固定翼飛行原理,硬件介紹以及制作指導

1、固定翼篇目錄：一 飛行原理二 硬件介紹三 制作指導一 飛行原理1. 飛機飛行時受到的作用力 飛機在飛行時會受到 4 個基本的作用力：升力（ lift ）、重力（ weight ）、推力 （thrust ）與阻力（ drag ）。升力 機翼的運動在穿越空氣時， 會產生一股向上作用的力量， 這就是升力。 機翼的 前進運動，會讓上下翼面所承受的壓力產生輕微的差異， 這個上下差異， 就是 升力的來源。由于升力的存在，飛機才能夠維持在空中飛行。產生升力的主要原因：（有翼型固定翼）伯努利定律是空氣動力最重要的公式，簡單的說流體的 速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這里說的流體一般是指空氣 或水，

2、在這里當然是指空氣，設法使機翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小， 機翼下部空氣流速較慢， 靜壓力較大，兩邊互相較力， 于是機翼就被往上推去， 然后飛機就飛起來， 以前的理論認為兩個相鄰的空氣質點同時由機翼的前端往 后走， 一個流經機翼的上緣， 另一個流經機翼的下緣， 兩個質點應在機翼的后 端相會合， 經過仔細的計算后發(fā)覺如依上述理論， 上緣的流速不夠大， 機翼應 該無法產生那么大的升力， 現在經風洞實驗已證實， 兩個相鄰空氣的質點流經 機翼上緣的質點會比流經機翼的下緣質點先到達后緣。（平板固定翼）攻角（迎角） : 當飛機的機翼為對稱形狀，氣流沿著機翼對 稱軸流動時， 由于機翼兩個表面的形狀一樣，

3、 因而氣流速度一樣， 所產生的壓 力也一樣， 此時機翼不產生升力。 但是當對稱機翼以一定的傾斜角 （稱為攻角 或迎角） 在空氣中運動時， 就會出現與非對稱機翼類似的流動現象， 使得上下 表面的壓力不一致，從而也會產生升力。重力重力是向下的作用力。 由于飛行員可以決定飛機的載重大小， 所以某種程度上， 你可以說這是人為可以控制的力量。 除了燃料隨著旅程慢慢消耗之外， 飛機的 實際重量在航程中不大容易變動。 在等速飛行中 （飛機的速度與方向保持一定 不變），升力與重力維持著某種平衡。推力和阻力 引擎驅動螺旋槳后， 所產生的前進力量就是推力。 大多數情況下， 引擎越大（表 示馬力越足），所產生的推力

4、就會越大，飛機前進的速度也就越快（直到某個 極限為止）。只要任何交通工具運動前進，永遠都會遇到一個空氣動力學上的 障礙：阻力。阻力會讓飛機產生一股向后的拉力，道理很簡單，當你的運動穿 過大氣層的分子時， 這些分子就會產生撞擊推擠， 阻力就是這么來的。 這可以 簡稱為 “風阻”。 推力為飛機加速， 不過機身受到的阻力才是決定真正飛行速 度的關鍵。當飛機的速度增加，相對地，阻力也會增加。飛機的速度每提高一 倍，實際上將會產生四倍的阻力； 最后，向后作用的阻力與引擎產生的推力相 等，飛機就會因此保持一定的速度飛行。2航模常用術語1、翼展機翼（尾翼）左右翼尖間的直線距離。（穿過機身部分也計算 在內）。

5、2、機身全長 模型飛機最前端到最末端的直線距離。3、重心 模型飛機各部分重力的合力作用點稱為重心。4、尾心臂 由重心到水平尾翼前緣四分之一弦長處的距離。5、翼型機翼或尾翼的橫剖面形狀。6、前緣 翼型的最前端。7、后緣 翼型的最后端。8、翼弦 前后緣之間的連線。 （前后弦的距離稱為弦長， 如果機翼平面 形狀不是長方形，一般在參數計算時采用制造商指定位置的弦長或平均弦長 ）9、展弦比 翼展與平均翼弦長度的比值。展弦比大說明機翼狹長。10、迎角機翼的前進方向 （ 相當與氣流的方向 ）和翼弦（ 與機身軸線不同 ） 的夾角叫迎角，也稱為攻角，它是確定機翼在氣流中姿態(tài)的基準。11. 翼載荷 指整機載荷（質

