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航模
航模
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。
一、航空模型的概念
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、航模飞机的组成
航模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,后面两面各一个起落架叫前三点式,前部两面各一个起落架,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。
较少使用的有:
脉冲喷气发动机(重量大,油耗大)、转子发动机(只有OS的一款)空气发动机(上世纪70年代用于室内模型与活塞发动机类似)
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距离。
3、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。
9、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、分类和发展
现代航空模型运动分为自由飞行、线操纵、无线电遥控、仿真和电动等五大类。
按动力方式又分为:
活塞发动机、喷气发动机、橡筋动力模型飞机和无动力的模型滑翔机等。
航空模型的最大升力面积500平方分米;最大重量25千克;活塞发动机最大工作容积250毫升。
航空模型的竞赛科目有:
留空时间、飞行速度、飞行距离、特技、“空战”等。
目前世界锦标赛设有30个项目,隔一年举行一次。
航空模型还设有专门记录各项绝对成绩的纪录项目。
我国航空模型运动起步于四十年代,1947年举行首届全国比赛。
新中国成立后,于五十年代建立了组织指导机构,培养了一批技术骨干,群众性的航空模型运动得到蓬勃发展,运动水平迅速提高。
1978年10月,我国加入了国际航空联合会(FAI),1979年开始步入世界赛场。
至1998年止,我国选手就已获得19项世界冠军;58人59次打破31项世界纪录。
航空模型运动的生命力在于它的趣味性和知识性。
亲手制作的航模翱翔蓝天、驰骋水面,往往会使青少年产生美好的遐想,激励他们不停地追求。
参加这项活动还可以学到许多科技知识,培养既善于动脑又善于动手和克服困难勇于进取的优秀品质,促进德、智、体全面发展。
目前,国内航模运动并不在高潮阶段,不过,好的专业模型技术交流论坛倒不少,例如模型三港-精华区具有很多的技术参考,是新手去的好地方!
空气动力学
科技名词定义
中文名称:
空气动力学
英文名称:
acerodynamics;aerodynamics
定义1:
流体力学的分支学科,主要研究空气运动以及空气与物体相对运动时相互作用的规律,特别是飞行器在大气中飞行的原理。
应用学科:
大气科学(一级学科);动力气象学(二级学科)
定义2:
研究空气和其他气体的运动以及它们与物体相对运动时相互作用规律的科学。
应用学科:
航空科技(一级学科);飞行原理(二级学科)
空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
手掷滑翔机
学习目标
了解飞机之飞行原理
利用简单之器材完成手掷滑翔机,达到基本的要求
体会空中运输系统及飞行器的设计不易,并对滑翔机的制作产生兴趣
进行方式
学生准备相关材料,并绘制设计图样。
依据设计图,利用美工刀裁切木条(作为机身用)及巴沙木(作为机翼及方向舵用)。
将材料用AB胶组合成投掷滑翔机,在机首加上铅片,以调整重心
进行试飞,将重心调整于适当位置后,进行正式测验。
活动规定
学生必须完成两架手掷滑翔机,分别用来测验滞空时间及飞行远度。
测验飞行距离时,应限制跑道宽度,飞机落地时不得超过该宽度,否则不予计分
飞机主翼大小不得超过90公分,机身长不得超过90公分。
材料设备
材料:
细木条、巴沙木(俗称轻木材)、AB胶、铅片(调整重心用)
设备:
美工刀
相关资料
手掷滑翔机的构造及原理:
机翼:
飞机要能够飞行,必须要有一定的”升力”,一般而言,飞机的机翼侧面如下图所示,机翼上面的弧度大于机翼下面,如此气流在通过机翼时,便会在机翼的上下产生不同的流速,一般而言,机翼上面的流速会大于机翼下面的流速,而流速愈大,所产生的压力就愈小,所以机翼下面的压力较上面大,自然就产生了”升力”,将飞机升上提升。
机身:
一般而言,机身的长度和机翼的宽度比例约为0.85~1.0比1,但也有将机翼做得较长,以便取得更大的滑翔能力的制作方式,但容易造成升力过大而翻滚的现象,或是机翼容易碰撞,造成损坏。
尾翼:
尾翼又分为水平安定面及垂直安定面,水平安定面用来控制飞机的俯仰运动(即一般所称的水平尾翼),而垂直安定面则是用来控制飞机的侧向运动(即一般所称的垂直稳定翼)。
重心:
一般而言,手掷滑翔机的重量都很轻,我们可以使用长尾夹或铅片来作为重心调整用的器具,重心通常都位于机翼中央偏机首的位置,调整好之后应该进行试飞,将飞机向前投掷,如果投掷出去后飞机立即向下坠,则代表重心太前,需往后调整,反之如果机首不断上扬,则代表重心太后,需往前调整,如果可以顺利向前下方缓缓滑行着地,则为正常的重心位置。
