航模的基本原理和基本知識

1、一、航空模型的基本原理與基本知識1）航空模型空氣動力學原理1、力的平衡飛行中的飛機要求手里平衡，才能平穩(wěn)的飛行。如果手里不平衡，依牛頓第二定律就會產生加速度軸力不平衡則會在合力的方向產生加速度。飛行中的飛機受的力可分為升力、重力、阻力、推力如圖1-1。升力由機翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產生，阻力由空氣產生，我們可以把力分解為兩個方向的力，稱x及y方向當然還有一個z方向，但對飛機不是很重要，除非是在轉彎中，飛機等速直線飛行時x方向阻力與推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飛機速度不變，y方向升力與重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飛機不升降，所以會保持等速直線飛行。M1-

2、1圖1-1彎矩不平衡則會產生旋轉加速度，在飛機來說，X軸彎矩不平衡飛機會滾轉,Y軸彎矩不平衡飛機會偏航、Z軸彎矩不平衡飛機會俯仰如圖1-22、伯努利定律伯努利定律是空氣動力最重要的公式，簡單的說流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，流體一般是指空氣或水，在這里當然是指空氣，設法使機翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小，機翼下部空氣流速較慢，靜壓力較大，兩邊互相較力如圖1-3，于是機翼就被往上推去，然后飛機就飛起來，以前的理論認為兩個相鄰的空氣質點同時由機翼的前端往后走，一個流經機翼的上緣，另一個流經機翼的下緣，兩個質點應在機翼的后端相會合如圖1-4，經過仔細的計算后發(fā)覺如依上述理論，上

3、緣的流速不夠大，機翼應該無法產生那么大的升力，現在經風洞實驗已證實，兩個相鄰空氣的質點流經機翼上緣的質點會比流經機翼的下緣質點先到達后緣如圖1-5。H1-3圖1-3置11-4圖1-4M1-5圖1-5升力的金昔理it圜1-6力升力的金昔理ta圈1-73、翼型的種類克拉克YS型翼全望寸雨_-_-_-一C-內凹翼半卻sH3-21全對稱翼：上下弧線均凸且對稱。2半對稱翼：上下弧線均凸但不對稱。3克拉克Y翼：下弧線為一直線，其實應叫平凸翼，有很多其它平凸翼型，只是克拉克Y翼最有名，故把這類翼型都叫克拉克Y翼，但要注意克拉克Y翼也有好幾種。4s型翼：中弧線是一個平躺的S型，這類翼型因攻角改變時，壓力中心較

4、不變動，常用于無尾翼機。5內凹翼：下弧線在翼弦在線，升力系數大，常見于早期飛機及牽引滑翔機，所有的鳥類除蜂鳥外都是這種翼型?；竞侥５囊硇瓦x測規(guī)律：1薄的翼型阻力小，但不適合高攻角飛行，適合高速機。2厚的翼型阻力大，但不易失速。3練習機用克拉克Y翼或半對稱翼，因浮力大。4特技機用全對稱翼，因正飛或倒飛差異不大。5斜坡滑翔機用薄一點翼型以增大滑空比。63D特技機用前緣特別大的翼型以便高攻角飛行。4、飛行中的阻力一架飛行中飛機阻力可分成四大類：1磨擦阻力：空氣分子與飛機磨擦產生的阻力，這是最容易理解的阻力但不很重要，只占總阻力的一小部分，當然為減少磨擦阻力還是盡量把飛機磨光。2形狀阻力：物體前后壓

5、力差引起的阻力，平常汽車廣告所說的風阻系數就是指形狀阻力系數如圖3-3，飛機做得越流線形，形狀阻力就越小，尖錐狀的物體形狀阻力不見得最小，反而是有一點鈍頭的物體阻力小，讀者如果有機會看到油輪船頭水底下那部分，你會看到一個大頭，高級滑翔機大部分也有一個大頭，_1=一除了提供載人的空間外也是為了減少形狀阻力。22二一U二一二_J/、-H3-33誘導阻力：機翼的翼端部因上下壓力差，空氣會從壓力大往壓力小的方向移動，部份空氣不會規(guī)規(guī)矩矩往后移動，而從旁邊往上翻，因而在兩端產生渦流如圖3-4，因而產生阻力，這現象在飛行表演時，飛機翼端如有噴煙時可看得非常清楚，你可以注意渦流旋轉的方向如圖3-5，圖3-6