6、量）跟翼面面積的比值。12. 推重比 指飛機動力系統產生的推力跟整機重量的比值。3. 機翼詳細介紹1. 翼型介紹 常見翼型1 .全對稱翼：上下弧線均凸且對稱。2. 半對稱翼：上下弧線均凸但不對稱。3 .克拉克Y翼：下弧線為一直線，其實應叫平凸翼，有很多其它平凸翼型， 只是克拉克 Y 翼最有名，故把這類翼型都叫克拉克 Y 翼，但要注意克拉克 Y 翼也有好幾種。4 .S型翼：中弧線是一個平躺的 S型，這類翼型因攻角改變時，壓力中心較 不變動，常用于無尾翼機。5.內凹翼：下弧線在翼弦在線，升力系數大，常見于早期飛機及牽引滑翔機， 所有的鳥類除蜂鳥外都是這種翼型。4. 飛行控制序言：圖 13 顯示穿過

7、機身的三道想像軸線。籍著你的控制，飛機可以圍繞一 道、或多道的軸線旋轉運動。1. 垂直軸：飛機由上往下通過機身重心，有一道垂直軸( vertical axis )，正好穿過座艙與機腹的位置。飛機圍繞這道軸線偏航(yaw)。2. 縱軸( longitudinal axis )也稱“長軸”，從機頭穿透機身的中心，從機尾拉出來。當飛機進行滾轉(roll )或者側傾(bank)動作時，會沿著這道軸線 旋轉機身。3. 側軸：從一邊的機翼末端，穿過機翼、機身，再從另一邊機翼延伸到末端拉 出來的軸線，就成為側軸( lateral axis )。圍繞著側軸，飛機可以進行俯仰( pitch )動作。正文：4.1

8、.1 副翼副翼( aileron )是位于機翼后緣的可移動的控制片。它們的功用，是讓飛機 隨著你所希望的方向進行側傾與滾轉動作。 當你往右打副翼時， 兩片副翼就會 在同一時間內， 以彼此相反的方向偏擺。 左翼的副翼放下， 左翼所承受的升力 就會提高；右翼的副翼升起，右翼的升力便會降低。升力的差異，將會讓飛機 向右側傾。副翼讓某一側的機翼所承受的升力提高， 同時減少另一側機翼的升力。 兩翼升 力的差異可以讓飛機側傾。4.1.2 轉彎的原理圖 2 1 中的飛機 A 代表在平直飛行狀態(tài)的飛機。 以上清晰的圖解告訴我們，升力沿著垂直方向（向上拉拽飛機） ，可讓飛機保 持騰空狀態(tài)。 當然， 如果升力可以

9、向上拉拽， 同時它也可以向左或右產生小規(guī) 模的分力。這些分力發(fā)揮作用時， 飛機就會轉彎。 圖 21中的飛機 B 顯示出 飛機側傾時的升力總和。部分升力將飛機向上拉拽（升力的垂直部分） ，部分 升力則將飛機朝轉彎的方向拉拽（升力的水平分力） 。這些箭頭分別代表構成 整體升力的每道分力。 也就是說，帶動飛機轉彎的是升力中的水平分力。 因此， 側傾角度愈大，升力的水平分力愈大，轉彎的速度也會愈快?？偨Y：如何轉彎？ 答案：用副翼來轉彎4.1.3 補償重力的影響在飛機轉彎時， 總和升力會被折散成分力， 這表示原來承托飛機重量的垂直升 力減少了（請回頭參閱圖21中的飛機B）O這時飛機會朝當時作用力最大的

10、方向移動， 也就是向下的重力。 我們可以隨時在進入轉彎動作時， 稍微提高我 們的升力來抵消重力的影響，即你可以往下拉升降舵，以加大機翼（主翼）的 攻角，因而小幅度提高機翼的升力。然而。攻角加大，相對的阻力也會跟隨提 高，飛機的速度將因此降低。進行小坡度轉彎時（ 30 度左右或一下），你并不 需要擔心這類減速現象。不過在進行大坡度轉彎時（ 45 度或以上），可能就需 要額外的動力來避免空速過度降低，即你需要加大油門量。4.2.1 方向舵方向舵（rudder）是位于飛機后端的可動垂直控制面。他的功能是保持機頭對向飛機要轉彎的方向， 而不是讓飛機轉彎！ 記住飛機是借著側傾動作來轉彎的 方向舵就是負責

