航空模型的基本原理与基本知识

1、、航空模型的基本原理与基本知识1）航空模型空气动力学原理1 、力的平衡飞行中的飞机要求手里平衡，才能平稳的飞行。如果手里不平衡，依牛顿第二定 律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力如图 1-1。升力由机翼提供，推力由引擎 提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的 力，称x及y方向当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转 弯中，飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反， 故x方向合 力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故 y方向合力亦 为零，飞机不升降，所以会保持等

2、速直线飞行。圖1-1图1-1弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，X轴弯矩不平衡飞机会滚转,丫轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰如图1-22、伯努利定律伯努利定律是空气动力最重要的公式，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，流体一般是指空气或水，在这里当然是指空气， 设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力 较大，两边互相较力如图1-3丨，于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来， 以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合如图1-4丨，经过仔

3、细的计算后发觉如依上述理论， 上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那 么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点 会比流经机翼的下缘质点先到达后缘如图 1-5丨。圖1-3图1-3圖1-4图1-4圖1-5图1-5真空升力的錯誤理論圖1-6力升力的錯誤理論圖1-73、翼型的种类全對稱克拉克Y半對稱內凹翼圖3-2S型翼1全对称翼：上下弧线均凸且对称。2半对称翼：上下弧线均凸但不对称。3克拉克丫翼：下弧线为一直线，其实应叫平凸翼，有很多其它平凸翼型，只是 克拉克丫翼最有名，故把这类翼型都叫克拉克 丫翼，但要注意克拉克丫翼 也有好几种。4 S型翼：中弧线是一个平躺的S型，这类翼

4、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：下弧线在翼弦在线，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。基本航模的翼型选测规律：1薄的翼型阻力小，但不适合高攻角飞行，适合高速机2厚的翼型阻力大，但不易失速。3练习机用克拉克丫翼或半对称翼，因浮力大。4特技机用全对称翼，因正飞或倒飞差异不大。5斜坡滑翔机用薄一点翼型以增大滑空比。6 3D特技机用前缘特别大的翼型以便高攻角飞行。4、飞行中的阻力一架飞行中飞机阻力可分成四大类：1磨擦阻力：空气分子与飞机磨擦产生的阻力，这是最容易理解的阻力但不很重要，只占总阻力的一小部分，当然为减少磨擦阻力还是尽量把飞

5、机磨光。2形状阻力：物体前后压力差引起的阻力，平常汽车广告所说的风阻系数就是指 形状阻力系数如图3-3，飞机做得越流线形，形状阻力就越小，尖锥状 的物体形状阻力不见得最小，反而是有一点钝头的物体阻力小，读者如果 有机会看到油轮船头水底下那部分，你会看到一个大头，高级滑翔机大部 分也有一个大头，除了提供载人的空间外也是为了减少形状阻力。圖3-33诱导阻力：机翼的翼端部因上下压力差，空气会从压力大往压力小的方向移动， 部份空气不会规规矩矩往后移动，而从旁边往上翻，因而在两端产生涡流 如图3-4丨，因而产生阻力，这现象在飞行表演时，飞机翼端如有喷烟时 可看得非常清楚，你可以注意涡流旋转的方向如图 3

6、-5，图3-6丨是 NASA勺照片，可看见壮观的涡流，因为这种涡流延伸至水平尾翼时，从水 平尾翼的观点气流是从上往下吹，因此会减小水平尾翼的攻角，也就是说 水平尾翼的攻角实际会比较小，图3-6丨只不过是一架小飞机，如像类似 747这种大家伙起飞降落后，小飞机要隔一阵子才能起降，否则飞入这种涡 流，后果不堪设想，这种阻力是因为涡流产生，所以也称涡流阻力。氣流流向往後上翻的氣流圖3-4圖3-5圖36 NAS A照片4寄生阻力：所有控制面的缝隙如主翼后缘与副翼间、 主翼及尾翼与机身接合处、机身开孔处、机轮及轮架、拉杆等除本身的原有的阻力以外，另外衍生出来的阻力如图3-7 , 3-8-凹；理=寄生阻力