6、是NASA勺照片，可看見壯觀的渦流，因為這種渦流延伸至水平尾翼時，從水平尾翼的觀點氣流是從上往下吹，因此會減小水平尾翼的攻角，也就是說水平尾翼的攻角實際會比較小，圖3-6只不過是一架小飛機，如像類似747這種大家伙起飛降落后，小飛機要隔一陣子才能起降，否則飛入這種渦流，后果不堪設想，這種阻力是因為渦流產生，所以也稱渦流阻力。往彳麥上翻的氟流k8RVSVN9述國4寄生阻力：所有控制面的縫隙如主翼后緣與副翼間、主翼及尾翼與機身接合處、機身開孔處、機輪及輪架、拉桿等除本身的原有的阻力以外，另外衍生出來的阻力如圖3-7,3-8。塞生陽力M3-7副翼圜3-8一架飛機的總阻力就是以上四種阻力的總合，但飛機

7、的阻力互相影響的，以上的分類只是讓討論方便而已，另外誘導阻力不只出現在翼端，其它舵面都會產生，只是翼端比較嚴重，磨擦阻力、形狀阻力、寄生阻力與速度的平方成正比，速度越快阻力越大，誘導阻力則與速度的平方成反比如圖3-9，所以要減少阻力的話，無動力飛機重點在減少誘導阻力，高速飛機重點在減少形狀阻力與寄生阻力。一速度Bl3-95、機翼負載翼面負載就是主翼每單位面積所分擔的重量，這是評估一架飛機性能很重要的指針，模型飛機采用的單位是每平方公寸多少公克g/dm2，實機的的單位則是每平方公尺多少牛頓N/m,翼面負載越大意思就是相同翼面積要負擔更大的重量，如果買飛機套件的話大部分翼面負載都標示在設計圖上，計

8、算翼面負載很簡單，把飛機全配重量不加油秤重以公克計，再把翼面積計算出來以平方公寸計一般為簡化計算，與機身結合部分仍算在內兩個相除就得出翼面負載，例如一架30級練習機重1700公克，主翼面積30平方公寸，則翼面負載為56.7g/dm2。練習機一般在5070左右，特技機約在60-90,熱氣流滑翔機3050,像真機110以內還可忍受，牽引滑詳機約1215左右，6、展弦比從雷諾數的觀點機翼越寬、速度越快越好，但我們不要忘了阻力，短而寬的機翼誘導阻力會消耗你大部分的馬力。飛機要有適合的展弦比，展弦比A就是翼展L除以平均翼弦b(A=L/b),L與b單位都是cm,如果不是矩形翼的話我們把右邊上下乘以L,得人

9、=1/S,S是主翼面積，單位是cm2,這樣不用求平均翼弦，一般適合的展弦比在57左右，超過8以上要特別注意機翼的結構，藥加強記憶強度，否則，一陣風就斷了?；铏C實機的展弦比有些高達30以上。如前所述磨擦阻力、形狀阻力與速度的平方成正比，速度越快阻力越大，誘導阻力則與速度的平方成反比，所以高速飛機比較不考慮誘導阻力，所以展弦比低，滑翔機速度慢，采高展弦比以降低誘導阻力，最典型的例子就是U2如圖3-15跟F104如圖3-16，U2為高空偵察機，為長時間翱翔，典型出一次任務約1012小時，U2展弦比為10.5,F104為高速攔截機，速度達2倍音速以上，展弦比4.5,自然界也是如此，信天翁為長時間遨翔

10、，翅膀展弦比高，隼為掠食性動物，為求高速、靈活，所以展弦比低。圄315（NASA照片）圈3-16（NASA照片）滑翔機沒有動力，采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法，展弦比高的機翼一般翼弦都比較窄，雷諾數小，所以要仔細選擇翼型，避免過早失速，另外高展弦比代表滾轉的轉動慣量大，所以也不要指望做出滾轉的特技了。7、翼面翼平面即是主翼平面投影的形狀，當我們已假定飛機重量、翼面負載后，主翼面積即可算出，展弦比亦已大致決定，這時就要確定主翼平面形狀，考慮的因素有1失速的特性、2應力分布、3制作難易度、4美觀，模型飛機的速度離音速還差一大截，不須考慮空氣壓縮性，也沒有前后座視野的問題，所以后掠翼不需考慮，當