11、調校所有會讓飛機偏離轉彎方向的力量。4.2.2 相關概念：反向偏航 反向偏航是飛機之所以需要配備方向舵的原因。 飛機向右側傾斜時， 左副翼在 放下的狀態(tài)， 會使左翼上升。 放下的副翼提高了左翼的升力， 卻也同時稍稍提 高了阻力。飛機右轉彎時，左翼上的副翼會放下來，提高該翼升力，因此左機翼會抬升； 不過， 相對提高的阻力， 也會將左翼稍稍往后方拉拽。 這會讓飛機在向右側傾 的同時，機頭被朝著反方向（左側）拉拽（偏航） 。反向偏航這個名詞，就是 這么來的。如果你的飛機向右側傾， 你一定會讓機頭也對著右側方向飛行， 這就是方向舵 派得上用場的地方。 請記住， 飛機在進入與結束側傾滾轉的時候， 都會受

12、到反 向偏航的影響， 此時，需要施加在方向舵的力量也愈大。 一旦你在轉彎時穩(wěn)定 住飛機，往往方向舵就能恢復對中，而機頭也朝著預定的方向前進。 圖一：出現反向偏航現象，這時需要往右打方向舵來讓機頭轉向箭頭方向。 圖二：機頭剛好調整到箭頭方向，飛機按預定路線飛行。 圖三：方向舵打過量了，這時需要往左打方向舵，讓機頭轉回箭頭方向。4.3.1 升降舵升降舵 （elevator ）是位于飛機后端的可移動水平控制面。 它的作用是讓飛機 調整俯仰角度?？刂粕刀媾c副翼， 在航空動力學原理上是同一回事。 將駕駛盤往后拉 （如上 圖所示），就可以讓升降舵控制面向上移動，機尾下方壓力減低。于是機尾下 降，機頭則以

13、仰角抬升。如上圖：將遙控器升降舵往前推，升降舵控制面向下移動，如此一來，機尾上 方的壓力會下降，機尾因此開始上升，機身會沿著側軸向機頭方向垂傾， 造成 機頭下降。簡單的說，要想抬升機頭，就將遙控器升降舵往后拉；要想降下機頭，將遙控 器升降舵往前推就行了。432起飛起飛時，你的目標是將飛機加速到足夠的速度，以抬高機頭成為爬升姿態(tài)。此時，飛機便會往上飛。433爬升與下降有關飛行最大的一個錯誤觀念之一，就是認為飛機是以多出來的升力進行爬升 動作。飛機爬升所依賴的是多出來的推力，而非升力。就像汽車，汽以同樣功 率爬坡，坡度越大，速度越慢。飛機也一樣，抬高機頭，空速就會減緩；降低 機頭，速度就會回增。機

14、頭的俯仰，換句話說，就是你所選擇的飛機姿態(tài)或爬 升坡度，將決定空速表接下來的狀態(tài)。（失速：失速本質上指飛機速度不足，而是指流經翼面的氣流由于逆壓梯度與 粘性作用發(fā)生分離，造成上翼面分離處壓力上升，因而致使升力驟然下降。維 持飛機飛行所需要的最低速度，就叫做飛機的“失速速度” （stall SPeed ）。 假如飛機的失速速度為時速 60英里，那么再以稍微大一點的坡度爬升時，那 么空速便會降到少于60英里，此時氣流對機翼的附著能力降低，機翼的升力 便會突然驟降，承托飛機重量的升力就會不夠。這種情形就稱為“失速”（stall ）。如果這發(fā)生在真的飛機上，那么飛機就會面臨墜機的危險。 你還需 要了解

15、一點，擁有充足動力的飛機（如噴射戰(zhàn)斗機），才能以陡峭的角度爬升； 動力有限的飛機，必須采取較緩的角度來爬升。）4.3.4 著陸 著陸秘訣把絕大多數工作交給飛機。只要飛機穩(wěn)定并保持適當的空 速，你除了保持機翼水平以及調整油門改變下滑道外， 就幾乎不需要其它操作 了。飛機只要對正跑道，基本上就會自己著陸了。 （航模飛機著陸大概做法： 在離跑到適當遠處減少油門， 讓飛機處于一個較低的速度， 適當推點升降舵（機 頭稍稍向下，也得看情況） ，此時飛機高度便會慢慢降低，當飛機降到一個較 安全的高度的時候關掉油門， 拉升降舵， 讓機頭稍稍往上， 由于此時主翼攻角 變大，升力會增加一點，著陸便會比較柔和， 特

