的活动,成功的放飞,可以大大提高他们的兴趣。放 飞活动要精心辅导,要遵循放飞的程序,要介绍飞行调整的知识,要有示范和 实际飞行情况的讲评。通过放飞对学生进行应用知识和身体素质的训练。 比赛可以把活动推向高潮,优胜者受到鼓舞,信心十足:失利者或得到教 训,或不服输也会憋足劲头。是引导学生总结经验,激发创造性和不断进取精 神的好形式。参加大型比赛将使他们得到极大的锻炼而终生不忘。 第二课 飞行调整的基础知识 飞行调整是飞行原理的应用。没有起码的飞行原理知识,就很难调好飞好 模型。辅导员要引导学生学习航空知识,并根据其接受能力、结合制作和放飞 的需要介绍有关基础知识。同时也要防止把航模活动变成专门的理论课。 一、升力和阻力 飞机和模型飞机之所以能飞起来,是因为机翼的升力克服了重力。机翼的 升力是机翼上下空气压力差形成的。当模型在空中飞行时,机翼上表面的空气 流速加快,压强减小;机翼下表面的空气流速减慢压强加大(伯努利定律)。这 是造成机翼上下压力差的原因。 造成机翼上下流速变化的原因有两个:a、不对称的翼型;b、机翼和相对 气流有迎角。翼型是机翼剖面的形状。机翼剖面多为不对称形,如下弧平直上 弧向上弯曲(平凸型)和上下弧都向上弯曲(凹凸型)。对称翼型则必须有一定的 迎角才产生升力。 升力的大小主要取决于四个因素:a、升力与机翼面积成正比;b、升力和 飞机速度的平方成正比。同样条件下,飞行速度越快升力越大;c、升力与翼型 有关,通常不对称翼型机翼的升力较大;d、升力与迎角有关,小迎角时升力(系 数)随迎角直线增长,到一定界限后迎角增大升力反而急速减小,这个分界叫临 界迎角。 机翼和水平尾翼除产生升力外也产生阻力,其他部件一般只产生阻力。 二、平飞 水平匀速直线飞行叫平飞。平飞是最基本的飞行姿态。维持平飞的条件是: 升力等于重力,拉力等于阻力(图 3)。 由于升力、阻力都和飞行速度有关,一架原来平飞中的模型如果增大了马 力,拉力就会大于阻力使飞行速度加快。飞行速度加快后,升力随之增大,升 力大于重力模型将逐渐爬升。为了使模型在较大马力和飞行速度下仍保持平飞, 就必须相应减小迎角。反之,为了使模型在较小马力和速度条件下维持平飞, 就必须相应的加大迎角。所以操纵(调整)模型到平飞状态,实质上是发动机马 力和飞行迎角的正确匹配。 三、爬升 前面提到模型平飞时如加大马力就转为爬升的情况。爬升轨迹与水平面形 成的夹角叫爬升角。一定马力在一定爬升角条件下可能达到新的力平衡,模型 进入稳定爬升状态(速度和爬角都保持不变)。稳定爬升的具体条件是:拉力等 于阻力加重力向后的分力;升力等于重力的另一分力。爬升时一部分重力由拉 力负担,所以需要较大的拉力,升力的负担反而减少了(图 4)。 和平飞相似,为了保持一定爬升角条件下的稳定爬升,也需要马力和迎角的恰 当匹配。打破了这种匹配将不能保持稳定爬升。例如马力增大将引起速度增大, 升力增大,使爬升角增大。如马力太大,将使爬升角不断增大,模型沿弧形轨 迹爬升,这就是常见的拉翻现象(图 5)。 四、滑翔 滑翔是没有动力的飞行。滑翔时,模型的阻力由重力的分力平衡,所以滑 翔只能沿斜线向下飞行。滑翔轨迹与水平面的夹角叫滑翔角。 稳定滑翔(滑翔角、 滑翔速度均保持不变)的条件是: 阻力等于重力的向前分力; 升力等于重力的另一分力。 滑翔角是滑翔性能的重要方面。滑翔角越小,在同一高度的滑翔距离越远。 滑翔距离(L)与下降高度(h)的比值叫滑翔比(k),滑翔比等于滑翔角的余切滑翔 比,等于模型升力与阻力之比(升阻比)。 Ctgθ =1/h=k。 