航空模型的基础知识
薛窑中学 杨勇
航模基础知识（1）-伯努利原理
如果两手各拿一张薄纸，使它们之间的距离大约4~6厘米。然后用嘴向这两张纸中间吹气，你会看到，这两张纸不但没有分开，反而相互靠近了，而且用最吹出的气体速度越大，两张纸就越靠近。
从这个现象可以看出，当两纸中间有空气流过时，压强变小了，纸外压强比纸内大，内外的压强差就把两纸往中间压去。中间空气流动的速度越快，纸内外的压强差也就越大。
航模基础知识（2）-机翼升力原理
飞机机翼地翼剖面又叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时,由于机翼地插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。
航模基础知识（3）-失速原理
在机翼迎角较小的范围内，升力随着迎角的加大而增大。但是，当迎角加大到某个值时，升力就不再增加了。这时候的迎角叫做临界迎角。当超过临界迎角后，迎角再加大，阻力增加，升力反而减小。这现象就叫做失速。
产生失速的原因是：由于迎角的增加，机翼上表面从前缘到最高点压强减小和从最高点到后缘压强增大的情况更加突出。当超过临界迎角以后，气流在流过机翼的最高点不多远，就从翼表面上分离；了，在翼面后半部分产生很大的涡流，造成阻力增加，升力减小。
航模基础知识（4）- 人工扰流方案
要推迟失速的发生，就要想办法使气流晚些从机翼上分离。机翼表面如果是层流边界层，气流比较容易分离；如果是絮流边界层，气流比较难分离。也就是说，为了推迟失速，在机翼表面要造成絮流边界层。一般来说，雷诺数增大，机翼表面的层流边界层容易变成絮流边界层。但是，模型飞机的速度很低，翼弦很小，所以雷诺数不可能增大很大。要推迟模型飞机失速的发生，就必须要想别的办法。人们发现通过人工扰流，也可以使层流边界层变成絮流边界层。具体的做法很多,其中a是在机翼上表面前缘部分贴上了细砂纸或粘上了碎木屑；b是在机翼上表面近前缘部分帖上了一条细木条或粗的扰流线；c是在机翼翼展前缘部位，每隔一定距离垂直地开一拍绕流孔；d是在前缘前面粘一张有弹性的绕流线；e是在前缘粘上呈虚线状的扰流器；f是在前缘粘上锯齿形扰流器。
航模基础知识（5）-翼型各部分名称
翼型的各部分名称。翼弦是翼型的基准线，它是前缘点同后缘点的连线。中弧线是指上弧线和下弧线之间的内切圆圆心的连线。
中弧线最大弯度用中弧线最高点到翼弦的距离来表示。在一定的范围内，弯度越大，升阻比越大。但超过了这个范围，阻力就增大的很快，升阻比反而下降。中弧线最高点到翼弦的距离一般是翼弦长的4%～8％中弧线最高点位置同机翼上表面边界层的特性有很大关系。竞时模型飞机翼型的中弧线最高点到前缘的距离一般是翼弦的25％、50％。翼型的最大厚度是指上弧线同下弧线之间内切圆的最大直径。一般来说，厚度越大，阻力也越大。而且在低雷诺数情况下，机翼表面容易保持层流边界层。因此，竞时模型飞机要采用较薄的翼型。翼型最大厚度一股是翼弦的6％、8％。但是，线操纵特技模型飞机例外，它的翼型最大厚度可以达到翼弦的12％、18％。翼型最大厚度位置对机翼上表面边界层特性也有很大影响。翼型前缘半径决定了翼型前部的“尖”或“钝”，前缘半径小，在大迎角下气流容易分离，使模型飞机的稳定性变坏，前缘半径大对稳定性有好处，但阻力又会增大。
航模基础知识（6）-翼型种类
常用的模型飞机翼型有对称、双凸、平凸、凹凸，s形等几种对称翼型的中弧线和翼弦重合，上弧线和下弧线对称。这种翼型阻力系数比较小，但升阻比也小。一般用在线操纵或遥控特技模型飞机上 双凸翼型的上弧线和下弧线都向外凸，但上弧线的弯度比下弧线大。这种翼型比对称翼型的升阻比大。一般用在线操纵竞速或遥控特技模型飞机上平凸翼型的下弧线是一条直线。这种翼型最大升阻比要比双凸翼型大。一般用在速摩不太高的初级线操纵或遥控模型飞机 凹凸翼型的下弧线向内凹入。这种翼型能产生较大的升力，升阻比也比较大。广泛用在竞赛留空时间的模型飞机上S形翼型的中弧线象横放的S形。这种翼型的力矩特性是稳定的，可以用在没有水平尾翼的模型飞机上。
航模基础知识（7）-螺旋桨
螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力的装置。螺旋桨的效率高低会直接影响到模型飞机的飞行成绩.螺旋桨桨叶的工作原理和机翼十分相似。如果把桨叶取下来观察，就会发现它是一个扭曲着的机翼。桨叶剖面和机翼剖面差不多。桨叶和机翼的区别在于，机翼在空气中的运动基本上是平动的，而桨叶既绕着桨轴旋转，又随着飞机千起前进。螺旋桨的拉力就是靠桨叶在空气中运动而产生的。由于桨叶既有旋转运动，又有向前运动，所以吹过桨叶的气流包括两部分：一部分是来自侧面垂直于桨轴的气流，另一部分是来自前面平行于桨轴的气流.
