《航空模型》1982年創刊,是由中國科學技術協會主管,中國航空學會和中國航空運動協會聯合主辦,北京航空航天大學航空期刊雜誌社《航空模型》編輯部編輯出版的中國模型科普期刊。
基本介紹
- 中文名:航空模型
- 外文名:Model airplane
- 主管單位:中國科學技術協會
- 主辦單位:中國航空學會 中國航空運動協會
《航空模型》封面航空模型活動一般包括製作、放飛和比賽三種方式,也可據此劃分為三個階段。
製作活動的任務是完成模型製作和裝配。通過製作活動對學生進行勞動觀點、勞動習慣和勞動技能的教育。使他們學會使用工具,識別材料、掌握加工過程和得到動手能力的訓練。
放飛是學生更加喜愛的活動,成功的放飛,可以大大提高他們的興趣。放飛活動要精心輔導,要遵循放飛的程式,要介紹飛行調整的知識,要有示範和實際飛行情況的講評。通過放飛對學生進行套用知識和身體素質的訓練。
比賽可以把活動推向高潮,優勝者受到鼓舞,信心十足:失利者或得到教訓,或不服輸也會憋足勁頭。是引導學生總結經驗,激發創造性和不斷進取精神的好形式。參加大型比賽將使他們得到極大的鍛鍊而終生不忘。
第二節 飛行調整的基礎知識
飛行調整是飛行原理的套用。沒有起碼的飛行原理知識,就很難調好飛好模型。輔導員要引導學生學習航空知識,並根據其接受能力、結合製作和放飛的需要介紹有關基礎知識。同時也要防止把航模活動變成專門的理論課。
一、升力和阻力
飛機和模型飛機之所以能飛起來,是因為機翼的升力克服了重力。機翼的升力是機翼上下空氣壓力差形成的。當模型在空中飛行時,機翼上表面的空氣流速加快,壓強減小;機翼下表面的空氣流速減慢壓強加大(伯努利定律)。這是造成機翼上下壓力差的原因。
造成機翼上下流速變化的原因有兩個:a、不對稱的翼型;b、機翼和相對氣流有迎角。翼型是機翼剖面的形狀。機翼剖面多為不對稱形,如下弧平直上弧向上彎曲(平凸型)和上下弧都向上彎曲(凹凸型)。對稱翼型則必須有一定的迎角才產生升力。
升力的大小主要取決於四個因素:a、升力與機翼面積成正比;b、升力和飛機速度的平方成正比。同樣條件下,飛行速度越快升力越大;c、升力與翼型有關,通常不對稱翼型機翼的升力較大;d、升力與迎角有關,小迎角時升力(係數)隨迎角直線增長,到一定界限後迎角增大升力反而急速減小,這個分界叫臨界迎角。
機翼和水平尾翼除產生升力外也產生阻力,其他部件一般只產生阻力。
二、平飛
水平勻速直線飛行叫平飛。平飛是最基本的飛行姿態。維持平飛的條件是:升力等於重力,拉力等於阻力。
由於升力、阻力都和飛行速度有關,一架原來平飛中的模型如果增大了馬力,拉力就會大於阻力使飛行速度加快。飛行速度加快後,升力隨之增大,升力大於重力模型將逐漸爬升。為了使模型在較大馬力和飛行速度下仍保持平飛,就必須相應減小迎角。反之,為了使模型在較小馬力和速度條件下維持平飛,就必須相應的加大迎角。所以操縱(調整)模型到平飛狀態,實質上是發動機馬力和飛行迎角的正確匹配。
三、爬升
前面提到模型平飛時如加大馬力就轉為爬升的情況。爬升軌跡與水平面形成的夾角叫爬升角。一定馬力在一定爬升角條件下可能達到新的力平衡,模型進入穩定爬升狀態(速度和爬角都保持不變)。穩定爬升的具體條件是:拉力等於阻力加重力向後的分力(F=X十Gsinθ);升力等於重力的另一分力(Y=GCosθ)。爬升時一部分重力由拉力負擔,所以需要較大的拉力,升力的負擔反而減少了。
