模型飞机俯仰平衡调整原理

模型飞机俯仰平衡调整原理第1页，课件共27页，创作于2023年2月压力中心重心升力低头力臂抬头力臂模型飞机俯仰平衡示意图机翼升力产生抬头力矩尾翼升力产生低头力矩第2页，课件共27页，创作于2023年2月

机翼的压力中心

在分析飞行状态或调整飞行时，有必要较为深入地了解机翼（水平尾翼也类似）的空气动力特性。机翼的空气动力是由它上下的压力差形成的。机翼前缘受气流的动压作用形成正压力，机翼上表面流速加大形成负压力，机翼下表面流速慢形成正压力。根据力的合成原则，把这些压力合在一处，就是机翼总的空气动力，它的作用点叫压力中心。第3页，课件共27页，创作于2023年2月第4页，课件共27页，创作于2023年2月抬头力矩和低头力矩抬头力矩＝机翼升力×抬头力臂低头力矩＝水平尾翼升力×尾力臂机翼升力×抬头力臂＝水平尾翼升力×尾力臂俯仰平衡时必须使抬头力矩等于低头力矩。第5页，课件共27页，创作于2023年2月“轻骑士”俯仰平衡示意图压力中心重心升力低头力臂抬头力臂机翼升力产生抬头力矩尾翼升力产生低头力矩第6页，课件共27页，创作于2023年2月

压力中心与重心几乎重合，压力中心位于机翼前缘35%的地方，而重心位于机翼前缘37%的地方，抬头力臂仅1.6毫米，尺寸明显偏小。由于飞机的抬头力臂太短，所以飞机产生的抬头力矩很小，飞机在遇到上升气流时很难随气流上升；再者由于压力中心与重心几乎重合，水平尾翼不产生升力，它们对重心力矩都等于零。由此可以判断，这就是造成飞机爬升状态较好，滑翔状态差留空时间短的原因。假若盲目将机翼前移，飞机必然出现抬头力矩大于低头力矩从而出现拉翻现象。第7页，课件共27页，创作于2023年2月

“轻骑士”模型飞机下滑角大留空时间短的原因

主要是该飞机水平尾翼面积设计的太小，尾翼与机翼的面积之比约为1:4（电动“米奇”约为1:3），其次是尾力臂短，水平尾翼与尾力臂所形成的低头力矩相对较小。为了避免飞机拉翻，设计者将机翼后移，用减小抬头力矩的方法来达到俯仰力矩平衡。模型飞机的俯仰安定性是适当的选择水平尾翼的尺寸和位置来取得的。第8页，课件共27页，创作于2023年2月升力低头力臂压力中心抬头力臂配重重心抬头力臂“轻骑士”俯仰平衡调整示意图第9页，课件共27页，创作于2023年2月

室内调整

使用薄的铅片作为配重，用双面胶粘在机头部位，配重位置越靠前越好。配重使重心位置前移约2.5厘米，距机头11厘米（原13.5厘米）。然后前移机翼，将重心移至翼弦的后三分之一位置增加机头配重是延长尾力臂；前移机翼是增加飞机的抬头力臂；目的都是增强飞机的滑翔能力。室内是静平衡调整，但不能保证飞机的动平衡。这种调整方式仅限于固定尾翼，机翼可以前后移动的机型。第10页，课件共27页，创作于2023年2月

室外调试

室外调试的是动平衡的调整，目的是调试飞机的俯仰平衡。方法参照外包装上的飞行说明“（2）测试调整”。飞行中如果机头过轻，波状飞行或拉翻，将机翼向后移动；如果机头过重，飞机抬不起头下滑，将机翼向后前移动，直到平衡为止。不要动（折）尾翼副翼。任何飞机都要经过室内和外场的反复调试。第11页，课件共27页，创作于2023年2月模型飞机俯仰平衡调试原理第12页，课件共27页，创作于2023年2月

俯仰平衡的条件：

抬头力矩＝低头力矩。Cy机×S机×l机=Cy尾×S尾×L尾这就是保证俯仰平衡的条件。升力系数（cy机）：翼型和迎角。等于号：相当于飞机的重心。升力系数、翼面积和力臂就是决定平衡的三要素，也就是调整俯仰平衡的基本手段。

第13页，课件共27页，创作于2023年2月

抬头力矩和低头力矩的平衡

俯仰平衡时必须使这两个力矩相等。假如抬头力矩过大（Cy机×S机×l机＞Cy尾×S尾×L尾），调整的方法是减小式子左边（或加大式子右边）的一个或几个因素，使之达到平衡。假如低头力矩过大，就采取相反的方法。第14页，课件共27页，创作于2023年2月

在这些调整因素中，一般不采取改变机翼或尾翼面积的做法。常用的方法是改变力臂（l或Ｌ）。增加机头配重，重心前移，使抬头力矩减小，低头力矩增大。机翼前移使抬头力矩增大。增加尾翼配重，重心后移，抬头力矩增大，低头力矩减小。缩短尾力臂，可以使低头力矩减小。增大安装角可以增大抬头力矩。一般不超过3—5度。第15页，课件共27页，创作于2023年2月

力矩

力矩是由力和力臂构成的。力矩公式：力矩=力×力臂（力臂为该力到重心的距离）。作用力越大或作用力到重心的距离越大则力矩就越大。第16页，课件共27页，创作于2023年2月

机翼和水平尾翼的力矩平衡可以采取三种方式来满足

一种是机翼压力中心通过重心，水平尾翼不产生升力，它们对重心的力矩都等于零。第二种是机翼压力中心在重心之后，机翼升力产生低头力矩，水平尾翼产生负升力形成抬头力矩，两个力矩也可以达到平衡。第三种是机翼压力中心在重心之前，机翼产生抬头力矩，尾翼也产生升力形成低头力矩，两个力矩也可以达到平衡。竞时模型飞机都采用第三种平衡方式，这样可以利用水平尾翼的升力，提高模型飞机的空气动力性能。第17页，课件共27页，创作于2023年2月

水平尾翼的作用俯仰安定性是指当俯仰平衡被破坏后能自动恢复平衡的特性。水平尾翼的主要功能就是保持俯仰安定。为什么水平尾翼能保证飞机的俯仰安定？是由于水平尾翼离重心远，有较长的尾力臂，飞机一旦抬头，平尾迎角增加，升力随之加大，在尾力臂的配合下产生一个大于机翼抬头作用的低头力矩，使飞机恢复到原有正常的飞行状态。相对而言，尾翼面越大，尾力臂越长，飞机的安定性就越强。但竞时模型的低头力矩大于抬头力矩，会抑制模型的爬升。第18页，课件共27页，创作于2023年2月第19页，课件共27页，创作于2023年2月第20页，课件共27页，创作于2023年2月第21页，课件共27页，创作于2023年2月各种高度的平均风速高度(米)0.250.5121632123258500风速(米/秒)2.002.442.843.334.695.407.008.269.25

第22页，课件共27页，创作于2023年2月扑翼机的制作与改进第23页，课件共27页，创作于2023年2月第24页，课件共27页，创作于2023年2月第25页，课件共27页，创作于2023年2月

扑翼机扑翼机的上升是利用尾翼上翘产生负升力，使飞机被动抬头，而非主动。需要大动力飞行，小动力飞行轨迹基本是下降的，留空时间短。改进的思路是，运用“俯仰平衡的条件”里讲到的加大升力系数，即加大迎角，变被动上升为主动上升，可有效地改变爬升轨迹，延长留空时间。最佳姿态是以30°左右的角度爬升