模型飞机的飞行原理和调整试飞.pdf

模型飞机的飞行原理和调整试飞 人类第一架带动力可操纵飞机是由莱特兄弟发明制造的，取名为“飞行者一号”，与 1903 年 12 月 13 日早上 10:35 在美国首次飞行，飞行记录是：飞行距离为 36.58 米；留空时间为 12 秒。实现了人类的首次空中载人飞行。第一章 飞行原理 一、什么是航空模型？航空模型是一种重于空气的，有尺寸和重量限制，带有或不带有动力的，用于竞赛、运动、科研和娱乐，不能载人的航空器。航空模型的技术要求总则：1、最大飞行重量含燃料在内，最大不得超过 25 千克；（25KG）2、最大升力面积不得超过 500 平方分米；（500dm）3、最大翼载荷不得超过 250 克/平方分米；（250g/dm）4、活塞式发动机（总和）最大汽缸容积不超过 250 立方分米；（250dm）5、电动机电源最大空载电压不超过 72 伏；（72v）6、动力类型模型飞机噪音限制在 96dB（A），（测量距离 3 米，除电动机）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。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、固定模型飞机组成部分与功能 到目前为止，除了少数特殊形式的飞机外，大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置五个主要部分组成：（通常叫做飞机的五大部件）1、机翼机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和操纵作用。在机翼上一般安装有副翼副翼上有调整片和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、面积的大小也各有不同。2、机身机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备，将飞机的其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。3、尾翼尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，（在升降舵上有调整片）有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。平尾的作用是操纵飞机的俯仰。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。（方向舵上也有调整片）垂尾的作用是操纵飞机的偏转。4、起落装置飞机的起落架大都由减震支柱和机轮组成，作用是起飞、着陆滑跑，地面滑行和停放时支撑飞机。如果在水上可以是浮船。5、动力装置动力装置主要用来产生拉力或推力，使飞机前进。其次还可为飞机上的其他用电设备提供电源等。现在飞机动力装置应用较广泛的有：航空活塞式发动机加螺旋桨推进器、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机。除了发动机本身，动力装置还包括发电机及一系列保证发动机正常工作的系统。飞机上除了这五个主要部件外，根据飞机操作和执行任务的需要，还装有各种仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备。对于模型飞机来说根据模型自身需要五大部件构成是有变化的。三、机翼为什么能产生升力？（一）、以平凸翼型为例。根据流体力学中的伯努利方程定理：“在同一管内，流速高的地方压力小；流速低的地方压力大。（图）”因为机翼是在同一个流层中运动的，流经机翼上下表面的气流是同时在机翼前缘分离，又同时在记忆的后缘合拢结束。由于流经机翼上下表面的气流用的时间是相等的，但流经机翼上下表面的路程是不等的，因此作用于机翼上下表面的压力也就不相等，形成 压差，机翼的下方压力大于上方压力，因此就形成了升力。伯努利定理：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。(吹纸)（二）、与升力有关的四大方面：1、升力与机翼面积成正比；2、升力与气流速度成正比；3、升力与机翼翼型有关；4、升力与机翼的迎角有关。（三）、作用于模型飞机上的力：1、重力：重力的方向永远向下，垂直于地平面。2、拉力：拉力（或叫推进力）方向一般是向前的，有动力产生。3、阻力：（1）摩擦阻力：空气是具有粘性的气体，只是它的粘性与固体、液体的粘性要小得多，人们不易感觉。