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航模飛機(jī)設(shè)計(jì)基本知識(shí)分析
由于航天模型多呈火箭狀，故通稱模型火箭。換句話說(shuō)，模型火箭是指不利用氣動(dòng)升力去克服重力，而是靠模型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)升空的一種航空模型。那么，下文是由小編為大家提供的航模飛機(jī)設(shè)計(jì)基本知識(shí)分析，歡迎大家閱讀瀏覽。
第一步，整體設(shè)計(jì)
1、確定翼型
我們要根據(jù)模型飛機(jī)的不同用途去選擇不同的翼型。翼型很多，好幾千種。但歸納起來(lái)，飛機(jī)的翼型大致分為三種。一是平凸翼型，這種翼型的特點(diǎn)是升力大，尤其是低速飛行時(shí)。不過(guò)，阻力中庸，且不太適合倒飛。這種翼型主要應(yīng)用在練習(xí)機(jī)和像真機(jī)上。二是雙凸翼型。其中雙凸對(duì)稱翼型的特點(diǎn)是在有一定迎角下產(chǎn)生升力，零度迎角時(shí)不產(chǎn)生升力。飛機(jī)在正飛和到飛時(shí)的機(jī)頭俯仰變化不大。這種翼型主要應(yīng)用在特技機(jī)上。三是凹凸翼型。這種翼型升力較大，尤其是在慢速時(shí)升力表現(xiàn)較其它翼型優(yōu)異，但阻力也較大。這種翼型主要應(yīng)用在滑翔機(jī)上和特種飛機(jī)上。另外，機(jī)翼的厚度也是有講究的。同一個(gè)翼型，厚度大的低速升力大，不過(guò)阻力也較大。厚度小的低速升力小，不過(guò)阻力也較小。實(shí)際上就選用翼型而言，它是一個(gè)比較復(fù)雜、技術(shù)含量較高的問(wèn)題。其基本確定思路是：根據(jù)飛行高度、翼弦、飛行速度等參數(shù)來(lái)確定該飛機(jī)所需的雷諾數(shù)，再根據(jù)相應(yīng)的雷諾數(shù)和您的機(jī)型找出合適的翼型。還有，很多真飛機(jī)的翼型并不能直接用于模型飛機(jī)，等等。這個(gè)問(wèn)題在這就不詳述了。機(jī)翼常見(jiàn)的形狀又分為：矩形翼、后掠翼、三角翼和紡錘翼(橢圓翼)。矩形翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，但是重量較大，適合于低速飛行。后掠翼從翼根到翼梢有漸變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作也有一定難度。后掠的另一個(gè)作用是能在機(jī)翼安裝角為0度時(shí)，產(chǎn)生上反1-2度的上反效果。三角翼制作復(fù)雜，翼尖的攻角不好做準(zhǔn)確，翼根受力大，根部要做特別加強(qiáng)。這種機(jī)翼主要用在高速飛機(jī)上。紡錘翼的受力比較均勻，制作難度也不小，這種機(jī)翼主要用在像真機(jī)上。翼梢的處理。由于機(jī)翼下面的壓力大于機(jī)翼上面的壓力，在翼梢處，從下到上就形成了渦流，這種渦流在翼梢處產(chǎn)生誘導(dǎo)阻力，使升力和發(fā)動(dòng)機(jī)功率都會(huì)受到損失。為了減少翼梢渦流的影響，人們采取改變翼梢形狀的辦法來(lái)解決它。
2、確定機(jī)翼的面積
模型飛機(jī)能不能飛起來(lái)，好不好飛，起飛降落速度快不快，翼載荷非常重要。一般講，滑翔機(jī)的翼載荷在35克/平方分米以下，普通固定翼飛機(jī)的翼載荷為35-100克/平方分米，像真機(jī)的翼載荷在100克/平方分米，甚至更多。還有，普通固定翼飛機(jī)的展弦比應(yīng)在5-6之間。確定副翼的面積機(jī)翼的尺寸確定后，就該算出副翼的面積了。副翼面積應(yīng)占機(jī)翼面積的20%左右,其長(zhǎng)度應(yīng)為機(jī)翼的30-80%之間。
3、確定機(jī)翼安裝角