和平飛相似,為了保持一定爬升角條件下的穩定爬升,也需要馬力和迎角的恰當匹配。打破了這種匹配將不能保持穩定爬升。例如馬力增大將引起速度增大,升力增大,使爬升角增大。如馬力太大,將使爬升角不斷增大,模型沿弧形軌跡爬升,這就是常見的拉翻現象。
四、滑翔
滑翔是沒有動力的飛行。滑翔時,模型的阻力由重力的分力平衡,所以滑翔只能沿斜線向下飛行。滑翔軌跡與水平面的夾角叫滑翔角。
穩定滑翔(滑翔角、滑翔速度均保持不變)的條件是:阻力等於重力的向前分力(X=GSinθ);升力等於重力的另一分力(Y=GCosθ)。
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離越遠。滑翔距離(L)與下降高度(h)的比值叫滑翔比(k),滑翔比等於滑翔角的餘切滑翔比,等於模型升力與阻力之比(升阻比)。 Ctgθ=1/h=k。
滑翔速度是滑翔性能的另一個重要方面。模型升力係數越大,滑翔速度越小;模型翼載荷越大,滑翔速度越大。
調整某一架模型飛機時,主要用升降調整片和重心前後移動來改變機翼迎角以達到改變滑翔狀態的目的。
對於調整模型來說,主要涉及四種力矩;這就是機翼的升力力矩,水平尾翼的升力力矩;發動機的拉力力矩;動力系統的反作用力矩。
機翼升力力矩與俯仰平衡有關。決定機翼升力矩的主要因素有重心縱向位置、機翼安裝角、機翼面積。
水平尾翼升力力矩也是俯仰力矩,它的大小取決於尾力臂、水平尾翼安裝角和面積。
拉力線如果不通過重心就會形成俯仰力矩或方向力矩,拉力力矩的大小決定於拉力和拉力線偏離重心距離的大小。發動機反作用力矩是橫側(滾轉)力矩,它的方向和螺旋槳旋轉方向相反,它的大小與動力和螺旋槳質量有關。
俯仰力矩平衡決定機翼的迎角:增大抬頭力矩或減小低頭力矩將增大迎角;反之將減小迎角。所以俯仰力矩平衡的調整最為重要。一般用升降調整片、調整機翼或水平尾翼安裝角、改變拉力上下傾角、前後移動重心未實現。
方向力矩平衡主要用方向調整片和拉力左右傾角來調整。橫側力矩平衡主要用副翼來調整。
一、檢查校正
一架模型飛機製作裝配完畢後都應進行檢查和必要的校正。檢查的內容是模型的幾何尺寸和重心位置。檢查的方法一般為目測,為更精確起見,有些項目也可以進行一些簡單的測量。
目測法是從三視圖的三個方向觀察模型的幾何尺寸是否準確。正視方向主要看機翼兩邊上反角是否相等;機翼有無扭曲;尾翼是否偏斜或扭曲。側視方向主要看機翼和水平尾翼的安裝角和它們的安裝角差;拉力線上下傾角。俯視方向主要看垂直尾翼有無偏斜;拉力線左右傾角情況;機翼、水平尾翼是否偏斜。
小模型一般用支點法檢查重心,選一點支撐模型,當模型平穩時,該支點就是重心的位置。
檢查中如發現重大誤差,應在試飛前糾正。如誤差較小,可以暫不糾正,但應心中有數,在試飛中進一步觀察。
二、手擲試飛
手擲試飛的目的是觀察和調整滑翔性能。方法是右手執機身(模型重心部位),高舉過頭,模型保持平正,機頭向前正對風向下傾10度左右,沿機身方向以適當的速度將模型直線擲出,模型進入獨立滑翔飛行狀態。手擲方法要多次練習,要注意糾正各種不正確的方法,比較普遍的毛病有:模型左右傾斜或機頭上仰;出手不是從後向前的直線,而是繞臂根劃弧線;出手方向不是沿機身向前,而是向上拋擲;出手速度太大或太小。
出手後如模型直線小角度平穩滑翔屬正常飛行,稍有轉彎也屬正常狀態。遇有下列不正常的飛行姿態, 就應進行調整,使模型達到正常的滑翔狀態
