航模基础知识原理与结构文档格式.docx

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飞艇一般造成流线形，以减少阻力。

飞艇还装有尾翼，以保证它前进时的稳定性，并且通过尾翼操纵飞艇的飞行方向。

图2-1气球与飞艇

气球的球囊一般都用不透气的布，而模型气球则用纸。

轻航空器的升空条件。

要设计和制作一个轻航空器，必须要考虑它所受的浮力和重力。

只有当浮力大于重力的时候，轻航空器才能升空。

为了计算方便，我们引入比重这个概念。

比重是指某种物质在单位体积内的重量。

下面以热气球为例，介绍计算浮力和重力的方法。

2、重航空器

重航空器是指它的质量比同体积空气重的航空器。

飞机、火箭、导弹等都属于重航空器。

显然，重航空器所受到的浮力比重力小得多，不可能依靠浮力升空。

飞机可以利用空气动力升空。

火箭和导弹直接利用反作用力升空。

重航空器的飞行原理要比轻航空器复杂得多。

第二节空气动力学基本原理

当一个物体在空气中运动，或者空气从物体表面流过的时候，空气对物体都会产生作用力。

我们把空气这种作用在物体上的力叫做空气动力。

空气动力作用在物体的整个表面上。

它既可以产生对飞机飞行有用的力，也可以产生对飞机飞行不利的力。

升力是使飞机克服自身重量保持在空气重飞行的力；

阻力是阻碍飞机前进的力。

为了使飞机能够在空机中飞行，就要在飞机中安装发动机，产生向前的拉力区克服阻力，飞机和空气发生相对运动，产生升力区克服重力。

为了进一步讨论飞机的升力和阻力，我们需要简单介绍一下空气动力学的几个基本原理。

1、相对性原理

在运动学中，把运动的相对性叫做相对性原理或者叫做可逆性原理。

相对性原理对于研究飞机的飞行是很有意义的。

飞机和空气做相对运动，无论是飞机运动而空气静止，还是飞机静止而空气向飞机运动，只要相对运动速度一样，那么作用在飞机上的空气动力就是一样的。

根据这个原理，在做实验的时候，可以采用一种叫风洞的实验设备。

这种设备利用风向或其他方法在风洞中产生稳定的气流。

把模型放在风洞里，进行吹风实验，用来研究飞机的空气动力问题，模型在风洞里测出的数据和模型在空气中以相同的速度飞行时测出的数据是相近似的。

2、连续性原理

为了一目了然地描述流体的流动情况，需要引入流线的概念。

流体微团流动时所经过的路径叫做流线。

图2-2稳定流体的流线

图2-2是稳定流体流过某一个通道的流线。

从图中可以看到，截面宽的地方流线系，截面窄的地方流线密。

由于流线只能在通道中流动，在单位时间内通过通道上任何截面的流体质量都是相等的。

因此，连续性原理可以用下式表示：

假设流体是不可压缩的，也就是说流体密度

保持不变，截面1的面积是

，截面2的面积是

，通过截面1时流体速度是

，通过截面2时流体速度是

，于是有：

由公式和图可以看到，截面窄、流线密的地方，流体的流速快，截面宽、流线稀的地方，流体的流速慢。

通过以上分析就很容易解释窄水流快，路面窄风速大的现象了。

3、伯努利定律

如果两手各拿一张薄纸，使它们之间的距离大约4~6厘米。

然后用嘴向这两张薄纸中间吹起，如图2-3所示。

你会看到，这两张纸不但没有分开，反而相互靠近了，而且用最吹出来的气体速度越大，两张纸就越靠近。

这是为什么呢？

这就是由于伯努利定律的作用。

简单的说流体的速度越大，静压力越小，速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，这就是伯努利定律。