滑翔速度是滑翔性能的另一个重要方面。模型升力系数越大,滑翔速度越 小;模型翼载荷越大,滑翔速度越大。 调整某一架模型飞机时,主要用升降调整片和重心前后移动来改变机翼迎 角以达到改变滑翔状态的目的。 五、力矩平衡和调整手段 调整模型不但要注意力的平衡,同时还要注意力矩的平衡。力矩是力的转 动作用。模型飞机在空中的转动中心是自身的重心,所以重力对模型不产生转 动力矩。其它的力只要不通重心,就对重心产生力矩。为了便于对模型转动进 行分析,把绕重心的转动分解为绕三根假想轴的转动,这三根轴互相垂直并交 于重心(图 7)。贯穿模型前后的叫纵轴,绕纵轴的转动就是模型的滚转;贯穿 模型上下的叫立轴,绕立轴的转动是模型的方向偏转;贯穿模型左右的叫横轴, 绕横轴的转动是模型的俯仰。 对于调整模型来说,主要涉及四种力矩;这就是机翼的升力力矩,水平尾 翼的升力力矩;发动机的拉力力矩;动力系统的反作用力矩。 机翼升力力矩与俯仰平衡有关。决定机翼升力矩的主要因素有重心纵向位 置、机翼安装角、机翼面积。 水平尾翼升力力矩也是俯仰力矩,它的大小取决于尾力臂、水平尾翼安装 角和面积。 拉力线如果不通过重心就会形成俯仰力矩或方向力矩,拉力力矩的大小决 定于拉力和拉力线偏离重心距离的大小。发动机反作用力矩是横侧(滚转)力矩, 它的方向和螺旋桨旋转方向相反,它的大小与动力和螺旋桨质量有关。 俯仰力矩平衡决定机翼的迎角:增大抬头力矩或减小低头力矩将增大迎角; 反之将减小迎角。所以俯仰力矩平衡的调整最为重要。一般用升降调整片、调 整机翼或水平尾翼安装角、改变拉力上下倾角、前后移动重心未实现。 方向力矩平衡主要用方向调整片和拉力左右倾角来调整。横侧力矩平衡主 要用副翼来调整。 第三课 一、检查校正 检查校正和手掷试飞 一架模型飞机制作装配完毕后都应进行检查和必要的校正。 检查的内容是 模型的几何尺寸和重心位置。检查的方法一般为目测,为更精确起见,有些项 目也可以进行一些简单的测量。 目测法是从三视图的三个方向观察模型的几何尺寸是否准确。 正视方向主 要看机翼两边上反角是否相等;机翼有无扭曲;尾翼是否偏斜或扭曲。侧视方 向主要看机翼和水平尾翼的安装角和它们的安装角差;拉力线上下倾角。俯视 方向主要看垂直尾翼有无偏斜;拉力线左右倾角情况;机翼、水平尾翼是否偏 斜。 小模型一般用支点法检查重心,选一点支撑模型,当模型平稳时,该支点 就是重心的位置。 检查中如发现重大误差,应在试飞前纠正。如误差较小,可以暂不纠正, 但应心中有数,在试飞中进一步观察。 二、手掷试飞 手掷试飞的目的是观察和调整滑翔性能。方法是右手执机身(模型重心部 位),高举过头,模型保持平正,机头向前正对风向下倾 10 度左右,沿机身方 向以适当的速度将模型直线掷出,模型进入独立滑翔飞行状态。手掷方法要多 次练习,要注意纠正各种不正确的方法,比较普遍的毛病有:模型左右倾斜或 机头上仰;出手不是从后向前的直线,而是绕臂根划弧线;出手方向不是沿机 身向前,而是向上抛掷;出手速度太大或太小。 出手后如模型直线小角度平稳滑翔属正常飞行,稍有转弯也属正常状态。 遇有下列不正常的飞行姿态, 就应进行调整,使模型达到正常的滑翔状态 1、波状飞行:滑翔轨迹起伏如波浪。一般称之为“头轻”即重心太靠后。 这种说法虽正确但不够全面。 实际上一切抬头力矩过大或低头力矩过小造成的 迎角过大都会造成波状飞行。调整的方法有:a、推杆(升降调整片下扳);b、 重心前移(机头配重);c、减小机翼安装角;d、加大水平尾翼安装角(作用同 推杆)。 2、俯冲:模型大角度下 冲。