1、波狀飛行:滑翔軌跡起伏如波浪。一般稱之為“頭輕”即重心太靠後。這種說法雖正確但不夠全面。實際上一切抬頭力矩過大或低頭力矩過小造成的迎角過大都會造成波狀飛行。調整的方法有:a、推桿(升降調整片下扳);b、重心前移(機頭配重);c、減小機翼安裝角;d、加大水平尾翼安裝角(作用同推桿)。
2、俯衝:模型大角度下沖。一般叫“頭重”,這種說法也不夠全面。一切抬頭力矩過小,低頭力矩過大造成的迎角過小都會造成模型俯衝。調整的方法有:a、拉桿(升降調整片上翹);b、重心後移(減少機頭配重);c、加大機翼安裝角;d、減小水平尾翼安裝角(作用同拉桿)。
3、急轉下沖:模型向左(或向右)急轉彎下沖。原因是方向力矩不平衡或橫側力矩不平衡。具體原因多為機翼扭曲造成的左右升力不等或垂直尾翼縱向偏轉形成的方向偏轉力矩。機身左右彎曲的後果與垂直尾偏轉相同,也可能造成急轉下沖。調整的方法有:a、向轉彎反向扳方向調整片(蹬舵);b、修正機翼扭曲(相當於壓桿操縱副翼)。
飛機或高級模型飛機的操縱其原理和調整模型相同,都是改變力矩平衡狀態。初級模型一般沒有這些舵面,只好用改變這些空氣動力面形態的方法來達到調整的目的,方法有三種:
a、加溫定形:把需要調整的部位用手扳到一定角度同時加溫(哈氣、吹熱風、烘烤等),停留一定時間使之變形。這種方法適用於紙、吹塑紙、木片部件。一般扳動角度越犬,溫度越高,保持時間越長調整變形越多。
b、收縮變形:在需要調整的翼面的一面刷適當濃度的透布油,這一面將隨透布油固化而收縮使翼面交形。
c、型架定形。將翼面按調整要求在型架上固定達到改變形態的目的。一般配合使用加溫或刷塗料。這種方法適用於構架式的翼面的調整。
1、自然滑翔直線飛行:出手速度和模型的滑翔速度相同,出手後模型沿滑翔軌跡直線滑翔,飛行距離取決於出手高度和滑翔比,一般在6一10米之間。
2、水平前沖直線飛行:出手速度稍大於模型的滑翔速度,出手後模型先水平直線前沖一段距離後過渡到自然滑翔。這種方式比自然滑翔距離可能提高2一5米。
3、爬升前沖直線飛行:以更大的速度出手並且可以有小的出手角。出手後模型沿小角度直線爬升,然後轉入滑翔。這種方式可能比自然滑翔距離提高5一10米以上。
第一種方式成績較低,但容易掌握,成功率高。後兩種方式飛行距離遠,但放飛、調整技術難度大、成功率較低。因為(a)方向偏差和飛行距離成正比,增大飛行距離後模型飛出邊線機率增加(飛出邊線後成績無效);(b)前沖特別是爬升前沖容易使模型失速下沖或改變航向飛出邊線。因此,為了取得好的成績,就需要了解更多的飛行調整知識,提高體能,熟練地套用投擲技巧。
二、模型的調整
1、滑翔性能。滑翔性能是飛出較大直線距離的基礎。調整時應注意兩個問題。一個是最大限度的減小阻力,模型表面要保持光滑,零部件採用流線型(也括配重),前後緣打磨為圓形,翼面平整不要扭曲等,減小阻力可以增大升阻比,即可以增大滑翔比。
第二點是調整到有利迎角。迎角由升降調整片來控制。不同迎角模型的升阻比不同,有利迎角升阻比最大,同一高度的滑翔距離最遠。正常滑翔後,還需微調升降調整片,找到一個最佳舵位。
2、模型的配重。許多人有一種印象,似乎模型越重越飛不遠。其實不然。模型的滑翔比和重量無關。另一方面,重量小模型的動能就小,克服阻力的能力就小,手擲距離反而小。輕飄飄的稻草扔不遠也是這個道理。所以,手擲直線距離項目的模型,在規則允許的範圍內,應適當增大重量,以加大模型的動能。
3、機翼的剛性。手擲模型的初速較大,機翼承受彎曲力矩大,容易變形甚至顫振而影響飛行性能。為此,製作時要小心操作,不讓翼面出現摺痕。如剛性仍不足,就要適當加強。方法是在翼根和機身接合處抹膠水,也可在翼根部單面域雙面貼加強務(如膠帶紙)。