伯努利定律是空气动力最重要的公式。

图2-3伯努利定律

从这个现象可以看出，当两张纸中间有空气流过的时候，中间空气流动的速度快，压强便小了，纸外压强比纸内大，内外的压强差就把两张纸往中间压去，中间空气流动的速度越快，纸内纸外的压强也就越大。

伯努利定理是能量守恒定律在流体中的应用。

当气体水平运动的时候，它包括两种能量：

一种是垂直作用在物体表面的静压强的能量，另一种是由于气体运动而具有的动压强的能量，这两种能量的和是一个常数。

静压强度就是通常讲的压强，用

表示，单位是

，动压强用

表示，其中

是空气密度，单位是

（因为密度

和比重

的单位关系是

，重力的单位是

，

的单位是

，所以空气密度的单位是

）。

如果忽略气体的压缩性以及温度变化的影响，伯努利定理可以用下式表示：

ρ

用伯努利定理研究前述截面情况，就有：

从上式可以得知，在

不变的情况下，由于截面2处的流速

大于截面1处的流速

，所以阶面2处的静压强

小于截面1处的静压强

。

伯努利定律在日常生活上也常常应用，最常见的可能是喷雾器（如图2-4），当压缩空气朝A点喷去，A点附近的空气速度增大静压力减小，B点的大气压力就把液体压到出口，刚好被压缩空气喷出成雾状，读者可以在家里用杯子跟吸管来试验，压缩空气就靠你的肺了，表演时吸管不要成90度，倾斜一点点，以免空气直接吹进管内造成皮托管效应，效果会更好。