一般叫“头重” ,这种说法也不够全面。一切抬头力矩过小,低头力矩过 大造成的迎角过小都会造成模型俯冲。调整的方法有:a、拉杆(升降调整片上 翘);b、重心后移(减少机头配重);c、加大机翼安装角;d、减小水平尾翼安 装角(作用同拉杆)。 3、急转下冲:模型向左(或向右)急转弯下冲。原因是方向力矩不平衡或 横侧力矩不平衡。 具体原因多为机翼扭曲造成的左右升力不等或垂直尾翼纵向 偏转形成的方向偏转力矩。机身左右弯曲的后果与垂直尾偏 转相同,也可能 造成急转下冲。调整的方法有:a、向转弯反向扳方向调整片(蹬舵);b、修正 机翼扭曲(相当于压杆操纵副翼)。 飞机或高级模型飞机的操纵其原理和调整模型相同, 都是改变力矩平衡状 态。初级模型一般没有这些舵面,只好用改变这些空气动力面形态的方法来达 到调整的目的,方法有三种: a、加温定形:把需要调整的部位用手扳到一定角度同时加温(哈气、吹热 风、烘烤等),停留一定时间使之变形。这种方法适用于纸、吹塑纸、木片部 件。一般扳动角度越犬,温度越高,保持时间越长调整变形越多。 b、收缩变形:在需要调整的翼面的一面刷适当浓度的透布油,这一面将 随透布油固化而收缩使翼面交形。 c、型架定形。将翼面按调整要求在型架上固定达到改变形态的目的。一 般配合使用加温或刷涂料。这种方法适用于构架式的翼面的调整。 第四课 一、三种飞行方式 手掷直线距离科目 本科目是在限定宽度条件下比赛往返手掷飞行距离。决定成绩的因素有三 个:a、投掷技术;b、模型的滑翔性能;c、模型的直线飞行性能。飞行方式 有以下三种: 1、自然滑翔直线飞行:出手速度和模型的滑翔速度相同,出手后模型沿 滑翔轨迹直线滑翔,飞行距离取决于出手高度和滑翔比,一般在 6 一 10 米之 间。 2、 水平前冲直线飞行: 出手 度稍大于模型的滑翔速度, 手后模型先水平直线前冲一 距离后过渡到自然滑翔。这种方式比自然滑翔距离可能提高 2 一 5 米。 3、爬升前冲直线飞行:以更大的速度出手并且可以有小的出手角。出手 后模型沿小角度直线爬升,然后转入滑翔。这种方式可能比自然滑翔距离提高 5 一 10 米以上。 第一种方式成绩较低,但容易掌握,成功率高。后两种方式飞行距离远, 但放飞、调整技术难度大、成功率较低。因为(a)方向偏差和飞行距离成正比, 增大飞行距离后模型飞出边线机率增加(飞出边线后成绩无效);(b)前冲特别 是爬升前冲容易使模型失速下冲或改变航向飞出边线。因此,为了取得好的成 绩,就需要了解更多的飞行调整知识,提高体能,熟练地应用投掷技巧。 二、模型的调整 1、滑翔性能。滑翔性能是飞出较大直线距离的基础。调整时应注意两个 问题。一个是最大限度的减小阻力,模型表面要保持光滑,零部件采用流线形 (也括配重),前后缘打磨为圆形,翼面平整不要扭曲等,减小阻力可以增大升 阻比,即可以增大滑翔比。 第二点是调整到有利迎角。迎角由升降调整片来控制。不同迎角模型的升阻比 速 出 段 不同,有利迎角升阻比最大,同一高度的滑翔距离最远。正常滑翔后,还需微 调升降调整片,找到一个最佳舵位。 2、模型的配重。许多人有一种印象,似乎模型越重越飞不远。其实不然。 模型的滑翔比和重量无关。另一方面,重量小模型的动能就小,克服阻力的能 力就小,手掷距离反而小。轻飘飘的稻草扔不远也是这个道理。所以,手掷直 线距离项目的模型,在规则允许的范围内,应适当增大重量,以加大模型的动 能。 3、机翼的刚性。手掷模型的初速较大,机翼承受弯曲力矩大,容易变形 甚至颤振而影响飞行性能。为此,制作时要小心操作,不让翼面出现折痕。