固定翼飞行原理,硬件介绍以及制作指导

固定翼飞行原理,硬件介绍以及制作指导固定翼篇目录:
一(飞行原理
二(硬件介绍
三(制作指导
一(飞行原理
1.飞机飞行时受到的作用力
飞机在飞行时会受到4个基本的作用力:升力(lift)、重力(weight)、推力(thrust)与阻力(drag)。

1.1升力
机翼的运动在穿越空气时，会产生一股向上作用的力量，这就是升力。

机翼的前进运动，会让上下翼面所承受的压力产生轻微的差异，这个上下差异，就是升力的来源。

由于升力的存在，飞机才能够维持在空中飞行。

产生升力的主要原因: (有翼型固定翼)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，这里说的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，静压力则较小，机翼下部空气流
速较慢，静压力较大，两边互相较力，于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相会合，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，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。

(平板固定翼)攻角(迎角): 当飞机的机翼为对称形状，气流沿着机翼对称轴流动时，由于机翼两个表面的形状一样，因而气流速度一样，所产生的压力也一样，此时机翼不产生升力。

但是当对称机翼以一定的倾斜角(称为攻角或迎角)在空气中运动时，就会出现与非对称机翼类似的流动现象，使得上下表面的压力不一致，从而也会产生升力。

1.2重力
重力是向下的作用力。

由于飞行员可以决定飞机的载重大小，所以某种程度上，你可以说这是人为可以控制的力量。

除了燃料随着旅程慢慢消耗之外，飞机的实际重量在航程中不大容易变动。

在等速飞行中(飞机的速度与方向保持一定不变)，升力与重力维持着某种平衡。

1.3推力和阻力
引擎驱动螺旋桨后，所产生的前进力量就是推力。

大多数情况下，引擎越大(表示马力越足)，所产生的推力就会越大，飞机前进的速度也就越快(直到某个极限为止)。

只要任何交通工具运动前进，永远都会遇到一个空气动力学上的障碍:阻
力。

阻力会让飞机产生一股向后的拉力，道理很简单，当你的运动穿过大气层的分子时，这些分子就会产生撞击推挤，阻力就是这么来的。

这可以简称为“风阻”。

推力为飞机加速，不过机身受到的阻力才是决定真正飞行速度的关键。

当飞机的速度增加，相对地，阻力也会增加。

飞机的速度每提高一倍，实际上将会产生四倍的阻力;最后，向后作用的阻力与引擎产生的推力相等，飞机就会因此保持一定的速度飞行。

2(航模常用术语
1、翼展——机翼(尾翼)左右翼尖间的直线距离。

(穿过机身部分也计算在内)。

2、机身全长——模型飞机最前端到最末端的直线距离。

3、重心——模型飞机各部分重力的合力作用点称为重心。

4、尾心臂——由重心到水平尾翼前缘四分之一弦长处的距离。

5、翼型——机翼或尾翼的横剖面形状。

6、前缘——翼型的最前端。

7、后缘——翼型的最后端。

8、翼弦——前后缘之间的连线。

(前后弦的距离称为弦长，如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长)
9、展弦比——翼展与平均翼弦长度的比值。