7、.上綾软.C!：OZO.OZ'ZOKr.圖3-7圖3-8一架飞机的总阻力就是以上四种阻力的总合，但飞机的阻力互相影响的，以上的 分类只是让讨论方便而已，另外诱导阻力不只出现在翼端，其它舵面都会产生， 只是翼端比较严重，磨擦阻力、形状阻力、寄生阻力与速度的平方成正比，速度 越快阻力越大，诱导阻力则与速度的平方成反比如图 3-9，所以要减少阻力 的话，无动力飞机重点在减少诱导阻力，高速飞机重点在减少形状阻力与寄生阻 力。速度圖3-95、机翼负载翼面负载就是主翼每单位面积所分担的重量，这是评估一架飞机性能很重要的指 针，模型飞机采用的单位是每平方公寸多少公克g/dm2，实机的的单位则是每平方

8、公尺多少牛顿N/卅，翼面负载越大意思就是相同翼面积要负担更大的 重量，如果买飞机套件的话大部分翼面负载都标示在设计图上，计算翼面负载很简单，把飞机全配重量不加油秤重以公克计，再把翼面积计算出来以平方公寸计一般为简化计算，与机身结合部分仍算在内两个相除就得出翼面负载， 例如一架30级练习机重1700公克，主翼面积30平方公寸，则翼面负载为56.7 g/dm2。练习机一般在5070左右，特技机约在6090,热气流滑翔机3050,像真机110 以内还可忍受，牵引滑详机约1215左右，&展弦比从雷诺数的观点机翼越宽、速度越快越好，但我们不要忘了阻力，短而宽的机翼 诱导阻力会消耗你大部分的马力。

9、飞机要有适合的展弦比，展弦比A就是翼展L除以平均翼弦b(A=L/b) , L与b单位都是cm,如果不是矩形翼的话我们把右边 上下乘以L，得A=L / S ， S是主翼面积，单位是cm2，这样不用求平均翼弦，一般适合的展弦比在57左右，超过8以上要特别注意机翼的结构，药加强记忆强度，否则，一阵风就断了。滑翔机实机的展弦比有些高达30以上。如前所述磨擦阻力、形状阻力与速度的平方成正比，速度越快阻力越大，诱导阻 力则与速度的平方成反比，所以高速飞机比较不考虑诱导阻力，所以展弦比低， 滑翔机速度慢，采高展弦比以降低诱导阻力，最典型的例子就是U2如图3-15 跟F104如图3-16，U2为高空侦察机，为

10、长时间翱翔，典型出一次任务约1012 小时，U2展弦比为10.5，F104为高速拦截机，速度达2倍音速以上，展弦比4.5， 自然界也是如此，信天翁为长时间遨翔，翅膀展弦比高，隼为掠食性动物，为求 高速、灵活，所以展弦比低。圈 3-15 （NASA照片）圖 3-16 （NASA照片）滑翔机没有动力，采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法， 展弦比高的机翼一般 翼弦都比较窄，雷诺数小，所以要仔细选择翼型，避免过早失速，另外高展弦比 代表滚转的转动惯量大，所以也不要指望做出滚转的特技了。7、翼面翼平面即是主翼平面投影的形状，当我们已假定飞机重量、翼面负载后，主翼面 积即可算出，展弦比亦已大致决定，这时就

11、要确定主翼平面形状，考虑的因素有 1失速的特性、2应力分布、3制作难易度、4美观，模型飞机的速度离音速还差 一大截，不须考虑空气压缩性，也没有前后座视野的问题，所以后掠翼不需考虑， 当然为美观或像真机除外，常见的平面形状及特性如下：1矩形翼：如图4-1丨从左至右翼弦都一样宽，练习机常用的形状，因为制作 简单，失速的特性是从中间开始失速，失速后容易补救。圖4-12和缓的锥形翼：如图4-2丨从翼根往翼端渐缩，制作难易度中等，合理的翼 面应力分布，缓和的翼端失速，特技机最常见的意形式。圖4-23尖锐的锥形翼：如图4-3同样从翼往翼端渐缩，但翼端极窄，恶劣的的翼端失速4椭圆翼：如图4-4丨制作难度高，

12、最有效率的翼面应力分布，翼端至翼根同 时失速，这也是天上最优美的翼面形式。圖4-4机翼先失速的位置跟局部升力系数与平均升力系数的比值有关，比值大的地方先失速，另因升力分布于所有翼面，机翼的剪应力及弯矩应力会从翼端往翼根处累 积，所以飞机结构失败在空中折翼都在靠机身处， 矩形翼结构应力分不就很不经 济，靠翼端处结构过强，增加无谓的重量，锥形翼、椭圆翼就比较经济，此外从 图面也可看出矩形翼的诱导阻力比较大，即使翼端的面积大效率也不好。尖锐的锥形翼翼端极窄，雷诺数小，且因为翼弦短，同样精度下制作时攻角误差 大，翼端很容易失速，翼端失速后就从先失速的一端先往下掉， 而且不见得救得 回来，所以做Ju87