11、然為美觀或像真機除外，常見的平面形狀及特性如下：1矩形翼：如圖4-1從左至右翼弦都一樣寬，練習機常用的形狀，因為制作簡單，失速的特性是從中間開始失速，失速后容易補救。圈|4-12和緩的錐形翼：如圖4-2從翼根往翼端漸縮，制作難易度中等，合理的翼面應力分布，緩和的翼端失速，特技機最常見的意形式。BI4-23尖銳的錐形翼：如圖4-3同樣從翼往翼端漸縮，但翼端極窄，惡劣的的翼端失速4橢圓翼：如圖4-4制作難度高，最有效率的翼面應力分布，翼端至翼根同時失速，這也是天上最優(yōu)美的翼面形式。H4-4機翼先失速的位置跟局部升力系數與平均升力系數的比值有關，比值大的地方先失速，另因升力分布于所有翼面，機翼的剪應

12、力及彎矩應力會從翼端往翼根處累積，所以飛機結構失敗在空中折翼都在靠機身處，矩形翼結構應力分不就很不經濟，靠翼端處結構過強，增加無謂的重量，錐形翼、橢圓翼就比較經濟，此外從圖面也可看出矩形翼的誘導阻力比較大，即使翼端的面積大效率也不好。尖銳的錐形翼翼端極窄，雷諾數小，且因為翼弦短，同樣精度下制作時攻角誤差大，翼端很容易失速，翼端失速后就從先失速的一端先往下掉，而且不見得救得回來，所以做Ju87像真機那類飛機要特別注意。主翼平面形狀不需要一成不變的為錐形翼或橢圓翼，可以依需求、制作難易度及美觀采取各種組合。2）遙控系統(tǒng)隨著我們身邊的電子產品的不斷更新我們身邊的電子訊號下擾口趨嚴重對航模業(yè).來影響越

13、來越嚴.重之前的遙控器和遙控旗型之間是采用100MH以下的頻度來通訊的現在的電子訊號對低頻段的T擾是很嚴重的祀且100MHz勺通訊距離ff限.數字無線通訊技術的不斷發(fā)展越來越多的航模廠商的把葉光投,向ISM頻段尤其是全球免費頻段2.4G的數字無線傳輸模塊上。而傳統(tǒng)的模擬低頻無線航模遠控系統(tǒng)日益受到信號干擾嚴重、通訊間隔有限、同場信道少等缺點的制約。飛機模型的無線電遙控，是指利用無線電波傳送操作者對模型動作的指令模型根據指令做出各種飛行姿態(tài)。用無線電技術對模型進行飛行控制的史，可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)以前。不過，由于當時民間。用無線電制航模面臨十分復雜的法律手續(xù)，而且當時的遙控設備既笨重又極不可

14、，因此，遙控航模未能推廣開來到了本世紀60年代初期，隨著電子技術發(fā)展，各種應用于航?？刂频臒o線電設備也開始普及，時至今日，無線遙控設備已廣泛地用于各種航空、航海和陸上模型。以四通道比例遙控設備系統(tǒng)為例，它由發(fā)射機、接收機、舵機、電源等部分組成。第2通道費明秘頻品追1通通檄泄電源開美蕭I也通遁熊娟.桿圉：荔滄模型飛機用I通道比例遇捶說備各部分塞器圖l所示的，是4通道比例遙控設備發(fā)射機的外型和各部分名稱。在發(fā)射機的面板上，有兩根分別控制1、2通道和3、4通道動作指令的操縱稈，以及與操縱桿動作相對應的4個微調裝置。在發(fā)射機底部，設置有4個舵機換向開關，分別用于變換舵機搖臂的偏轉方向。圖？接收機伺海系

15、統(tǒng)組就圖2所示的，是接收機和舵機以及接收機電源裝置，其中接收機用來接收從發(fā)射機傳來的指令信號，經處理后，指揮舵機作出與發(fā)射機指令相對應的動作。電池組給接收機和舵機提供工作能源，它由4節(jié)普通5號干電池串聯(lián)而成。如果是電動航模則將其中一個舵機換為電子調速器（俗稱電調）。電子調速器連接電源和電機，而且接收機也直接由電子調速器連接的電源供電。所謂比例控制，簡單說來，就是當我們把發(fā)射機上的操縱桿由中立位置向某一方向偏移一角度時，與該動作相對應的舵機搖臂也同時偏移相應的角度，舵機搖臂偏轉角度與發(fā)射機操縱桿偏移角度成比例.圖3顯示了發(fā)射機執(zhí)行舵機與飛機模型舵面的動作關系。當發(fā)射機操縱桿（或對應的微調桿）往左