展弦比大说明机翼狭长。

10、迎角——机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

11.翼载荷——指整机载荷(质量)跟翼面面积的比值。

12.推重比——指飞机动力系统产生的推力跟整机重量的比值。

3.机翼详细介绍
1.翼型介绍
常见翼型
,.全对称翼:上下弧线均凸且对称。

,.半对称翼:上下弧线均凸但不对称。

,.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。

,.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，常用于无尾翼机。

,.内凹翼:下弧线在翼弦在线，升力系数大，常见于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。

4.飞行控制
序言:
图1,3显示穿过机身的三道想像轴线。

籍着你的控制，飞机可以围绕一道、或多道的轴线旋转运动。

1.垂直轴:飞机由上往下通过机身重心，有一道垂直轴(vertical axis)，正好穿过座舱与机腹的位置。

飞机围绕这道轴线偏航(yaw)。

2.纵轴(longitudinal axis)也称“长轴”，从机头穿透机身的中心，从机尾拉出来。

当飞机进行滚转(roll)或者侧倾(bank)动作时，会沿着这道轴线旋转机身。

3.侧轴:从一边的机翼末端，穿过机翼、机身，再从另一边机翼延伸到末端拉出来的轴线，就成为侧轴(lateral axis)。

围绕着侧轴，飞机可以进行俯仰(pitch)动作。

正文:
4.1.1副翼
副翼(aileron)是位于机翼后缘的可移动的控制片。

它们的功用，是让飞机随着你所希望的方向进行侧倾与滚转动作。

当你往右打副翼时，两片副翼就会在同一时间内，以彼此相反的方向偏摆。

左翼的副翼放下，左翼所承受的升力就会提高;右翼的副翼升起，右翼的升力便会降低。

升力的差异，将会让飞机向右侧倾。

副翼让某一侧的机翼所承受的升力提高，同时减少另一侧机翼的升力。

两翼升力的差异可以让飞机侧倾。

4.1.2转弯的原理
图2,1中的飞机 A 代表在平直飞行状态的飞机。

以上清晰的图解告诉我们，升力沿着垂直方向(向上拉拽飞机)，可让飞机保持腾空状态。

当然，如果升力可以向上拉拽，同时它也可以向左或右产生小规模的分力。

这些分力发挥作用时，飞机就会转弯。

图2,1中的飞机 B 显示出飞机侧倾时的升力总和。

部分升力将飞机向上拉拽(升力的垂直部分)，部分升力则将飞机朝转弯的方向拉拽(升力的水平分力)。

这些箭头分别代表构成整体升力的每道分力。

也就是说，带动飞机转弯的是升力中的水平分力。

因此，侧倾角度愈大，升力的水平分力愈大，转弯的速度也会愈快。

总结:如何转弯, 答案:用副翼来转弯
4.1.3补偿重力的影响
在飞机转弯时，总和升力会被折散成分力，这表示原来承托飞机重量的垂直升力减少了(请回头参阅图2,1中的飞机B)。