航模基础知识（8）-塑料和复合材料
塑料和复合材料的比强度高，化学稳定性较好，不容易变形。一般塑料的比重大约在0.83~2.2克力/立方厘米之间，大约是铝的一半。泡沫塑料的比重只有0.02~0.03克力/立方厘米。因此，塑料和复合材料是在航空模型中除木材以外使用最广泛和最有发展前途的材料。虽然它们还不能在航空模型领域内完全代替木材，但它们所占的比例肯定会越来越大，并对航空模型的发展产生积极的影响。航空模型常用的塑料和复合材料有硬质泡沫塑料，注塑件、板材热压件、玻璃钢和石墨纤维等。此外，还有热缩型的塑料蒙皮，它将代替传统的绵纸和尼龙绢蒙皮。
硬质泡沫塑料。常用的硬质泡沫塑料有聚苯乙烯硬泡沫塑料，聚氯乙烯硬泡沫塑料，聚氨脂硬泡沫塑料、聚苯乙烯硬泡沫塑料吹塑纸。在航空模型中硬质泡沫塑料是使用最多、最有发展前途的塑料材料。可以根据模型的不同要求，选择不同强度和比重的泡沫塑料。加工硬质泡沫塑料很方便，可以用加工木材的方法进行，也可以用电热丝切割，还可以用模塑的方法成批生产。
注塑件和板材热压件。可以用于注塑件和板材热压件的材料很多，常用的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，聚氯乙烯、ABS、尼龙等。在航空模型中注塑件主要用来制作螺旋桨、桨帽、整流罩、发动机架，各种接头和摇臂等。也有整架模型飞机都是注塑的。注塑件的特点是可以制作各种复杂的零件，大批生产效率高，成本也较低，但由于模具较贵，不适宜少量或单件生产。板材热压件可以用来制作薄壳机身，舱盖，罩壳、翼尖等。生产这些塑料零件的设备简单，模具费低，因此，可以组织小批量生产。
玻璃钢。它是用玻璃纤维和树脂胶结合而成的复合材料。它在航空模型中可以用在木结构的局部加强和表面加强上，也可以用在硬泡沫塑料的表面加强上，形成复合夹层结构。还可以单独制作成薄壳件，如机身、整流罩等。它的特点是强度大，重量轻、加工成型方便，适合单件生产。
石墨纤维。在航空模型中用在结构的局部加强上。它往往同树脂胶结合使用，利用预制的石墨纤维树脂片，贴在翼梁或其他需要加强的部位上
航模基础知识（9）
把一架处于水平状态的模型飞机，放在相互垂直的三个平面中间，并使机身的纵轴同其中一个平面垂直，同另外两个平面平行。如果我们分别从三个方向在足够远的地方看模型飞机，并把看到的形状画在每个平面上，也就是在三个互相垂直的平面上作出模型飞机的投影，然后把这三个相互垂直的平面展开，就可以得到图右所示的三个图-顶视图，侧视图和前视图。在一般情况下，通过这三个视图就能比较准确地表示出一架模型飞机的形状和主要尺寸在实际绘制模型飞机图纸的时候，为了节省图纸，这三个图的位置不一定照图1右所示放置，而是比较紧凑地排放在一起。但不论怎样放置，我们一定要培养自己能够按三视图的原理，想象出一架完整的立体模型飞机来。
实际使用的模型飞机图纸有些地方并不是完全按照投影关系绘制的，看图纸的时候要注意这一点，在图纸的顶视图中，机翼和水平尾翼的上反角和安装角都被放平了，图上所标的尺寸是机翼和水平尾翼的实际尺寸，而不是它们的投影尺寸。这样做既便于绘图，也便于制作。因此，不要以为上反角和安装角都等于零了。在制作时要根据前视图来确定机翼和水平尾翼的上反角，根据侧视图来确定机翼和水平尾翼的安装角。
由于绝大多数模型飞机都是左右对称的，因此，在绘制模型飞机的顶视图时，只把机翼和水平尾翼准确地绘出一半就可以了。看图的时候不要以为这架飞机只有半边机翼和半边水平尾翼。在有些模型飞机的图纸上省略了前视图，只标明上反角的大小或只绘一个缩小了的前视图。因为前视图只是起表示上反角的作用。