制作手掷滑翔机时应注意的事项:
材料的选择:
一般做为主翼用的巴沙木厚度约为3至5公厘,而用于尾翼的巴沙木约为1至1.5公厘,机身厚度约为6公厘。
在制作主翼及尾翼时应注意木纹的方向,必须和翼边平行(亦即和飞行方向垂直),方向舵(垂直尾翼)的木纹方向必须和机身成垂直。
主翼应有上反角(从机首正面观察,两翼向上翘曲的角度),一般左右约各为15度,并应依据飞行原理,将机翼的侧面削成楔形(可利用细砂纸磨出形状),以便提供一定的升力。
AB胶:
市面上所售的AB胶,多是小型牙膏管状包装,又称速干钢,AB两剂必须以一比一的比例调匀之后才能使用,由于两剂调和之后会产生化学变化,所以调和后必须立即使用,否则数分钟之后就会干涸成固体状。
在制作主翼时,用来磨削机翼表面的砂纸应该用小的木块包覆于其中,再进行砂磨的工作;另外在进行主翼上反角的制作时,可以先用美工刀在主翼上刻划出一条折痕,然后再将主翼折出上反角的预设角度,中间再用AB胶固定角度。
一般利用手投掷的方式,滑翔机无法飞行的很远,滞空时间也无法太久,但是可以要求学生在机身上加装动力螺旋桨装置,再配合较厚的机翼、机身的设计,就能够突破手掷滑翔机的飞行记录,作出飞得更远、更久的滑翔机,所以进一步可以要求学生在滑翔机上加装动力装置,或甚至是利用绳子,将滑翔机牵引到空中(类似风筝的施放方法),再将绳子脱离,可以取得更好的效果。
手掷滑翔机制作及飞行调整
第一节模型飞机各操纵舵面的名称与作用
手掷滑翔机简称手掷机,discus-launchedglider,英文简称:
DLG是以手臂与全身的力量投掷,作为飞机的主要推力,以此推力产生速度,并藉由主翼提供的「升力」,使遥控手掷机能够在空中滑翔。
单纯的非遥控手掷机无法控制滑翔的高度、远近,也没办法控制空中滞留时间或是行进方向。
一、模型基本结构:
1、主翼—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。
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。
二、航空模型技术常用术语
1、翼展——主翼(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距离。
3、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。
9、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。
10、上反角:
机翼两侧往上翘高,自动修正飞机倾斜之情况,增加增加横向稳定性
第二节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。
要学习航空知识,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。
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、平飞图三(拉力、升力、重力、阻力)
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)。
三、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。
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)。
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,主要用改变主翼的上反角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。
第三节 检查校正和手掷试飞
一、检查校正
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、重心前移(机头配重);b、减小机翼安装角;c、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、重心后移(减少机头配重);b、加大机翼安装角;c、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。
调整的方法自行探究。
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。
第三节 手掷直线距离科目
一、三种飞行方式
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:
出手速度稍大于模型的滑翔速度,出手后模型先水平直线前冲一段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。
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