这时飞机会朝当时作用力最大的方向移动，也就是向下的重力。

我们可以随时在进入转弯动作时，稍微提高我们的升力来抵消重力的影响，即你可以往下拉升降舵，以加大机翼(主翼)的攻角，因而小幅度提高机翼的升力。

然而。

攻角加大，相对的阻力也会跟随提高，飞机的速度将因此降低。

进行小坡度转弯时(30度左右或一下)，你并不需要担心这类减速现象。

不
过在进行大坡度转弯时(45度或以上)，可能就需要额外的动力来避免空速过度降低，即你需要加大油门量。

4.2.1方向舵
方向舵(rudder)是位于飞机后端的可动垂直控制面。

他的功能是保持机头对向飞机要转弯的方向，而不是让飞机转弯～记住飞机是借着侧倾动作来转弯的。

方向舵就是负责调校所有会让飞机偏离转弯方向的力量。

4.2.2相关概念:反向偏航
反向偏航是飞机之所以需要配备方向舵的原因。

飞机向右侧倾斜时，左副翼在放下的状态，会使左翼上升。

放下的副翼提高了左翼的升力，却也同时稍稍提高了阻力。

飞机右转弯时，左翼上的副翼会放下来，提高该翼升力，因此左机翼会抬升;不过，相对提高的阻力，也会将左翼稍稍往后方拉拽。

这会让飞机在向右侧倾的同时，机头被朝着反方向(左侧)拉拽(偏航)。

反向偏航这个
名词，就是这么来的。

如果你的飞机向右侧倾，你一定会让机头也对着右侧方向飞行，这就是方向舵派得上用场的地方。

请记住，飞机在进入与结束侧倾滚转的时候，都会受到反向偏航的影响，此时，需要施加在方向舵的力量也愈大。

一旦你在转弯时稳定住飞机，往往方向舵就能恢复对中，而机头也朝着预定的方向前进。

图一:出现反向偏航现象，这时需要往右打方向舵来让机头转向箭头方向。

图二:机头刚好调整到箭头方向，飞机按预定路线飞行。

图三:方向舵打过量了，这时需要往左打方向舵，让机头转回箭头方向。

4.3.1升降舵
升降舵(elevator)是位于飞机后端的可移动水平控制面。

它的作用是让飞机调整俯仰角度。

控制升降舵与副翼，在航空动力学原理上是同一回事。

将驾驶盘往后拉(如上图所示)，就可以让升降舵控制面向上移动，机尾下方压力减低。

于是机尾下降，机头则以仰角抬升。

如上图:将遥控器升降舵往前推，升降舵控制面向下移动，如此一来，机尾上方的压力会下降，机尾因此开始上升，机身会沿着侧轴向机头方向垂倾，造成机头下降。

简单的说，要想抬升机头，就将遥控器升降舵往后拉;要想降下机头，将遥控器升降舵往前推就行了。

4.3.2起飞
起飞时，你的目标是将飞机加速到足够的速度，以抬高机头成为爬升姿态。

此时，飞机便会往上飞。

4.3.3爬升与下降
有关飞行最大的一个错误观念之一，就是认为飞机是以多出来的升力进行爬升动作。

飞机爬升所依赖的是多出来的推力，而非升力。

就像汽车，汽以同样功率爬坡，坡度越大，速度越慢。

飞机也一样，抬高机头，空速就会减缓;降低机头，速度就会回增。

机头的俯仰，换句话说，就是你所选择的飞机姿态或爬升坡度，将决定空速表接下来的状态。

(失速:失速本质上并非指飞机速度不足，而是指流经翼面的气流由于逆压梯度与粘性作用发生分离，造成上翼面分离处压力上升，因而致使升力骤然下降。

维持飞机飞行所需要的最低速度，就叫做飞机的“失速速度”(stall speed)。

假如飞机的失速速度为时速60英里，那么再以稍微大一点的坡度爬升时，那么空速便会降到少于60英里，此时气流对机翼的附着能力降低，机翼的升力便会突然骤降，承托飞机重量的升力就会不够。

这种情形就称
为“失速”(stall)。

如果这发生在真的飞机上，那么飞机就会面临坠机的危险。

你还需要了解一点，拥有充足动力的飞机(如喷射战斗机)，才能以陡峭的角度爬升;动力有限的飞机，必须采取较缓的角度来爬升。

)
4.3.4着陆
着陆秘诀——把绝大多数工作交给飞机。

只要飞机稳定并保持适当的空速，你除了保持机翼水平以及调整油门改变下滑道外，就几乎不需要其它操作了。

飞机只要对正跑道，基本上就会自己着陆了。

(航模飞机着陆大概做法:在离跑到适当远处减少油门，让飞机处于一个较低的速度，适当推点升降舵(机头稍稍向下，也得看情况)，此时飞机高度便会慢慢降低，当飞机降到一个较安全的高度的时候关掉油门，拉升降舵，让机头稍稍往上，由于此时主翼攻角变大，升力会增加一点，着陆便会比较柔和，特别是脚架是前三角布局的飞机，必须先以后轮先着地，前轮再缓缓着地。

)
拓展:襟翼
你可否想过大型客机在起飞和着陆前为何要从机翼伸出些铝片呢,高速飞机需要又薄又小的机翼，这样才能达到令人惊异的速度，以满足当今渴求高速的空中游客。

可问题是又薄又小的机翼失速速度很高。

如果喷气式客机不能通过增大机翼面积和曲度来创造一个暂时的、低速性能佳的机翼的话，大多数喷气式客机就不
得不以200英里/小时的速度降落和起飞，从而保证足够的安全裕度防止失速。