如 刚性仍不足,就要适当加强。方法是在翼根和机身接合处抹胶水,也可在翼根 部单面域双面贴加强务(如胶带纸)。 4、直线飞行的调整 a、 理想的直线飞行是模型既没有方向不平衡力矩又没有横侧不平衡力矩, 即垂直尾翼没有偏角(方向调整片中立位置),左右机翼完全对称(没有副翼作 用)。这种情况不但阻力最小,而且能适应速度的变化。 b、实际上模型一般总是转弯的,原因不外乎机翼不对称(多数情况是机翼 扭曲),产生了滚传力矩,或是垂直尾翼有偏角产生了方向力矩。遇到这种情 况最好查明原因“对症下药” ,以达到接近理想的直线飞行。我们把这种调整 方法叫做“直接调整法” 。 c、还有一种调整方法,例如由于机翼扭曲产生向左滚转的力矩,模型向 左倾斜,升力向左的分力使模型左转弯。这种情况不直接纠正机翼的扭曲,而 是给一点右舵,也可以使模型直飞。这种调整方法叫“间接调整法” 。间接调 整虽然也能实现直线飞行,但这种直线飞行是有缺陷的:一是增大了阻力,降 低了滑翔性能; 二是难于适应速度的变化, 不少模型前一段基本上能保持直线, 后一段转弯偏航,其原因多半是间接调整造成的。 因此,应尽量采用“直接调整法” ,避免“间接调整法” 。 5、克服前冲失速的方法 前面提到前冲和前冲爬升可以大幅度提高飞行成绩, 但同时又存在失速下 冲和失速转向的危险。因此克服前冲失速是提高成绩的关键。 克服前冲失速的措施是提高俯仰安定性。具体做法是适当配重前移重心, 同时相应加大机翼,水平尾翼的安装角差,以保持俯仰平衡。这样当模型前冲 抬头机翼逐渐接近失速时,水平尾翼因按装角小尚未失速,水平尾翼仍有足够 的低头力矩使模型转入滑翔。 克服前冲失速的另一个办法是用较小的迎角飞行。事实证明,迎角越大越 容易失速下冲,迎角越小越不容易进入失速下冲。 失速转弯是机翼扭曲造成的,机翼扭曲时,必有一侧安装角交大(另一侧 变小) ,接近失速时这一半机翼先失速,并使模型倾斜转弯。前面提到的间接 调整的缺陷尤其表现在这种情况,所以机翼的扭曲必须彻底纠正。 三、投掷技巧 模型调好之后,决定飞行成绩完全取决于投掷技巧了。好的技巧能充分发 挥模型的飞行性能,甚至可以弥补模型的某些缺陷。所以,并不是一投了事, 要反复练习掌握要领: 1、助跑、投掷的动作要协调,使模型保持平稳,忌 抖动和划圆弧。 2、恰当的出手速度。出手速度不是固定不变的,不 同的调整状况,不同 的飞行方式,不同的风速风向要求有不同的出手速度。争取做到随心所欲,准 确无误。 3、恰当的出手角度。一般自然滑翔方式出手应有一个很小的负角;水平前 冲方式的出手角一般为零度(水平);爬升前冲方应有一个适当的正角(仰角)。 4、出手点和出手方向:如果模型是完全直线飞行的,在无风情况下,运 动员应在起飞线的中点向正前方出手,这样成功率最高。但事实上转弯的模型 占绝大多数,侧风放飞的情况也占大多数。聪明的运动员善于利用出手点和出 手方向的变化来修正由于侧风和模型转变引起的偏差。例如右转弯模型如果在 起飞线正中放飞就可能从右方飞出边线,如果又碰上左侧风,情况就更严重。 假如换一个方法——出手点选在起飞线左侧,出手方向有意识左偏。这样前半 段模型可能在空中飞出左边线,而后半段可能绕回来在场内着陆,使成绩有效。 5、风与投掷时机:风对飞行的影响有不利的一面,另外也有有利的方面。 例如顺风能增大飞行距离;逆风则减小飞行距离,侧风有时加剧偏航,有时又 减小偏航。风一般是阵性的,风速和风向在不断变化。要善于捕捉最佳出手时 机。例如顺风时最好大风瞬间出手,逆风时在弱风瞬间出手。