当空气流过模型飞机时，接触模型飞机表面的空气附吸在模型飞机表面，使其速度减慢，阻碍模型飞机运动的力。（2）压差阻力：模型飞机正面的面积、形状及相对气流位置所产形成的阻力 （3）诱导阻力：由于机翼产生升力是利用了压力差，在机翼翼尖就有部分下端的高压区气流流过翼尖流向机翼上端的低压区，下表面的气流绕到上面时形成漩涡，（也称翼尖涡流）这种涡流形成的阻力。由于这个阻力随升力的增大而增大，所以称诱导阻力。4、空气动力：模型飞机运动时所产生的力矩。如:升力和负升力及其它转动力等。四、航空模型的专业术语 1、机翼是飞机的重要部件，作用是产生升力。2、翼展机翼（或尾翼）左右翼尖之间的直线距离。3、翼型机翼（或尾翼）刨面的几何形状。4、翼尖机翼（或尾翼）距离机身最远端。5、翼根机翼（或尾翼）距离机身最近端或左右机翼的连接处。6、前缘机翼（或尾翼）展弦的最前端。形状较圆。7、后缘机翼（或尾翼）展弦的最后端。形状较尖。8、翼旋机翼（或尾翼）前后缘之间的直线距离。9、机身全长机头到机尾的全部长度。10、展弦比机翼（或尾翼）的翼展与翼弦的比值。比值越大，机翼越细长。11、安装角机翼（或尾翼）展弦与机身基准线之间的夹角。12、迎角机翼（或尾翼）的展弦与相对气流之间的夹角。13、临界迎角正常情况下机翼的迎角增大，机翼的升力也随之增大。当不断增大迎角到一定角度时，机翼的升力系数猛增，这个角度就是临界迎角。14、翼型分类：A:平凸型、B:凹凸型、C:对称型、D:S 型、E:平板型 15、机翼升力面积翼展乘以机翼的平均翼旋。即：是产生升力的有效面积，而不是机翼的几何面积。16、翼载荷机翼单位面积所承担的重量。17、失速当机翼迎角超过临界迎角，机翼升力小于阻力。就会失去前进速度而下冲或螺旋下降。18、重心模型重力的作用点，即：模型飞机的质量中心。模型飞机飞行时转动的中心就是它的重心。第二章 航空模型调整 一、航空模型的飞行原理首先了解模型飞机的三个安定性。即：绕纵轴旋转运动的横侧平衡横侧安定性；绕立轴旋转运动的左右平衡方向安定性；绕横轴旋转运动的抚养平衡俯仰安定性。二、什么是安定性？安定性是指模型飞机的各个平衡被外来干扰破坏后自动恢复平衡的能力。横侧安定性：是指模型飞机绕纵轴旋转运动的横侧平衡被外来干扰破坏后自动恢复平衡能力。上反角工作原理：上反角是机翼的两个翼尖向上翘的角度。由于升力的方向是垂直于地平面的，机翼的升力面积就等于机翼的垂直投影面积。在正常情况下，左右两翼的投影面积是相等的，当机翼出现侧倾时，机翼下沉一端的投影面积增大，升力面积增大升力增大：机翼向上翘一端的投影面积减小，升力面积减小升力减小。升力大的一端往上抬，升力小的一段往下沉直至左右两翼的升力面积相等。也就使模型飞机飞行时保持横侧平衡。影响模型飞机横侧安定性主要因素：1、左右两侧机翼的升力不等。即：几何尺寸不等；极易让扭曲变形，安装角大的一侧，迎角变大，升力也较大；安装较小的一侧，迎角较小，胜升力也较小。升力差造成力矩的差别，从而破坏横侧平衡。2、左右两侧记忆的重量不等，重心偏离中线，造成横侧力矩不等。3、重心的高低也是影响模型飞机横侧安定性主要因素。方向安定性：是指模型飞机绕立轴旋转运动的左右平衡被外来干扰破坏后自动恢复平衡能力。影响模型飞机方向安定性主要因素：1、安装时垂直尾翼翼弦和纵轴形成一个夹角或尾翼扭曲变形，垂直尾翼与气流有一个角度，这个夹角相当于机翼的迎角。是垂直尾翼产生侧压力，侧压力产生方向力矩，加上尾力臂的臂长作用，形成力矩也就增大。2、垂直尾翼的设计面积不当，也会影响方向安定性。俯仰安定性：是指模型飞机绕横轴旋转运动的俯仰平衡被外来干扰破坏后自动恢复平衡能力。影响模型飞机俯仰安定性主要因素：1、机翼的安装角与设计图纸的安装角不符，导致机翼升力变化，整个模型飞机的动平衡也随之变化，从而破坏了俯仰平衡。2、尾翼扭曲变形，改变了尾力臂的动平衡力矩，破坏了俯仰平衡。3、模型飞机使用的材料不合理，实际重心与设计重心偏离，也会破坏俯仰平衡 4、飞行速度在整个变化中较大，也会影响模型飞机的俯仰安定性。注：横侧平衡安定性的破坏往往会影响到方向安定性，因为横侧安定性的破坏，模型飞机在飞行时机翼是侧倾的，（机翼的一侧向上翘，另一侧下沉）下沉一侧的升力面积增大，气流的摩擦阻力也增大，气流速度相对较慢，升力变小，机翼下沉角度加大，模型就会向一侧偏航。模型的直线飞行性能不能保证。也就造成模型飞机的方向安定性不好。横侧安定性在模型飞机上主要是依靠机翼的上反角来实现的，上反角的角度有利于改善模型飞机的横侧安定性，但是以牺牲模型飞机的升力面积为代价。模型飞机上反角的角度应该是根据模型的比赛项目来确定的。