设计机翼时工程师通过安装襟翼就可以达到预期目的。

收放襟翼可以改变机翼的升力和阻力特性。

放低襟翼，也同时延伸、放低了机翼后缘，如图所示。

有两个原因使机翼的升力增加了。

首先，降低的后缘增大了翼弦和相对风的夹角。

增大的迎角产生了更大的升力。

另外，降低的襟翼会增加机翼的部分曲度，引起机翼上表面的空速增加。

在给定空速下，由于迎角和曲度的增大，襟翼会提供更多的升力。

那么为何要在小飞机上安装襟翼呢,首先它们可以产生必需的升力以保持低速飞行。

着陆时，你的目标就是以相
当低的速度进近、接地。

你当然不想以巡航速度接地，那会把你的机轮变成三缕青烟的。

襟翼可以使你在保证失速安全裕度的前提下以较低的速度进近、着陆。

以较低的速度接地意味着使飞机停下只需较短的跑道。

(不过，襟翼一方面为飞机带来升力，一方面也会带来阻力。

襟翼全放，飞机的速度会全面降低。

) 二(硬件介绍
1.遥控器常见的遥控器品牌:Futaba、天地飞、华科尔等。

常见术语——通道，通道是指飞机控制的功能，通道数是指能控制飞机功能的个数。

遥控器分美国手和日本手，分别指左手油门、右手油门。

2.接收机接收机一般与遥控器配套，实际上只要编码方式相同就可以与遥控器对频，这里不作解释。

3.电机电机分为无刷电机和有刷电机，当今航模主流是无刷电机，无刷电机具有重量轻、功率高、耐用等特点。

无刷电机常用术语——KV值，KV值用于衡量电机转速对电压增加的敏感度，例如KV2000的意思是:电压每增加1伏，电机每分钟转速就提高2000转。

新达西或朗宇电机常会有类似2205 2208 2212 2217这些参数，这是描述电机大小的参数，前两位代表电机直径，后两位代表电机长度(例如:22代表直径，05代表长度)电机越大，拉力越大，电机也越重。

(有刷电机不作介绍)
4.电子调速器(电调) 电调也分为无刷电调和有刷电调，要根据电机的峰值功率或最高放电电流来选电调，电调要求的最大电流(功率)要比
电机的峰值电流(功率)要大，要不然会烧电调。