4、直線飛行的調整
a、理想的直線飛行是模型既沒有方向不平衡力矩又沒有橫側不平衡力矩,即垂直尾翼沒有偏角(方向調整片中立位置),左右機翼完全對稱(沒有副翼作用)。這種情況不但阻力最小,而且能適應速度的變化。
b、實際上模型一般總是轉彎的,原因不外乎機翼不對稱(多數情況是機翼扭曲),產生了滾傳力矩,或是垂直尾翼有偏角產生了方向力矩。遇到這種情況最好查明原因“對症下藥”,以達到接近理想的直線飛行。我們把這種調整方法叫做“直接調整法”。
c、還有一種調整方法,例如由於機翼扭曲產生向左滾轉的力矩,模型向左傾斜,升力向左的分力使模型左轉彎。這種情況不直接糾正機翼的扭曲,而是給一點右舵,也可以使模型直飛。這種調整方法叫“間接調整法”。間接調整雖然也能實現直線飛行,但這種直線飛行是有缺陷的:一是增大了阻力,降低了滑翔性能;二是難於適應速度的變化,不少模型前一段基本上能保持直線,後一段轉彎偏航,其原因多半是間接調整造成的。
因此,應儘量採用“直接調整法”,避免“間接調整法”。
5、克服前沖失速的方法
前面提到前沖和前沖爬升可以大幅度提高飛行成績,但同時又存在失速下沖和失速轉向的危險。因此克服前沖失速是提高成績的關鍵。
克服前沖失速的措施是提高俯仰安定性。具體做法是適當配重前移重心,同時相應加大機翼,水平尾翼的安裝角差,以保持俯仰平衡。這樣當模型前沖抬頭機翼逐漸接近失速時,水平尾翼因安裝角小尚未失速,水平尾翼仍有足夠的低頭力矩使模型轉入滑翔。
克服前沖失速的另一個辦法是用較小的迎角飛行。事實證明,迎角越大越容易失速下沖,迎角越小越不容易進入失速下沖。
失速轉彎是機翼扭曲造成的,機翼扭曲時,必有一側安裝角交大(另一側變小),接近失速時這一半機翼先失速,並使模型傾斜轉彎。前面提到的間接調整的缺陷尤其表現在這種情況,所以機翼的扭曲必須徹底糾正。
三、投擲技巧
模型調好之後,決定飛行成績完全取決於投擲技巧了。好的技巧能充分發揮模型的飛行性能,甚至可以彌補模型的某些缺陷。所以,並不是一投了事,要反覆練習掌握要領:
1、助跑、投擲的動作要協調,使模型保持平穩,忌 抖動和劃圓弧。
2、恰當的出手速度。出手速度不是固定不變的,不 同的調整狀況,不同的飛行方式,不同的風速風向要求有不同的出手速度。爭取做到隨心所欲,準確無誤。
3、恰當的出手角度。一般自然滑翔方式出手應有一個很小的負角;水平前沖方式的出手角一般為零度(水平);爬升前沖方應有一個適當的正角(仰角)。
4、出手點和出手方向:如果模型是完全直線飛行的,在無風情況下,運動員應在起飛線的中點向正前方出手,這樣成功率最高。但事實上轉彎的模型占絕大多數,側風放飛的情況也占大多數。聰明的運動員善於利用出手點和出手方向的變化來修正由於側風和模型轉變引起的偏差。例如右轉彎模型如果在起飛線正中放飛就可能從右方飛出邊線,如果又碰上左側風,情況就更嚴重。假如換一個方法——出手點選在起飛線左側,出手方向有意識左偏。這樣前半段模型可能在空中飛出左邊線,而後半段可能繞回來在場內著陸,使成績有效。
5、風與投擲時機:風對飛行的影響有不利的一面,另外也有有利的方面。例如順風能增大飛行距離;逆風則減小飛行距離,側風有時加劇偏航,有時又減小偏航。風一般是陣性的,風速和風向在不斷變化。要善於捕捉最佳出手時機。例如順風時最好大風瞬間出手,逆風時在弱風瞬間出手。