竟时模型项目可以按一定的盘旋半径滑翔飞行的，必须以最小的翼载荷来减小模型飞机的下沉速度，争取得到最大的留空时间，同时对模型飞机的横侧安定性没有过高的要求，所以竞时项目的模型飞机。安装时机翼的上反角相对较小，以获得最大升力面积，从而达到最小的翼载荷。竞距模型项目的模型飞机，由于竞赛规则的限制，模型飞机的直线性飞行性能要求特别高，航迹稍有偏差就有可能导致比赛的失败。因此，为了提高模型飞机的横侧安定性，适当合理的加大上反角，以提高和改善模型飞机的直线飞行性能。飞行速度的变化较大，也会直接破坏模型飞机的俯仰安定性。调 整 方 法 1、模型飞机组装完成后，必须手掷试飞，（要求模型飞机是以小迎角、低速度飞行），根据模型飞机的飞行轨迹，对模型飞机各项平衡要求进行调整。手掷时需要注意风向：最好是正迎风或正顺风，不能侧风。注：手掷试飞前，必须对模型飞机各个部件进行对称检查：垂直尾翼与水平尾翼相互是否垂直；水平尾翼的左右翼尖与模型的纵轴之间的距离是否相等；左右机翼的上反角与设计纵轴对称、相等；机翼、尾翼与机身的安装是否对称；检查完毕，一切正常方能手掷试飞。2、根据模型手掷轨迹进行调整的方法：正常手掷飞行的姿势是：侧看飞行轨迹为一条与地平线有一个较小夹角的直线。俯看飞行轨迹应该是一条直线或是根据要求的弧线。A、波状飞行（头轻）原因是临界迎角以内的所有迎角都不能满足平衡。模型飞机用小迎角飞行时不能平衡，具有安定性的模型在这种情况下产生抬头力矩，模型不断抬头，迎角不断增大去“寻找“能够平衡的迎角，增至临界迎角，平衡迎角还是没有找到。迎角还继续增大，升力系数猛减，阻力系数猛增，模型失速下冲。下冲获得速度后，又是不断地抬头，去：“寻找”那不存在的平衡迎角。如此周而复始，形成波状飞行。解决方法：第一、加大水平尾翼安装角（推杆）；第二、重心前移（机头加配种）；第三、减小机翼安装角。B、俯冲飞行（头重）原因是飞行迎角太小，由于迎角太小，升阻比太小，下滑角大。同时，由于迎角太小，升力系数很小，于是下滑速度很大。一切加大机翼迎角的措施都是调整模型飞机俯冲方法。解决方法：第一、减小水平尾翼安装角（拉杆）；第二、重心后移（机头减配种或尾翼加配种）；第三、增大机翼安装角。C、模型飞机出手拉翻（飞行轨迹为正筋斗）原因是模型飞机爬升是爬升速度大于平飞时的速度很多倍，爬升时模型飞机的一部分重力承担拉力负担，升力大大超过了重力的分力，破坏了稳定爬升的条件。引起模型飞机在垂直面上做小半径的圆周运动。出手时拉翻主要是指弹射模型飞机、橡筋动力模型飞机等竞时项目，特点是动力时间短，爬升高度要求高的项目。解决办法：1、弹射模型飞机可以改变模型飞机出手姿态；2、可以利用各种控制机构进行控制。出手时水平尾翼有一个推杆动作，滑翔时恢复到正常状态；3、带动力的模型飞机可以适当加大动力轴线（拉力线）下拉、右拉角度。D、小半径水平盘旋飞行原因是模型飞机的方向安定性存在问题，如果模型飞机的垂直尾翼安装是正确的，出现盘旋飞行，主要原因是模型飞机的左右两侧机翼的升力不一致，两翼之间出现了升力差，模型飞机向升力小的一侧盘旋飞行。解决方法：1、检查并校正：a、两翼的安装角是否一致；b、两翼的面积、重量、翼型否对称、相等；c、两翼是否出现扭曲变形，使两翼的迎角不相等。2、配种降低重心。3、垂直尾翼后缘的方向舵向盘旋方向的另一侧扳。4、增加或减小螺旋桨轴线与模型飞机纵轴线的夹角。弹射模型飞机、橡筋动力模型飞机的简单调整方法 项目 飞行轨迹 产生原因 调整方法 弹 射 模 型 飞 机 爬升时拉翻（翻一个正筋斗）a、向右倾斜不够 b、机翼与水平尾翼有正的安装角，机翼安装角大于水平尾翼安装角 a、弹射式增加向右倾斜角。b、对水平尾翼后缘“哈气”加热、加湿，将尾翼后缘向下扳 抛物线坠地或直线上升、垂直下降 a、机翼与尾翼之间有负的安装角差。即：机翼的安装角小于尾翼的安装角 a、可对水平尾翼后缘向上扳 b、如后缘向上扳还不能解决，应拆下机翼、水平尾翼重新安装 螺旋下降 a、左右机翼的安装角严重不等 b、垂直尾翼翼弦与机身中心线不重合 a、校正机翼安装角及扭曲变形 b、重新安装机翼及尾翼。橡 筋 动 力 模 型 飞 机 爬升失速坠地或爬升波状右转较小 a、抬头力矩太大，下拉及右拉太小 b、机头太轻 c、水平尾翼向上扳太多 a、增加下拉及右拉 b、机头配重使重心前移 c、水平尾翼微微向上扳 爬坡波状，但能正常右转 a、下拉太小 b、机翼安装角太大 c、机头太轻 a、增加下拉 b、减小机翼安装角 c、机头配重 爬升到一定高度右旋坠地 a、右拉太大 b、左右机翼迎角不等 a、减小右拉 b、校正机翼，使左右两翼迎角相等