13、像真机那类飞机要特别注意。主翼平面形状不需要一成不变的为锥形翼或椭圆翼，可以依需求、制作难易度及 美观采取各种组合。2）遥控系统随着我们身边的电子产品的不断更新我们日边的电子讯号T扰口超严重对 航模业来影响越来越严車 Z前的遥控器利遥挫模型Z间是采用100MHZ以下的 频度来逋讯的 巩在的电子讯号村低频段的T扰是很严重的 血冃100MHZ勺通 讯跖离冇限数字无线通讯技术的不断发展越来越多的航模厂商的把忖光投向ISM频段尤其是全球免费频段2.4G的数字无线传输模块上。而传统的模拟低频 无线航模远控系统日益受到信号干扰严重、通讯间隔有限、同场信道少等缺点的制约。飞机模型的无线电遥控，是指利用无线电

14、波传送操作者对模型动作的指令模型根据指令做出各种飞行姿态。用无线电技术对模型进行飞行控制的史，可以追溯到第二次世界大战以前。不过，由于当时民间。用无线电制航模面临十分复杂的法律手续，而且当时的遥控设备既笨重又极不可，因此，遥控航模未能推广开来到了本世纪60年代初期，随着电子技术发展，各种应用于航模控制的无线电设备也开始普及，时至今日，无线遥控设备已广泛地用于各种航空、航海和陆上模型。以四通道比例遥控设备系统为例，它由发射机、接收机、舵机、电源等部分组成。琨緊用开滾阳违適微调匚遍天沙屯C. ?iT我我山2谊嚴沟带芒、遊矗慄制茯图1遥控様型飞机用1通道比例遽揑根备咨肺分电私图I所示的，是4通道比例

15、遥控设备发射机的外型和各部分名称。在发射机的面板上，有两根分别控制I、2通道和3、4通道动作指令的操纵秆，以及与操纵杆动作相对应的4个微调装置。在发射机底部，设置有 4个舵机换向开关，分别用于变换舵机摇臂的偏转方向。图2揺圾机伺服条统爼聪图2所示的，是接收机和舵机以及接收机电源装置，其中接收机用来接收从发射机传来的指令信号，经处理后，指挥舵机作出与发射机指令相对应的动作。电池组给接收机和舵机提供工作能源，它由4节普通5号干电池串联而成。如果是电动航模则将其中一个舵机换为电子 调速器（俗称电调）。电子调速器连接电源和电机，而且接收机也直接由电子调速器连接的 电源供电。-1I*I右咎闫觀撇组片所谓

16、比例控制，简单说来，就是当我们把发射机上的操纵杆由中立位置向某一方向偏移一角度时，与该动作相对应的舵机摇臂也同时偏移相应的角度，舵机摇臂偏转角度与发射机操纵杆偏移角度成比例图3显示了发射机执行舵机与飞机模型舵面的动作关系。当发射机 操纵杆（或对应的微调杆）往左、右偏转或回复中立时，执行舵机的摇臂也随之相应地往左、 右偏转或回复中立，带动模型的舵面往左，右偏转或回复中立，操纵杆（或微调杆）、舵机摇臂、 模型舵面偏转的角度大小成比例。feW t. t v磺幵撵畝忏陀舵机孺可FT乜肚中芷'' m立桂堂可恂議调杆惦圧亠一梟倔團;弓发射机 撞枚机 粧机 与樓型动作关系（比例控制）4通道的

17、比例遥控设备，可以同时对模型进行四个不同动作（例如油门、升降舵， 方向舵,副翼）的比例控制。这样的控制已十分接近载人飞机的操纵了。因此，如果能熟练地运用遥控设备和充分地掌握模形飞行的原理，经过一段时间的刻苦练 习,操纵者可象驾驶载人飞机一样控制模型在天空自由飞翔。发射机的组成如图4所示,它基本上是由操纵器、编码电路、开关电路、高频电 路组成。操纵器与可变电位器电路连接可变电位器又信号发生电路一编码器连 接，编码鸡器发生的信号搭载在高频无线电波上由天线发送出去，这个过程有点像用火车运载货物，操纵者相当于货运调度员，动作指令信号相当于货物，而高频 无线电波相当于火车，把"货物"