以飛機(jī)拉力軸線為基準(zhǔn), 機(jī)翼的翼弦線與拉力軸線的夾角就是機(jī)翼安裝角。機(jī)翼安裝角應(yīng)在正0 -3度之間。機(jī)翼設(shè)計(jì)安裝角的目的，是為了為使飛機(jī)在低速下有較高的升力。設(shè)計(jì)時(shí)要不要安裝角，主要看飛機(jī)的翼型和翼載荷。有的翼型有安裝角才能產(chǎn)生升力，如雙凸對(duì)稱翼。但是，大部分不用安裝角就能產(chǎn)生升力。翼載荷較大的飛機(jī)，為了保證飛機(jī)在起飛著陸和慢速度飛行時(shí)有較大的升力，需要設(shè)計(jì)安裝角。任何事物都是一分為二的，設(shè)計(jì)有安裝角的飛機(jī)，飛行阻力大，會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。安裝角超過(guò)6度以上的，更要小心，在慢速爬升和轉(zhuǎn)彎的的情況下，很容易進(jìn)入失速。
4、確定機(jī)翼上反角
機(jī)翼的上反角，是為了保證飛機(jī)橫向的穩(wěn)定性。有上反角的飛機(jī)，當(dāng)機(jī)翼副翼不起作用時(shí)還能用方向舵轉(zhuǎn)彎。上反角越大，飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性就越好，反之就越差。但是，上反角也有它的兩面性。飛機(jī)橫向太穩(wěn)定了，反而不利于快速橫滾，這恰恰又是特技機(jī)所不需要的。所以，一般特技機(jī)采取0度上反角。
5、確定重心位置
重心的確定非常重要，重心太靠前，飛機(jī)就頭沉，起飛降落抬頭困難。同時(shí)，飛行中因需大量的升降舵來(lái)配平，也消耗了大量動(dòng)力。重心太靠后的話，俯仰太靈敏，不易操作，甚至造成俯仰過(guò)度。一般飛機(jī)的重心在機(jī)翼前緣后的25~30%平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)處。特技機(jī)27~40%。在允許范圍內(nèi)，重心適當(dāng)靠前，飛機(jī)比較穩(wěn)定.
6、確定機(jī)身長(zhǎng)度
翼展和機(jī)身的比例一般是70--80%。
7、確定機(jī)頭的長(zhǎng)度
機(jī)頭的長(zhǎng)度(指機(jī)翼前緣到螺旋漿后平面的之間的距離),等于或小于翼展的15%。
8、確定垂直尾翼的面積
垂直尾翼是用來(lái)保證飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性的。垂直尾翼面積越大，縱向穩(wěn)定性越好。當(dāng)然，垂直尾翼面積的大小，還要以飛機(jī)的速度而定。速度大的飛機(jī)，垂直尾翼面積越大，反之就小。垂直尾翼面積占機(jī)翼的10%。在保證垂直尾翼面積的基礎(chǔ)上，垂直尾翼的形狀，根據(jù)自己的喜好可自行設(shè)計(jì)。
9、確定方向舵的面積
方向舵面積約為垂直尾翼面積的25%。如果是特技機(jī)，方向舵面積可增大。
10、確定水平尾翼的翼型和面積
水平尾翼對(duì)整架飛機(jī)來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)很重要的問(wèn)題。我們有必要先搞清常規(guī)布局飛機(jī)的氣動(dòng)配平原理。形象地講，飛機(jī)在空中的氣動(dòng)平衡就像一個(gè)人挑水。肩膀是飛機(jī)升力的總焦點(diǎn)，重心就是前面的水桶，水平尾翼就是后面的水桶。升力的總焦點(diǎn)不隨飛機(jī)迎角的變化而變化，永遠(yuǎn)固定在一個(gè)點(diǎn)上。首先，重心是在升力總焦點(diǎn)的前部，所以它起的作用是起低頭力矩。由此可知，水平尾翼和機(jī)翼的功能恰恰相反，它是用來(lái)產(chǎn)生負(fù)升力的，所以它起的作用是抬頭力矩，以達(dá)到飛機(jī)配平的目的。由此可知，水平尾翼只能采用雙凸對(duì)稱翼型和平板翼型，不能采用有升力平凸翼型。水平尾翼的面積應(yīng)為機(jī)翼面積的20-25%。我選定22%，計(jì)算后得出水平尾翼的面積為89100平方毫米。同時(shí)要注意，水平尾翼的寬度約等于0.7個(gè)機(jī)翼的弦長(zhǎng)。
11、確定升降舵面積
升降舵的面積約為水平尾翼積的20-25%。如果是特技機(jī)，升降舵面積可增大。
12、確定水平尾翼的安裝位置