16、、右偏轉或回復中立時，執(zhí)行舵機的搖臂也隨之相應地往左、右偏轉或回復中立，帶動模型的舵面往左，右偏轉或回復中立，操縱桿（或微調桿卜舵機搖臂、模型舵面偏轉的角度大小成比例。,工邛印.照，發(fā)射機接收機相機與模型動作關系f比例控制）盟循軒4通道的比例遙控設備，可以同時對模型進行四個不同動作（例如油門、升降舵，方向舵，副翼）的比例控制。這樣的控制已十分接近載人飛機的操縱了。因此，如果能熟練地運用遙控設備和充分地掌握模形飛行的原理，經過一段時間的刻苦練習,操縱者可象駕駛載人飛機一樣控制模型在天空自由飛翔。發(fā)射機的組成如圖4所示，它基本上是由操縱器、編碼電路、開關電路、高頻電路組成。操縱器與可變電位器電路連

17、接可變電位器又信號發(fā)生電路一編碼器連接，編碼雞器發(fā)生的信號搭載在高頻無線電波上由天線發(fā)送出去，這個過程有點像用火車運載貨物，操縱者相當于貨運調度員，動作指令信號相當于貨物，而高頻無線電波相當于火車，把"貨物"搬上"火車"的過程稱為調制。圖f發(fā)射機組啜系審定4通道遙控發(fā)射機發(fā)出的無線電波如圖5所示,Ta_d操縱桿用脈沖信號及Ts矩形波（共5個信號）組成一個周波，在1秒時間內大約自動重復出現30個周波。Ta_d分別與和操縱桿連接的可變電位器相對應，當操縱桿運作時，Ta_d的信號隨之改變其時間寬度，促使與接收機連接的舵機邊做出相應成比例的動作.Ts信號不是用于

18、操縱桿的、短有較長的時間寬度，當接收機由于雜音信號干擾而引起信號排列紊亂時，它能自動整形。在脈沖信號之間的To是沒有無線電信號的問隔期，它能使接收機可靠地區(qū)別多個信號。T秒內直雙機班到30個局波_1無信號部分圉3比例式遙控設備發(fā)射幾益愿的侑號*囪nrf援救無線i/外筆毛ryAI一接收電箱一枷電氈二;（至制t-卜yJ干總較易體圖E接收機組成示毒事接收機組成如圖6所示，它基本上可分成接收電路、譯碼電路等部分。從接收電路出來的低頻輸出通過譯碼電路就能分別獨立地取出由發(fā)射機發(fā)出的操縱桿動作信號Ta_do這個過程有點像貨物運達目的地車站后；把貨物卸下來并分類送給不同的使用者。接收電路相當于接貨、卸貨人員

19、，她們把“貨物”卸下來后，由貨物分類人員（譯碼電路）把“貨物”送給不同的用戶一各個執(zhí)行舵機。舵機的組成如圖7所示。舵機由能夠取出與發(fā)射機操縱桿動作成比例的信號的電路和能夠作出與該信號相對應動作的馬達和齒輪減速機構組成。作為發(fā)射機操作桿動作與模型動作之間的動作媒介，舵機的可靠性是極為重要的。舵機動作搖臂常用的形狀如圖8所示。這些搖臂因用途不同而具有不同的形狀、力臂半、半徑、強度。B7舵機期或纂批示意置六通道遙控器電路如圖C1J3）動力系統(tǒng)航空模型的動力，根據能量來源的不同分為電動和油動。本航模采用電動，所以著重介紹一下電機。油動機主要的能量是來源于燃料，如煤油、甲醇等，燃料在內燃機或者是噴氣發(fā)動

20、機中燃燒，從而帶動飛機前進。電動則不明思議是有電池或只是蓄電池提供電力有電機將電能轉化為機械能。電機主要有有刷電機和無刷電機兩類。當下航空模型中主要使用無刷電機，也有一部分使用有刷電機。有刷電機七機.作時線圖和橫向帚旋轉誨制如碳刷小拔線圈七流方向的交替變化是隨電機轉動的換相器和電刷來完成的。有刷電機和無刷電機有很多區(qū)別從名字上可以看出，有刷電機有碳刷無刷電機沒有碳刷。1、無刷氣流電機由電動機上體和驅動器組成是一種典型的機電一體化產品C由無刷肖一流電動機姑以自控式運行的所以不會象變頻調速下重載啟動的同步電機那樣在轉子上另加啟動繞組也不會在負載突變時產生振蕩和失步C2、行刷電機姑指電機是在流電輸入

21、控制它的控制I器只給它提供大小電流就可以調速了；而無刷電機其實就是個二機交流電機靠控制器把直流電轉換成二和交流電并根據電機里的傳感器在爾兀件進行換和使電機正常運轉.什接來說無刷電機比在刷電機壽命長、起步rr勁省電但是控制器卻比在刷控制器成本高無刷電機常識：無刷電機上標有2212KV1400等參數，前面的四位數是電機形狀的參數，22表示直徑，12表示電機的長度。而kv1400則表示該電機在1V電壓下每分鐘的轉速為1400轉，如果是在10V電壓下工作則轉速時14000轉每分鐘。2208KV2200則表示電機直徑22mm長度8mm1V電壓下工作每分鐘轉速為2200轉。計算公式為：電機的轉速（空載）=