模型飞机的图纸不一定都画成原物大小。它可以按一定的比例放大或缩小。但要在图纸上注明比例。例如图纸是原物体大小的一半，可以在图纸上注明："比例1/2"。有些图纸会绘出一个标尺来，比例尺上的刻度代表的是实际尺寸。用比例尺有它的好处，无论图纸怎样缩放，图上的比例尺都能方便地量出模型飞机的实际尺寸。
注意：模型飞机图纸上，一般使用国家标准规定的线条河符号，需要说明，图纸上没有特别标注单位的尺寸都是以毫米为单位的，剖表的宽度和厚两个尺寸用乘号连接在一起。比如一个宽5毫米，厚2毫米的梁，在图纸上就用"5x2"。
航模基础知识（10）-机翼阻力
只要物体同空气有相对运动，必然有空气阻力作用在物体上。作用在模型飞机上的阻力主要有摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力。
摩擦阻力：当空气流过机翼表面的时候，由于空气的粘性作用，在空气和机翼表面之间会产生摩擦阻力。如果机翼表面的边界层是层流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力比较小，如果机翼表面的边界层是紊流边界层，空气粘性所引起的摩擦阻力就比较大。
为了减少摩擦阻力，可以减少模型飞机同空气的接触面积，也可以把模型飞机表面做光滑些。但不是越光滑越好，因为表面太光滑，容易保持层流边界层，而层流边界层的气流容易分离，会使压差阻力大大增加。
压差阻力：一块平板，平行于气流运动阻力比较小，垂直于气流运动阻力比较大，如图1所示。因为这种阻力是由于平板前后存在压力差而引起的，所以，我们把这种阻力叫做压差阻力。如果进行进一步的研究，可以看到，产生这个压力差的根本原因还是由于空气的粘性。压差阻力同物体的形状，物体在气流中的姿态以及物体的最大迎风面积等有关，其中最主要的是同物体的形状有关。如果在那块垂直于气流的平板前面和后面都加上尖球形的罩，成为流线型的形状，它的压差阻力就可大大减小，有的可减小90％。所以，一般模型飞机的部件都采用流线型的。
在通常的情况下，机翼的阻力主要就是压差阻力和摩擦阻力。它们的和几乎就是总的阻力，叫做翼型阻力。但是，这两种阻力在总阻力中所占的比例随物体形状的不同而有所变化。对于流线型好的物体摩擦阻力是主要的，对于流线型不好的物体，压差阻力是主要的。
航模基础知识（11）-诱导阻力
诱导阻力:在机翼的两端，机翼下表面压力大的气流绕过翼尖，向机翼上表面的低压区流动，于是在翼端形成一般涡流。它改变了翼端附近流经机翼的气流方向，引起了附加的阻力。因为它是升力诱导出来的，所以叫做诱导阻力。
减小诱导阻力的办法是增大展弦比。一般把机翼两翼端间的距离叫做翼展。翼展同翼弦的比叫做展弦比，如果机翼又细又长，即它的展弦比大。展弦比越大，诱导阻力也就越小。另外，还可以把机翼形状做成梯形或椭圆形，这两种形状机翼的诱导阻力比矩形机翼的诱导阻力小。
[ 本帖最后由 laoz 于 2007-12-12 09:12 编辑 ] |
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发表于 2007-12-12 09:11
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