從機(jī)翼前緣到水平尾翼之間的距離(就是尾力臂的長(zhǎng)度),大致等于翼弦長(zhǎng)的3倍。此距離短時(shí),操縱時(shí)反應(yīng)靈敏，但是俯仰不精確。此距離長(zhǎng)時(shí),操縱反應(yīng)稍慢，但俯仰較精確。F3A的機(jī)身長(zhǎng)度大于翼展就是這個(gè)理論的實(shí)際應(yīng)用,它的目的主要是為了精確。垂直尾翼、水平尾翼和尾力臂這三個(gè)要素合起來(lái)，就是“尾容量”。尾容量的大小，是說(shuō)它對(duì)飛機(jī)的穩(wěn)定和姿態(tài)變化貢獻(xiàn)的大小。這個(gè)問(wèn)題我們用真飛機(jī)來(lái)說(shuō)明一下。像米格15和F16高速飛行的飛機(jī)，為了保證在高速飛行時(shí)的縱向穩(wěn)定，其垂直尾翼設(shè)計(jì)得又大又高。像SU27和F18甚至設(shè)計(jì)成雙垂直尾翼。而像運(yùn)輸機(jī)和客機(jī)，垂直尾翼就小得多。
13、確定起落架
一般飛機(jī)的起落架分前三點(diǎn)和后三點(diǎn)兩種。前三點(diǎn)起落架，起飛降落時(shí)方向容易控制。但著陸粗暴時(shí)很容易損壞起落架，轉(zhuǎn)彎速度較快時(shí)容易向一邊側(cè)翻，導(dǎo)致機(jī)翼和螺旋槳受損。后三點(diǎn)雖然在起飛降落時(shí)的方向控不如前三點(diǎn)好。但是其它方面較前三點(diǎn)都好。尤其是它能承受粗暴著陸，大大增加了初學(xué)者的信心。前起落架的安裝位置一定要在飛機(jī)的重心前8公分左右，以免滑跑時(shí)折跟頭。
14、確定發(fā)動(dòng)機(jī)
一般講，滑翔機(jī)的功重比為0.5左右。普通飛機(jī)的功重比為0.8—1左右。特技機(jī)功重比大于1以上。安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要有向下和向右安裝角，以解決螺旋槳的滑流對(duì)飛機(jī)模型左偏航和高速飛行時(shí)因升力增大引起飛機(jī)模型抬頭的影響。其方法是以拉力軸線為基準(zhǔn)，從后往前看，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有右拉2度，下拉1.5度的安裝角。當(dāng)然，根據(jù)飛機(jī)的不同，這個(gè)角度還要根據(jù)飛行中的實(shí)際情況作進(jìn)一步的調(diào)整。
就功重比而言，我們的航模飛機(jī)與真飛機(jī)有著很大的不同。我們航模的功重比都能輕松的達(dá)到1，而真飛機(jī)的功重比大都在0.3至0.6之間，唯有高性能戰(zhàn)斗機(jī)才能接近或超過(guò)1。這也就是說(shuō)，我們?cè)陲w航模中很多飛行都是在臨界失速和不嚴(yán)重的失速的情況下飛行的，如低速度下的急轉(zhuǎn)彎、急上升、吊機(jī)等。只是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的拉力大，把失速這一情況掩蓋罷了。所以我們?cè)陲w航模時(shí)，很少能飛出真飛機(jī)那種感覺(jué)。這也是我們很多朋友在飛像真機(jī)時(shí)，很容易出現(xiàn)失速墜機(jī)的主要原因。
第二步，繪制三面圖
根據(jù)上面的設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果，我們就可以繪制出自己需要的飛機(jī)了。繪制三面圖的主要目的是為了得到您想要的飛機(jī)效果，并確定每個(gè)部件的形狀和位置。使您在以后的工作中，有一個(gè)基本的藍(lán)圖。
第三步，繪制結(jié)構(gòu)圖
繪制結(jié)構(gòu)圖的主要目的是為了確定每個(gè)部件的布局和制作步驟。如：哪個(gè)部件用什么材料，先做哪個(gè)部件后作哪個(gè)部件，部件與部件的結(jié)合方法等等。如果您胸有成竹，這一步可以省略。
第四步，放樣和組裝
根據(jù)您繪制的圖紙，應(yīng)做一比一的放樣圖。目的是在組裝飛機(jī)各部件時(shí)，在放樣圖上粘接各部件。這樣能做到直觀準(zhǔn)確，提高工作質(zhì)量。網(wǎng)上有很多介紹制作方面的精品文章，大家可以參考，我就不再贅述了。
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