18、搬上"火车"的过程称为调制。图t发射机皑吃亍意囲按各个库红杓4通道遥控发射机发出的无线电波如图 5所示,Ta_d操纵杆用脉冲信号及Ts 矩形波（共5个信号）组成一个周波，在1秒时间内大约自动重复出现30个周波。 Ta_d分别与和操纵杆连接的可变电位器相对应，当操纵杆运作时,Ta_d的信号随之改变其时间宽度，促使与接收机连接的舵机边做出相应成比例的动作 Ts信号不是用于操纵杆的、短有较长的时间宽度，当接收机由于杂音信号干扰而引起 信号排列紊乱时，它能自动整形。在脉冲信号之间的To是没有无线电信号的间隔期，它能使接收机可靠地区别多个信号。I I'M> 秒卩寸蛋夏现

19、蜩找0牛周披图o比例式琨控设侖毘射兄盂k誇信号7援收直戟® E接收机组成贡整图接收机组成如图6所示，它基本上可分成接收电路、译码电路等部分。从接收电 路出来的低频输出通过译码电路就能分别独立地取出由发射机发出的操纵杆动 作信号Ta_d。这个过程有点像货物运达目的地车站后；把货物卸下来并分类送 给不同的使用者。接收电路相当于接货、卸货人员，她们把“货物”卸下来后， 由货物分类人员（译码电路）把“货物”送给不同的用户一各个执行舵机。舵机的组成如图7所示。舵机由能够取出与发射机操纵杆动作成比例的信号 的电路和能够作出与该信号相对应动作的马达和齿轮减速机构组成。作为发射机操作杆动作与模型动作

20、之间的动作媒介，舵机的可靠性是极为重要的。舵机动作摇臂常用的形状如图8所示。这些摇臂因用途不同而具有不同的形状、力臂半、 半径、强度。何性炳酬咸解鮎卿養劃核-"""aa- M_fc.圉了陀机组成系统示意图六通道遥控器电路如图-_tvX3）动力系统航空模型的动力，根据能量来源的不同分为电动和油动。 本航模采用电动，所以 着重介绍一下电机。油动机主要的能量是来源于燃料，如煤油、甲醇等，燃料在内燃机或者是喷气发 动机中燃烧，从而带动飞机前进。电动则不明思议是有电池或只是蓄电池提供电力有电机将电能转化为机械能。 电 机主要有有刷电机和无刷电机两类。 当下航空模型中主要使用

21、无刷电机， 也有一 部分使用有刷电机。有刷电机 七札匚作时 浅圈和檢且褂旋转 磁调和碳利不软 线圈七流方向 的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。 有刷电机和无刷电机有很多区别从名字上可以看出，有刷电机有碳刷无刷电机没有碳刷。1、无刷流吐机山LAUL冷楓昭闵第紺成 是呵或型的机吐 休化产臥由尸无刷庁流电动机是以口控式运行的 所以不会象变频调速下.重载启动的同 步电机那样在转子上坍加卅动绕组 也不会在负载缎变时产牛-振荡和失步。2、冇刷廿足世吃机是加匕输入 控W旳控创器只给卩壬決尢小七流就町以调速了 ； ；ij土刷出戍实戎是个一相交渝戸机 克控创器把I応迪转换成一相 交流电 并根据电机里

22、的传感器崔尔兀件进行换和使电机上常运转，吃接來说 无刷电机比冇刷电机寿命长、起步冇劲省电 但是控制器却比冇刷控制器成本 高。无刷电机常识：无刷电机上标有2212 KV1400等参数，前面的四位数是电机形状的参数，22表示直径，12表示电机的长度。而kv1400则表示该电机在1V电压下每分钟的转 速为1400转，如果是在10V电压下工作则转速时14000转每分钟。2208 KV2200 则表示电机直径22mm长度8mm 1V电压下工作每分钟转速为2200转。计算公 式为：电机的转速（空载）=KV值X电压；例如KV1000的电机在10V电压下它 的转速（空载）就是10000转/分钟。电机的KV值越

