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文档简介

1、一、航空模型的根本原理与根本知识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那么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。升力重力M1-1图1-1弯矩不平衡那么会产生旋转加速度,在飞机来说,X轴弯矩不平衡飞时机滚转,Y轴弯矩不平衡飞时机偏航、Z轴弯矩不平衡飞时机俯仰如图1-2Y翰偏航翰酬1222、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,静压力那么较小,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,丁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

3、相会合如图1-4,经过仔细的计算后觉察如依上述理论, 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。Z翰俯仰翰做!H1-3图1-3M1-5匿11-4图1-4图1-5升力的金昔I汽理圜1-6力升力的金昔森理H1-73、翼型的种类全室寸柄_ _ _ ,_-一C_-半却sH 3-21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Y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、4 S型翼: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,常用丁无尾翼机。5内凹翼:下弧线在翼弦在线,升力系数大,常见丁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。根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Y翼或半对称翼,因浮力大。克拉克YS型翼内凹翼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

5、但不很重要,只占总阻力的一小局部,当然为减少磨擦阻力还是尽量把飞机磨光。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 有时机看到油轮船头水底下那局部,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。H3-3BI3-43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,因而产生阻力,这现象在飞行表演时,

6、飞机翼端如有喷烟时 可看得非常活楚,你可以注意涡流旋转的方向如图3-5,图3-6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拟小,图3-6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,否那么飞入这种涡 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。往彳麦上翻的流k 8R VSVN 9-国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

7、如图3-7 , 3-8。害止阳十M3-7副翼H 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, 只是翼端比拟严重,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,诱导阻力那么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M 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,实机的的单位那么是每平方公尺多少

8、牛顿 N/mf , 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局部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,与机身结合局部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,那么翼面负载为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,6、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局部的马力。飞

9、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=t / 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,否那么,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 力那么与速度的平方成反比,所以高速飞机比拟不考虑诱导阻力,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

10、察机,为长时间翱翔,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。圄3 15 (NASA照囹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 翼弦都比拟窄,雷诺数小,所以要仔细选择翼型,防止过早失速,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,这时就要

11、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。圜4-12和缓的锥形翼:如图4-2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。BI4-23锋利的锥形翼: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制作难度高,最有

12、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。H4-4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,另因升力分布丁所有翼面,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、椭圆翼就比拟经济,此外从 图面也可看出矩形翼的诱导阻力比拟大,即使翼端的面积大效率也不好。锋利的锥形翼翼端极窄,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像真

13、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身边的电子讯号干扰口趋严重对 航模业.来影响越来越严重 之前的遥控器利遥控慌型之间是采用100MH以下的频度来通讯的 现在的电子母号枯氏频段的丁扰是很严.重的 此目一100MHZ勺通讯距离有限。数字无线通讯技术的不断开展越来越多的航模J-商的把H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

14、电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,随着电子技术开展,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、电源等局部组成。函:满泊模型飞机用通谥比倒遛挽设备各都蛀忘瞿图l所示的,是4通道比例遥控设备发射机的外型和各局部名称。在发射机的面板上,有两根分别控制l

15、、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。第14道微或沱珞.g i旬可X映源H美革I点逐道裸出.杆SP援收机伺服系垸组成图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。如果是电动航模那么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。所谓比例控制,简单说来,就是当我们把发射机上的

16、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。混成圄2发射#1接收机魁机 与模型动作关新比例控制4通道的比例遥控设备, 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

17、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,它根本上是由操纵器、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乂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,操纵者相当丁货运调度员,动作指令信号相当丁货物,而高频 无线电波相当丁火车,把货物搬上火车的过程称为调制。蛹曾 与中吏成讦钦侃行R胶机楮臂目焚图:澄射机纪*卞寸由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

18、,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信号不是用丁操纵杆的、短有较长的时间宽度,当接收机由丁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问隔期,它能使接收机可靠地区别多个信号。七无信螃雄分图s比例式遥控设备演不云技岳樗信硅刷外建统rd欧网-帝 g 踌二;至枕Y-亍廿j亍览轼晶出ffl &接收机组成示惫明接收机组成如图6所示,它根本上可分成接收电路、译码电路等局部。从接收电 路出来的低频输出通过译

19、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。接收电路相当丁接货、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。B7花咸秦垸示童幽六通道遥控器电路如图3动力系统航空模型的

20、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丁燃料,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。电动那么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无刷电机, 也有一 局部使用有刷电机。有刷电机 七机.作时 线圜和换再器.旋转 磁钢H喘,I不切 线圈田流方向 的交替C1J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、 无刷巾流电机由电动机K体和驱动器

21、组成 是一神典型的机电一体化产品G由无刷什流电动机是以自控式运行的 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另加启动绕组 也不会在负载突变时产牛振荡和失步,2、 行刷电机是指电机是白流电籀入控制它的控削器只给它提供大小电流就听以调速了;而无刷电机其实就是 个二相交流电机 靠控制秦把之流电转换成二相 交流电并根据电机里的传感器崔尔兀件进行换相使电机北常运转M接来说 无刷电机比有刷电机寿命长、起步rr劲省电但是控制器却比有刷控制器本钱高。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那么表示该电

22、机在1V电压下每分钟的转 速为1400转,如果是在10V电压下工作那么转速时14000转每分钟。2208 KV2200那么表示电机直径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KV2200-2800M的5寸浆KV3000-3500左右的4530浆2

23、S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 12.1A6430转788克;10.5V11.6A6270转750克;10V10.9A 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

24、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 1500mAhGWS9050HD桨,11V 10.5A 8430转,推力681克。10V 9.2A 7900转,推力603克。300一400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。400一450克的3D配置

25、,2S 12 15C 1200 1500mAh GWS1060HD桨,8V 15.2A , 7220转,推力670克,7V 12.7A, 6560转,推力553克。GWS9050HD桨,11V 18.9A , 9720转,推力903克,10V, 15.4A,9240转,推力816克。GWS8040HD桨,11V 12.6A , 11800转,推力700克。10V 11A , 11000转,推力606克。GWS8060HD桨,11V 17.8A , 10250转破桨了,10V, 15.4A,9660转。600克级别 的电动3A普通固定翼的配置A2212 , KV1750 :2S锂电,适合HY8

26、4.3桨;3S锂电,适合7X37X5的桨 售缺A2212 , KV2200 :5043桨,11V 21.1A , 18800转,10V 19.1A , 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80CMW上为适宜,不然的话机就容易造 成反扭;乂如用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

27、、 浆、电池,特别要注意的是,不能用大浆配高KV的电机,否那么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。 现在比拟流行的燃料有很多,常用的燃 料是煤油和乙酰和甲醇。依据的原理是内燃机。电动那么是由电流驱动电机提供动力, 航模的充电电池的种类比拟多,但是用于航 模之上要求能量密度大,重量轻,放电电流大,目前主要使用锐铭电池、锐氢电 池和锂离子电池。充电电池的内阻低,使用时谨防短路,否那么可能引起烫伤、火 灾。锐镉电池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1G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的差异,不

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