16、別是腳架是前三角布局的飛機， 必須先以后輪先著地，前輪再緩緩著地。 ） 拓展：襟翼 你可否想過大型客機在起飛和著陸前為何要從機翼伸出些鋁片呢？高速飛機 需要又薄又小的機翼，這樣才能達到令人驚異的速度，以 滿足當今渴求高速的空中游客。 可問題是又薄又小的機翼失速速度很高。 如果 噴氣式客機不能通過增大機翼面積和曲度來創(chuàng)造一個暫 時的、低速性能佳的機翼的話，大多數噴氣式客機就不得不以 200 英里 / 小時 的速度降落和起飛，從而保證足夠的安全裕度防止失速。設 計機翼時工程師通過安裝襟翼就可以達到預期目的。 收放襟翼可以改變機翼的 升力和阻力特性。 放低襟翼，也同時延伸、放低了機翼后緣，如圖所示。

17、 有兩個原因使機翼的升力增加了。 首先，降低的后緣增大了翼弦和相對風的夾 角。增大的迎角產生了更大的升力。 另外，降低的襟翼會增加機翼的部分曲度， 引起機翼上表面的空速增加。 在給定空速下， 由于迎角和曲度的增大， 襟翼會 提供更多的升力。那么為何要在小飛機上安裝襟翼呢？首先它們可以產生必需 的升力以保持低速飛行。著陸時，你的目標就是以相當低的速度進近、接地。 你當然不想以巡航速度接地， 那會把你的機輪變成三縷青煙的。 襟翼可以使你 在保證失速安全裕度的前提下以較低的速度進近、 著陸。以較低的速度接地意 味著使飛機停下只需較短的跑道。 （不過，襟翼一方面為飛機帶來升力，一方 面也會帶來阻力。襟

18、翼全放，飛機的速度會全面降低。 ） 二 硬件介紹1. 遙控器 常見的遙控器品牌：FUtaba、天地飛、華科爾 等。常見術語一 通道，通道是指飛機控制的功能， 通道數是指能控制飛機功能的個數。 遙控 器分美國手和日本手，分別指左手油門、右手油門。2. 接收機 接收機一般與遙控器配套， 實際上只要編碼方式相同就可以與遙 控器對頻，這里不作解釋。3. 電機 電機分為無刷電機和有刷電機， 當今航模主流是無刷電機， 無刷電機具有重量輕、功率高、耐用等特點。無刷電機常用術語一一KV值，KV值用于衡量電機轉速對電壓增加的敏感度，例如KV2000的意思是：電壓每增加1伏，電機每分鐘轉速就提高 2000轉。新達

19、西或朗宇電機常會有類似 2205 2208 2212 22 1 7這些參數，這是描述電機大小的參數，前兩位代表電機直徑，后兩 位代表電機長度（例如： 22 代表直徑， 05 代表長度）電機越大，拉力越大， 電機也越重。（有刷電機不作介紹）4. 電子調速器 （電調） 電調也分為無刷電調和有刷電調， 要根據電機的峰 值功率或最高放電電流來選電調， 電調要求的最大電流 （功率）要比電機的峰 值電流（功率）要大，要不然會燒電調。5. 舵機 航模舵機是控制航模各個操縱翼面的電子件。6. 電池 鋰電池是航模常用的電池（鎳氫電池不作介紹） ，鋰電池常用參數符號單位有： S、C、mA 。 S 即代表鋰電池片，

20、一個鋰電池片平均電壓為（實際電壓為）, 1S指一塊鋰電池片組成的鋰電池，2S指2塊鋰電池片組成的鋰 電池（）。mA是電池的容量單位，例如 220OmA C稱為電池的放電倍率，1C 是指電池用1C的放電率放電可以持續(xù)工作 1小時。例：2200mah容量的電池 持續(xù)工作1小時，那么平均電流是2200ma即。一般電池都有表明 C數，用C 數乘以電池容量即電池的最大放電電流， 最大放電電流原則上要比電機的峰值 電流大， 這樣電池的供電會比較輕松。 單片鋰電池的儲存電壓為。 使用鋰電池 盡量不要過放，單節(jié)電池保持。7. 電子報警器 電子報警器是用來測電池電壓的， 當電池電壓過低時會發(fā)出 蜂鳴聲。配件：1