22、KV值X電壓；例如KV1000的電機在10V電壓下它的轉速（空載）就是10000轉/分鐘。電機的KV值越高，提供出來的扭力就越小。電機與漿的搭配：3s電池下；KV900-1000的電機配1060或1047漿，9寸漿也可KV1200-1400配9050（9寸漿）至8*6漿KV1600-1800左右的7寸至6寸漿KV2200-2800左右的5寸漿KV3000-3500左右的4530漿2s電池下；KV1300-1500左右用9050漿KV1800左右用7060漿KV2500-3000左右用5X3漿KV3200-4000左右用4530漿各型號電機與不同槳組合的推力測試數據：A2212KV930:GWS

23、1047槳：11V12.1A6430轉788克；10.5V11.6A6270轉750克；10V10.9A6130轉710克；9.5V10.1A5900轉650克。GWS1060HD槳，11V9.9A,7130轉，推力650克。10V8.6A,6690轉，推力575克。A2212,KV1000:GWS1047RS槳，11V15.6A,6810轉，推力886克。10V14A,6530轉，推力820克。GWS1060HD槳，11V13.1A,7630轉，推力745克。10V11.6A,7260轉，推力675克。（450550克的3D配置，3S12-15C10001500mAh）GWS9050HD槳，

24、11V10.5A8430轉，推力681克。10V9.2A7900轉，推力603克。（300400克的3D配置，3S10-12C8001200mAh）A2212,KV1400:GWS1047RS槳，8V18A,6380轉，推力775克。7V15.1A,5860轉，推力650克。（400450克的3D配置，2S12-15C12001500mAh）GWS1060HD槳，8V15.2A,7220轉，推力670克，7V12.7A,6560轉，推力553克。GWS9050HD槳，11V18.9A,9720轉，推力903克，10V,15.4A,9240轉，推力816克。GWS8040HD槳，11V12.6A

25、,11800轉，推力700克。10V11A,11000轉，推力606克。GWS8060HD槳，11V17.8A,10250轉（破槳了），10V,15.4A,9660轉。（600克級別的電動3A普通固定翼的配置）A2212,KV1750:2s鋰電，適合HY8M.3槳；3s鋰電，適合7不7X5的槳（售缺）A2212,KV2200:5043槳，11V21.1A,18800轉，10V19.1A,17600轉。（400650克級別，高速飛翼后推像真機用的配置。3S15-20C15002000mAh）一般來說，漿越大對飛機所產生的反扭力越大，所以漿的大小與機的翼展大小有著一定關系，但漿與電機也有著上面所講

26、的關系。例如用1060漿，機的翼展就得要在80CMW上為合適，不然的話機就容易造成反扭；又如用8*6的漿翼展就得在60以上。在選擇玩什么機型的時候就要注意這4者的關系，尤其是新手選擇機型，一定要看這機型翼展大小選擇配電機、漿、電池，特別要注意的是，不能用大漿配高KV的電機，否則燒電機還影響了電池，有可能連電調也燒掉。4）能量來源時下航空模型的動力來源主要分為電動和油動。油動自然是由發(fā)動機燃燒燃料提供動力。現在比較流行的燃料有很多，常用的燃料是煤油和乙醴和甲醇。依據的原理是內燃機。電動則是由電流驅動電機提供動力，航模的充電電池的種類比較多，但是用于航模之上要求能量密度大，重量輕，放電電流大，目前主要使用鍥銘電池、鍥氫電池和鋰離子電池。充電電池的內阻低，使用時謹防短路，否則可能引起燙傷、火災。鍥鎘電池（Ni-CD）的主要特點是優(yōu)異的大電流放電性能，滿足航模短時間高功率要求。充電電池一個重要的性能指標是放電倍率。所謂放電倍率，就是指電池的最大連續(xù)放電電流與其標稱容量電流（C）的比值。C代表的是以一小放電完畢的電流或者說是標稱容量的電流為1C通常在容量C前加一個數字表示。例如某種1800毫安電池的放電倍率為10C,即表示它的最大連續(xù)放電電量為18A,可見放電倍率是衡量電池急放電性能的重要指標。由于生產工藝和結構上的差異，不同品牌電池的放電倍率往往不同。國