5.舵机航模舵机是控制航模各个操纵翼面的电子件。

6.电池锂电池是航模常用的电池(镍氢电池不作介绍)，锂电池常用参数符号单位有:S、C、mA 。

S即代表锂电池片，一个锂电池片平均电压为3.7V(实际电压为2.75~4.2V)，1S指一块锂电池片组成的锂电池，2S指2块锂电池片组成的锂电池(
7.4V)。

mA是电池的容量单位，例如2200mA。

C称为电池的放电倍率，1C是指电池用1C的放电率放电可以持续工作1小时。

例:2200mah容量的电池持续工作1
小时，那么平均电流是2200ma,即2.2A。

一般电池都有表明C数，用C数乘以电池容量即电池的最大放电电流，最大放电电流原则上要比电机的峰值电流大，这样电池的供电会比较轻松。

单片锂电池的储存电压为3.75V-3.95V。

使用锂电池尽量不要过放，单节电池保持3.7V。

7.电子报警器电子报警器是用来测电池电压的，当电池电压过低时会发出蜂鸣声。

配件:
1.螺旋桨参数举例:1060浆，10代表长的直径是10寸，60表示浆角(螺距). 前两位数表示直径，后两位表示螺距。

一般翼展与桨比大概要达到10CM:1英寸以上，比值过小会推理不够，比值过大会增加飞机横向转动的趋势(反扭)。

香蕉接头(公母)、T头(公母)、浆保护器、子弹头、舵杆、舵角、起落架、轮子。

工具:
电烙铁、热熔胶枪(胶条)、扩孔器、KT板、宽透明胶、纤维胶带(选用)。

三(制作指导
固定翼飞机参数设定
1(确定翼型。

练习机一般选用经典的平凸翼型克拉克Y型翼，这种翼型的特点是升力大，尤其是低速飞行时。

阻力中等，不太适合倒飞。

练习机一般选用矩形翼，矩形翼结构简单，制作容易，但是重量较大，适合于低速飞行。

(其他机型选用翼型不作介绍)
2(确定机翼的面积。

模型飞机能不能飞起来，好不好飞，起飞降落速度快不快，翼载荷非常重要。

一般讲，滑翔机的翼载荷在35克/平方分米以下，普通固定翼飞机的翼载荷为35-100克/平方分米，像真机的翼载荷在100克/平方分米，甚至更多。

普通固定翼飞机的展弦比应在5-6之间。

3(确定副翼的面积。

机翼的尺寸确定后，就该算出副翼的面积了。

副翼面积应占机翼面积的20%左右。

4(确定机翼安装角(攻角)。

以飞机拉力轴线为基准, 机翼的翼弦线与拉力轴线的夹角就是机翼安装角。

机翼安装角应在正0 -3度之间。

机翼设计安装角的目的，是为了为使飞机在低速下有较高的升力。

5(确定机翼上反角(翼端的上翘角)。

机翼的上反角，是为了保证飞机
横向的稳定性。

有上反角的飞机，当机翼副翼不起作用时还能用方向舵转弯。

上反角越大，飞机的横向稳定性就越好，反之就越差。

(由于上反角比较难做，我一般不做上反角，有兴趣的可以自己做)
6(确定重心位置。

重心的确定非常重要，重心太靠前，飞机就头沉，起飞降落抬头困难。

同时，飞行中因需大量的升降舵来配平，也消耗了大量动力。

重心太靠后的话，俯仰太灵敏，不易操作，甚至造成俯仰过度。

一般飞机的重心在机翼前缘后的25~30%平均气动弦长处。

特技机27~40%。

7(确定机身长度。

翼展和机身的比例一般是70--80%。

8(确定机头的长度。

机头的长度(指机翼前缘到螺旋浆后平面的之间的距离),等于或小于翼展的15%。

9(确定垂直尾翼的面积。

垂直尾翼是用来保证飞机的纵向稳定性的。

垂直尾翼面积越大，纵向稳定性越好。

当然，垂直尾翼面积的大小，还要以飞机的速度而定。

速度大的飞机，垂直尾翼面积越大，反之就小。

垂直尾翼面积约占机翼的10%。

10(确定方向舵的面积。

方向舵面积约为垂直尾翼面积的25%。

11(确定水平尾翼的翼型和面积。

水平尾翼只能采用双凸对称翼型和平板翼型，不能采用有升力平凸翼型(解释)。

水平尾翼的面积应为机翼面积的20-25%。

水平尾翼的宽度约等于机翼弦长的70%。

12(确定升降舵面积。

升降舵的面积约为水平尾翼积的20-25%。

13(确定水平尾翼的安装位置。

从机翼前缘到水平尾翼之间的距离(就是尾力臂的长度),大致等于翼弦长的3倍。

此距离短时,操纵时反应灵敏，但是俯仰不精确。

此距离长时,操纵反应稍慢，但俯仰较精确。

14(确定发动机。

一般讲，滑翔机的推重比为0.5左右。

普通飞机的推重比为0.8—1左右。

特技机推重比大于1。

(由此根据电机和螺旋桨搭配得出的推力经验值选定所需的电机以及电池，当然同时要考虑整机质量)
制作材料工艺(详细工艺制作略)
一般自制航模飞机制作材料工艺分为3类
1. KT板式(材料:KT版，泡沫胶)
2. 桁架蒙皮式(材料:轻木、层板、热缩塑料蒙皮)
3. 玻璃纤维或碳纤材质(材料:飞机模具、玻璃纤维(碳纤维)、
(环氧树脂、固化剂)、脱模剂、原子灰、油漆(贴纸))
附上本人KT版机的制作过程:
1.设计飞机
首先要选好你要做的机型，计算好飞机的各个重要尺寸参数，根据算好的飞机尺寸按照比例关系画在图纸上，因为我们要用KT板制作飞机部件，所以图纸要呈现出各个制作部件的形状尺寸。

2.制作部件
根据飞机图纸上的部件尺寸，按照实际大小画在KT板上。

3.切割部件
将在KT板上画好的部件用美工刀切割出来，注意切割的精度。

4.粘贴固定部件
用KT板专用的泡沫胶或者热熔胶粘贴切割下来的部件。

机翼的制作是难点，图上的沟槽是为了下一步把机翼折叠成弧形，机翼铺有碳纤维杆加强机翼强度。

如图:机翼呈平凸型。

图为舵机。

(舵机的作用是控制飞机各个主要翼面上舵面的活动)
如图为主翼的最终成型，主翼上的副翼由舵机控制，控制方式如图所示(注:还有其他控制方式)
如图为水平尾翼和垂直尾翼的安装以及舵机的控制方式(注:水平尾翼的舵机没显示出来)
如图为无刷电机，作为飞机的动力源。

如图为无刷电调，它的作用是调节无刷电机的转速如图为无刷电机和电调的连接
如图为飞机整个动力系统(浆+无刷电机+遥控接收机+锂电池)，舵机连接到遥控接收机的相应通道上(本图没显示出来)。

把动力系统固定在机舱内。

(如图为动力系统的放置)
整机成型～(注:主翼是通过橡皮筋固定在机身上，这样做可以方便拆卸，各个电子零部件应固定在机舱内)
——By Jun 2014/8/7。