21、.螺旋槳 參數舉例： 1060漿， 10 代表長的直徑是 10 寸， 60 表示漿角（螺 距）.前兩位數表示直徑，后兩位表示螺距。一般與槳比大概要達到 10CM 1 英寸以上，比值過小會推理不夠， 比值過大會增加飛機橫向轉動的趨勢 （反扭）。香蕉接頭（公母） 、T 頭（公母）、漿保護器、子彈頭、舵桿、舵角、起落 架、輪子。工具：電烙鐵、熱熔膠槍（膠條）、擴孔器、KT板、寬透明膠、纖維膠帶（選用）。 三 制 作指導 固定翼飛機參數設定1.確定翼型。練習機一般選用經典的平凸翼型克拉克 丫型翼，這種翼型的 特點是升力大，尤其是低速飛行時。阻力中等，不太適合倒飛。練習機一般選 用矩形翼， 矩形翼結構簡

22、單， 制作容易， 但是重量較大， 適合于低速飛行。 （其他機型選用翼型不作介紹）2確定機翼的面積。 模型飛機能不能飛起來，好不好飛，起飛降落速度快 不快，翼載荷非常重要。一般講，滑翔機的翼載荷在 35 克/平方分米以下，普 通固定翼飛機的翼載荷為 35-100 克/平方分米，像真機的翼載荷在 100 克/平 方分米，甚至更多。普通固定翼飛機的展弦比應在 5-6 之間。3確定副翼的面積。 機翼的尺寸確定后，就該算出副翼的面積了。副翼面 積應占機翼面積的 20%左右。4確定機翼安裝角（攻角）。 以飛機拉力軸線為基準 , 機翼的翼弦線與拉 力軸線的夾角就是機翼安裝角。機翼安裝角應在正 0 -3 度之

23、間。機翼設計安 裝角的目的，是為了為使飛機在低速下有較高的升力。5確定機翼上反角（翼端的上翹角）。 機翼的上反角，是為了保證飛機橫 向的穩(wěn)定性。 有上反角的飛機， 當機翼副翼不起作用時還能用方向舵轉彎。上 反角越大，飛機的橫向穩(wěn)定性就越好，反之就越差。（由于上反角比較難做， 我一般不做上反角，有興趣的可以自己做）6確定重心位置。 重心的確定非常重要，重心太靠前，飛機就頭沉，起飛 降落抬頭困難。同時，飛行中因需大量的升降舵來配平，也消耗了大量動力。 重心太靠后的話，俯仰太靈敏，不易操作，甚至造成俯仰過度。一般飛機的重 心在機翼前緣后的 2530%平均氣動弦長處。特技機 2740%。7確定機身長度

24、。 翼展和機身的比例一般是 70-80%。8確定機頭的長度。機頭的長度 （ 指機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%。9確定垂直尾翼的面積。 垂直尾翼是用來保證飛機的縱向穩(wěn)定性的。垂直 尾翼面積越大，縱向穩(wěn)定性越好。當然，垂直尾翼面積的大小，還要以飛機的速度而定。速度大的飛機，垂直尾翼面積越大，反之就小。垂直尾翼面積約占 機翼的 10%。10確定方向舵的面積。 方向舵面積約為垂直尾翼面積的 25%。 11確定水平尾翼的翼型和面積。 水平尾翼只能采用雙凸對稱翼型和平板翼 型，不能采用有升力平凸翼型（解釋）。水平尾翼的面積應為機翼面積的 20-25%。水平尾翼的寬度約等于機翼弦長的 70%。12確定升降舵面積。 升降舵的面積約為水平尾翼積的 20-25%。 13確定水平尾翼的安裝位置。 從機翼前緣到水平尾翼之間的距離 （就是尾 力臂的長度） ,大致等于翼弦長的 3倍。此距離短時,操縱時反應靈敏， 但是俯 仰不精確。此距離長時 , 操縱反應稍慢，但俯仰較精確。14確定發(fā)動機。 一般講，滑翔機的推重比為