图2-4伯努利定律的应用

第三节机翼的翼型和升力

飞机为什么能够像鸟一样在天空中滑翔？

其实很早人们都在惊奇鸟的飞翔了。

《诗经》在大雅中就有“鸢飞戾天，鱼跃于水”的诗句。

显示出人对飞鸟游鱼的羡慕以及人类的无奈。

一、翼型

航空先驱们正是从研究鸟的飞行原理开始学习飞翔的。

人们发现，鸟的翅膀在飞行使羽毛能够展开，并且翅膀下面是内凹而上方是凸起的。

1903年，美国的莱恃兄弟研制的有人动力飞机、1908年法国的昂利·

法尔门操纵的巴然·

法尔门飞机都是双冀机，机翼也都是蒙布的并且具有薄的带有正弯度的翼型，它们都很象鸟翼的截面。

现在所研制的飞机基本上也是这种截面，都具有一定的向上凸起弧度，为什么机翼要做成这种形状呢？

图2-5翼型与机翼的剖面

机翼横截面的轮廓叫翼型或翼剖面。

截面取法有的和飞机对称平面平行，有的垂直于机翼横梁。

直升机的旋翼和螺旋桨叶片的截面也叫翼型。

翼型的特性对飞机性能有很大影响，选用最能满足设计要求，其中也包括结构、强度方面要求的翼型．是非常重要的。

为了适应各种不同的需要，航空前辈们发展了各种不同的翼型，从适用超音速飞机到手掷滑翔机的翼型都有。

100年来有相当多的单位及个人作有系统的研究，与模型有关的方面比较重要的发展机构及个人有：

1、NACA：

国家航空咨询委员会即美国太空总署（NASA）的前身，有一系列之翼型研究，比较有名的翼型是”四位数”翼型及”六位数”翼型，其中”六位数”翼型是层流翼。

2、易卜拉：

易卜拉原先发展滑翔机翼型，后期改研发模型飞机翼型。

3、渥特曼：

渥特曼教授对现今真滑翔机翼型有重大贡献。

4、哥庭根：

德国一次大战后被禁止发展飞机，但滑翔机没在禁止之列，所以哥庭根大学对低速（低雷诺数）飞机翼型有一系列的研究，对遥控滑翔机及自由飞（无遥控）模型非常适用。

5、班奈狄克：

匈牙利的班奈狄克翼型是专门针对自由飞模型，有很多翼型可供选择。

图2-6翼型各部分的名称

翼型各部分的名称如图2-6所示。

一般翼型的前端圆钝，后端尖锐，下表面较平，呈鱼侧形。

前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两端点之间的连线叫做翼弦。

其中影响翼型性能最大的是中弧线的形状、翼型的厚度的分布。

中弧线是翼型上弧线与下弧线之间的内切圆圆心的连线。

翼弦是指连接翼型中弧线前后端点的直线，它是翼型的一条基准线。

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，但阻力又会增加。

如果中弧线是一根直线，与翼弦重合，那就表示这翼型上表面和下表面的弯曲情况完全一样，这种翼型称为对称翼型。

普通翼型的中弧线总是弯的，S翼型的中弧线是横放的S型（图2-7a）。

翼型的厚度、中弧线的弯度、翼型最高点在什么地方等通常都是用翼弦长度的百分数来表示的。

中弧线最大弯度用中弧线最高点到翼弦的距离来表示。

中弧线最高点的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的特性有很大关系。

竞速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，竞速模型要采用较薄的翼型。

翼型最大厚度一般是翼弦的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。

翼型命名：

适合于模型飞机上使用的翼型现在已有百种以上，每种翼型的形状都各不相同。

为了确切地表示出每种翼型的形状，现在都用外形座标表表示。

如NACA2412，第一个数字2代表中弧线最大弧高是2%，第二个数字4代表最大弧高在前缘算起40%的位置，第三、四数字12代表最大厚度是弦长的12%，所以NACA0010，因第一、二个数字都是0，代表对称翼，最大厚度是弦长的10%，但要注意每家命名方式都不同，有些只是单纯的编号。

因为翼型实在太多种类了，一般人如只知编号没有座标也搞不清楚到底长什么样，所以在模型飞机界称呼翼型一般常分成以下几类

（j）

（i）

（g）

（h）

（f）

（e）

（d）

（c）

（b）

（a）

图2-7翼型的分类

1、全对称翼：

图2-7b，上下弧线均凸且对称。

3D花样特技模型直升机的旋翼模型就是这样的。

2、半对称翼：

图2-7d，上下弧线均凸但不对称。

有的3D花样特技模型直升机的旋翼模型也是这样的。

3、克拉克Y翼：

图2-7a，下弧线为一直线，其实应叫平凸翼，有很多其他平凸翼型，只是克拉克Y翼最有名，故把这类翼型都叫克拉克Y翼，但要注意克拉克Y翼也有好几种。

4、S型翼：

图2-7e，中弧线是一个平躺的S型，这类翼型因攻角改变时，压力中心较不变动，常用于无尾翼机。

5、内凹翼：

图2-7c，下弧线在翼弦线上，升力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔机，所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。

6、其他特种翼型。

如图2-7f、g的最大厚度点在60%弦长处的“层流翼型“，下表面后缘下弯翼增大机翼升力的“弯后缘翼型”，；

图2-7h的为了改善气流流过机翼尾部的情况，而将翼型尾部做成一块平板的“平板式后缘翼型”，；

图2-7I的头部处比一般翼型多出一偏薄片，作为扰流装置以改善翼型上表面边界层状态的“鸟嘴式前缘翼型”，；

以及图2-7j的下表面有凸出部分以增加机翼刚度的“增强翼型”等。

以上的分类只是一个粗糙的分类，在观察一个翼型的时候，最重要的是找出它的中弧线，然后再看它中弧线两旁厚度分布的情形，中弧线弯曲的方式、程度大至决定了翼型的特性，弧线越弯升力系数就越大，但一般来说光用眼睛看非常不可靠，克拉克Y翼的中弧线就比很多内凹翼还弯。

二、升力的产生

当气流迎面流过机翼的时候，机翼同气流方向平行，原来是一股气流，由于机翼的插入，被分成上下两股。

在翼剖面前缘附近，气流开始分为上、下两股的那一点的气流速度为零，