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航模基础知识

第一讲航模基础知识

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、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。

1.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。

2.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。

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。

3.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（F=X十Gsinθ）；升力等于重力的另一分力（Y=GCosθ）。

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。

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。

4.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（X=GSinθ）；升力等于重力的另一分力（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。

5.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。

第二讲弹射滑翔机的制作

 弹射式模型飞机制作方便，做成后稍作调试，就能凌空翱翔，深受青少年航模爱好者的喜爱。

制作材料：

3×20×190（mm）、3×40×40（mm）、2×30×100（mm）桐木片各1块，2×40×190（mm）桐木片2块，大头针1枚。

制作方法：

1．在3×20×190（mm）的木片上按图示画出机身，然后用刀片削出毛坯；再用3×40×40（mm）木片削出垂直尾翼。

将垂直尾翼与机身尾部接触面打磨平整光滑后粘合。

2．用两片2×40×190（mm）的桐木片削制成一对机翼，然后用细木砂纸按机翼的截面形状，打磨出翼形。

在离翼根130mm处分别将机翼截成两段后再按机身主视图的要求将翼尖接上，然后将机翼粘在机身指定部位，机翼上反角为3°。

3．用2×30×100（mm）的桐木片按同样的方法削制水平尾翼，打磨光滑后，胶接在垂直尾翼指定的部位。

4．在机身A处刺入一枚去掉针尾的大头针，向后弯折成钝角做成弹射钩。

5．在机头上粘上一团橡皮泥，使整个模型飞机的重心落在A点上。

6．按常规检查调整机翼翼角、尾翼是否对称平直，然后就可以用一根双股2×2（mm）的橡筋进行弹射试飞了。

第三讲弹射滑翔机的调试与飞行

一．弹射模型飞机的检查和校正

　　从模型正面观测：

机翼左右上反角是否相等、机翼有无扭曲、尾翼有无倾斜或扭曲；从模型俯视方向观测：

机翼和尾翼有无偏斜。

然后检查重心位置是否正确（重心位置大约在距机翼后缘１２ｍｍ处）。

组装如果有问题，必须加校正。

如果重心位置不对，也要加配重予以解决。

二．手掷试飞调整

　　手掷的方法：

手执模型飞机的重心部位，将模型飞机举过头顶，左右机翼保持水平，机头微微向下10°——15°，将模型沿机身轴线方向掷出，仔细观察和牢记模型飞机的滑翔姿态。

　　如果模型出手后大角度向下冲，调整方法为：

将水平尾翼后缘往上扳；改变配重，将重心后移。

　　如果模型出手后产生波状飞行，调整方法为：

将水平尾翼后缘往下扳；改变配重，将重心前移。

　　如果模型出手后就急转弯，调整方法为：

如果模型是右转弯，将垂直尾翼后缘往左扳；如果模型是左转弯，将垂直尾翼后缘往右扳。

　　（注意：

在调整垂直尾翼和水平尾翼时，用水将水平尾翼和垂直尾翼后缘适当浸湿，避免损坏尾翼）。

　　在调整过程中，需要将以上方法综合运用，并且需要多次反复调整，才能调整好模型飞机。

我们在调整中千万不要性急，要分析问题所在，把问题一个一个地解决。

　　模型调整完后，一定要牢牢记住模型飞机的滑翔姿态，特别是模型飞机的转弯方向。

三．弹射飞行的调整

　　弹射模型飞机弹射起飞的常规方式：

右转弯盘旋的模型飞，机弹射起飞时右手执弹射手把，左手执模型机身尾部，模型向外倾斜，往右上方弹射起飞；左转弯盘旋的模型飞机，弹射起飞时左手执弹射手把，右手执模型机身尾部，模型向外倾斜，往左上方弹射起飞。

　　弹射模型飞机正常起飞后，注意视察其滑翔姿态，再参照手掷滑翔的调试方法反复细心调试，模型调试好后，该模型飞行性能是很不错的。

第四讲手掷滑翔机的制作

今天我们开始制作一架手掷（P1S）模型飞机

手掷模型飞机可以说是制作与飞行相对都比较简单的模型，也是初学者入门的一个项目。

在国家体育总局颁布的模型飞机竞赛规则中，手掷模型飞机又分为手掷留空模型和手掷直线距离模型两类（展示这两类模型）。

手掷留空模型就是用手将模型用力掷向空中，模型进行滑翔，看谁的模型从在空中停留时间的长短；手挚直线模型就是就是用手将模型沿直线掷出，看谁的模型沿直线飞得远。

由于飞行要求的不同，两种模型的设计也是不一样的。

前者重点要求是滑翔性能好，争取更多的留空时间；后者重点应在飞行阻力小，飞得远。

制作这类模型飞机的材料一般都是桐木或轻木。

我们选择的是由工厂加工成的全部都是桐木，在工厂进行了初步加工，需要细致加工和组装。

清点材料的数量：

机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、机翼加强条和胶水。

我们今天要做的这架手掷模型飞机，有其中的三个部分。

下面我们就开始制作。

1、精磨翼型。

什么叫翼型：

机翼的剖面形状。

翼型是飞机飞行性能的重要因素。

根据我们以前获得的知识，我们知道飞机的升力重要来自机翼，是由机翼的翼型决定的。

升力怎样产生的？

——流过机翼上下表面气流的速度查。

一般常见的翼型：

（1）平凸翼翼型:

平凸翼型的下弧线是一条直线　　　　　　　　　

（2）双凸翼型

（3）凹凸翼型:

凹凸翼型的下弧线向内凹入

我们现在制作的手掷模型飞机的翼型是平凸翼型。

模型套材在出厂前已经进行了粗加工，但不细致，我们要进行必要的精加工。

方法是用沙纸板进行打磨：

分别将机翼的前缘、后缘放在工作板的边缘，用沙纸板进行打磨，要求是均匀、光滑。

2、安装上反角。

什么叫上反角？

机翼向上翘起与水平面的角度。

作用是恢复飞机横侧的稳定。

不同性能的飞机的上反角是不同的，一般说来，低速的飞机，上反角要偏大一些。

（1）用刻刀沿沟槽将两个翼尖切下

（2）将两片翼尖反扣对齐，休整成大小一致

（3）在机翼中短与上反角粘接部位和两片上反角与中段粘接处打磨出合适的角度。

要求要细致，沙纸板的倾斜角度不要过大。

（4）在机翼上反角粘接处的底下垫好纸，用直尺量出翼尖上翘的高度，用手固定好，点上适当的胶水。

（最好两个人互相配合）

3、安装尾翼。

用直尺量出水平尾翼的中线，将水平尾翼放在机身尾部合适的位置，中线对齐机身的纵轴，从几个角度观察水平尾翼的位置是否合适，两个人配合点胶。

安装垂直尾翼

4、安装机翼

首先确定机翼安装在机身的位置。

用直尺从机头向后量厘米。

用刀尖开出V型槽。

开槽的难度较大，要注意安全。

将机翼放在开好的V型槽处，要从几个角度观察安装的角度是否合适，两个同学互相配合用胶粘好。

最后，粘好加强条。

到此为止，模型就基本制作好了，但是还不要去手掷，以免模型损坏。

下节课我们还要学习调试的方法，然后再飞行。

第五讲手掷滑翔机的调试与飞行

 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。