23、高，提供出来的扭力就越小。电机与浆的搭配：3S电池下；KV900-1000的电机配1060或1047浆，9寸浆也可KV1200-1400配9050（ 9寸浆）至8*6浆KV1600-1800左右的7寸至6寸浆KV2200-2800左右的5寸浆KV3000-3500左右的4530浆2S电池下；KV1300-1500左右用9050浆KV1800 左右用7060浆KV2500-3000左右用 5X3浆KV3200-4000左右用 4530 浆各型号电机与不同桨组合的推力测试数据:A2212 KV930 :GWS1047 桨：11V 12.1A 6430 转 788 克；10.5V 11.6A 627

24、0 转 750 克；10V 10.9A 6130 转 710 克；9.5V 10.1A 5900 转 650克。GWS1060HD 桨，11V 9.9A,7130 转，推力 650克。10V 8.6A，6690 转，推力 575 克。A2212，KV1000 :GWS1047RS 桨，11V 15.6A,6810 转，推力 886 克。10V 14A，6530 转，推力 820 克。GWS1060HD 桨，11V 13.1A，7630 转，推力 745 克。10V 11.6A，7260 转，推力 675 克。（450 550 克的 3D 配置，3S 12 15C 1000 1500mAh ）G

25、WS9050HD 桨,11V 10.5A 8430 转，推力 681 克。10V 9.2A 7900 转，推力 603 克。（300 400 克的 3D 配置，3S 10 12C 800 1200mAh ）A2212 , KV1400 :GWS1047RS 桨，8V 18A , 6380 转，推力 775克。7V 15.1A , 5860 转，推力 650 克。（400 450 克的 3D 配置，2S 12 15C 1200 1500mAh ）GWS1060HDGWS9050HD 克。GWS8040HD克。桨,桨,桨,8V 15.2A , 7220转，推力 670 克，7V 12.7A , 6

26、560转，推力 553 克。11V 18.9A , 9720 转，推力 903 克，10V , 15.4A,9240 转，推力 81611V 12.6A , 11800 转，推力 700 克。10V 11A , 11000 转，推力 606GWS8060HD的电动3A普通固定翼的配置）桨,11V 17.8A , 10250 转（破桨了）, 10V, 15.4A,9660 转。（600克级别A2212 , KV1750 :2S锂电，适合 HY8 >4.3桨；3S锂电，适合7X37X5的桨 （售缺）A2212 ,KV2200 :5043 桨，11V 21.1A , 18800 转，10V 1

27、9.1A , 17600 转。（400 650 克级别，高速 飞 翼 后推像真机用的配置。3S 15 20C 1500 2000mAh ）一般来说，浆越大对飞机所产生的反扭力越大，所以浆的大小与机的翼展大小有 着一定关系，但浆与电机也有着上面所讲的关系。例如用1060浆，机的翼展就得要在80CM以上为合适，不然的话机就容易造 成反扭；又如用8*6的浆翼展就得在60以上。在选择玩什么机型的时候就要注 意这4者的关系，尤其是新手选择机型，一定要看这机型翼展大小选择配电机、 浆、电池，特别要注意的是，不能用大浆配高KV的电机，否则烧电机还影响了电池，有可能连电调也烧掉。4）能量来源时下航空模型的动力

28、来源主要分为电动和油动。油动自然是由发动机燃烧燃料提供动力。 现在比较流行的燃料有很多，常用的燃 料是煤油和乙醚和甲醇。依据的原理是内燃机。电动则是由电流驱动电机提供动力， 航模的充电电池的种类比较多，但是用于航 模之上要求能量密度大，重量轻，放电电流大，目前主要使用镍铬电池、镍氢电 池和锂离子电池。充电电池的内阻低，使用时谨防短路，否则可能引起烫伤、火 灾。镍镉电池（Ni-CD）的主要特点是优异的大电流放电性能，满足航模短时间 高功率要求。充电电池一个重要的性能指标是放电倍率。所谓放电倍率，就是指电池的最大连续放电电流与其标称容量电流（C）的比值。C代表的是以一小放 电完毕的电流或者说是标称容量的电流为 1C。通常在容量C前加一个数字表示。 例如某种1800毫安电池的放电倍率为10 C，即表示它的最大连续放电电量为 18A,可见放电倍率是衡量电池急放电性能的重要指标。由于生产工艺和结构上