毕业论文--吸管纸飞机的设计.doc

设计人：目录第一章 理论研究3第一节 空气动力学3第二节 飞机原理4第三节 吸管飞机配重5第二章 制作流程7第一节 飞机头形状设置7第二节 翼型选用与数据依据7第三节 飞机尾翼形状选用7第三章 摒弃方案8第一节 摒弃方案一8第二节 摒弃方案二8第四章 组员感想9第一节 我思我想9第二节 活动所得9第三节 做吸管飞机有感10第五章 参考文献10第一章 理论研究第一节 空气动力学空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。在空气动力学中翼型是一个重要的知识点。伴随着航天业的发展空气动力学在翼型方面也具有了良好的系统。飞机机翼、尾翼，导弹翼面，直升机旋翼叶片和螺旋桨叶片上平行于飞行器对称面或垂直于前缘（或 1/4弦长点连线）的剖面形状，也称翼剖面或叶剖面。翼面的空气动力特性研究，常从翼型特性研究开始，然后再加上机翼平面形状的影响。大展弦比无后掠翼面（直机翼）翼型的气动特性对整个翼面尤其有决定性的影响。因此，翼型气动特性的分析研究和翼型形状的设计研究具有重要的意义。翼型的空气动力特性是指翼展为无限长的等剖面直机翼的空气动力特性。由于绕这种机翼的流动沿翼展没有速度分量，流动参数只在与展向垂直的平面内变化，属于二维平面流场，因而又称为二维机翼。翼型的几何形状，即几何特性，决定了它的空气动力特性。 几何特性 翼型中线或中弧线是连结前后缘的一条曲线，沿垂直于这一曲线法线方向的上下表面到中线的距离yc应该相等(见图)。上下表面的最大距离称为翼型的最大厚度，简称厚度。连结翼型前后缘的直线称为翼弦。翼弦的长度称为弦长。如果中线是直线，则翼型是上下对称的，这时中线与翼弦重合；如果中线不是直线，则翼型是不对称的，称为有弯度的翼型(yf不等于常数)。中线到翼弦的最大距离称为翼型的最大弯度,简称弯度。弯度f、最大弯度位置xf、厚度C和最大厚度位置xc通常用弦长b的百分数表示成相对量(弙f/b，塣fxf/b,翼型相对厚度 C/b，塣cxc/b)。 翼型翼型系列 随着航空科学的发展，世界各主要航空发达的国家建立了各种翼型系列。美国有NACA系列，德国有DVL系列，英国有RAE系列，苏联有系列等。这些翼型的资料包括几何特性和气动特性，可供气动设计人员选取合适的翼型。 在现有的翼型资料中，NACA翼型系列的资料比较丰富，飞行器上采用这一系列的翼型也比较多。NACA翼型系列主要包括下列一些翼型族： 4位数翼型族:这是最早建立的一个低速翼型族。例如,NACA2415翼型,这4位数字的意义是:弙2，塣f40,叿15。这一族翼型的中线由前后两段抛物线组成，厚度分布函数由经验的解析公式确定。 5位数翼型族：这是在4位数翼型族的基础上发展的。这一族翼型的中线有两种类型,一类是简单中线,它的前段为三次曲线，后段为直线；另一类是S形中线,前后两段都是三次曲线，后段上翘的形状能使零升力矩系数为零。这族翼型的厚度分布与4位数翼型族的相同。 6族翼型：适用于较高速度的一些翼型族,得到广泛应用。这种翼型又称层流翼型，它的前缘半径较小，最大厚度位置靠后，能使翼型表面上尽可能保持层流流动，以便减小摩擦阻力。 1族、7族、8族等翼型族，还有各种修改翼型。第二节 飞机原理虽然飞机飞行是需要依靠空气中的升力，但是相对于这次的吸管飞机而言，它的动力源与之形成了很大的不同。吸管飞机只能依靠初始的力与高度。故本文依靠的飞机原理是依照滑翔机的原理。详细介绍如下。滑翔机（glider）是一种没有动力装置，重于空气的固定翼航空器。它可以由飞机拖曳起飞，也可用绞盘车或汽车牵引起飞，更初级的还可从高处的斜坡上下滑到空中。在无风情况下，滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力，这种损失高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中，滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高，通常称为翱翔。滑翔和翱翔是滑翔机的基本飞行方式。基本原理飞机必须以升力克服重力，以推力克服空气阻力才能飞行。飞机产生升力是藉著机翼截面拱起的形状，当空气流经机翼时，上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长，所以跑得较下方的空气分子快，造成在机翼上方的气压会较下方低。如此，下方较高的气压就将飞机支撑著，而能浮在空气中。这就是所谓的伯努利（十八世纪荷兰出生，后来移居瑞士的数学与科学家）原理。 根据伯努利原理，飞机速度愈快，所产生的气压差（也就是升力）就会愈大，升力大过重於重力，飞机就会向上窜升。滑翔机没有引擎的动力，它可以靠四种方式升空：(1)弹射器 将滑翔机架设在弹力绳并向後拉，由驾驶员给予讯号後释放绳索而弹射出去。(2)汽车拖曳 将滑翔机系绳於车上拖曳达适当高度後，驾驶员将绳索松开。(3)绞车拖曳 与汽车拖曳相似，只是利用固定在地上以马达驱动的绞车来拉滑翔机。(4)飞机拖曳 以另一部有动力的飞机拖至一定的高度后，滑翔机脱离而自由翱翔。 滑翔机升空后，除非碰到上升气流，否则空气阻力会逐渐减缓飞机的速度，升力就会愈来愈小，重力大於升力，飞机就会愈飞愈低，最後降落至地面。为了让滑翔机能飞得又远又久，它必需有很高的升力阻力比，这就是为什麼滑翔机的机翼那麼细长，如何突破滞空时间以及飞行高度的纪录是滑翔机设计与制造的最大挑战。滑翔是一种需要高度技巧与飞行知识，藉著自然能量遨游天空的运动。 基本构造滑翔机具有与飞机显著不同的狭长机翼（即较大的机翼展弦比），机身外形细长，呈流线体。高级滑翔机的机翼展弦比可达30以上，在设计上趋向于驾驶员躺卧舱中，以便减小机身截面积。机体表面光滑,甚至打蜡,借以提高滑翔机的升阻比，减小滑翔飞行中的下滑角。人们常用滑翔比（滑翔中前进距离与下沉高度之比）来衡量滑翔性能的优劣。由滑翔飞行的平衡关系可知，滑翔比与升阻比相等。现代高级滑翔机的升阻比最高已超过50。有的滑翔机机翼上还装有可操纵打开的减速板,用于在必要时增加阻力,或是在着陆下滑时调整下滑角，以便在指定地点准确着陆。动力滑翔机装有小型辅助发动机，不须外力牵引即可自行起飞，当到达预定高度时关闭发动机进行基本的滑翔飞行。动力滑翔机可提高训练飞行的效率和安全性。 第三节 吸管飞机配重简单来说,纸飞机的飞翔是利用重力与升力的两种力量交互作用形成的.纸飞机本身的重量会牵引机身向下掉落,机翼则会抓住空气,让纸飞机在空气中漂浮.一上一下的两股力量,再加上投掷者帮助纸飞机向前滑行的动力-产生惯性运动而顺势滑出,三股力量的平衡,就能飞出优美姿态. 纸飞机要飞得远、飞得快，有几点要注意： 1）要尽量折得两边对称，如果不对称得话，飞机容易转弯，就飞不远了； 2）翅膀和机身的比例要恰当。机身小翅膀大，飞机升力是够了，但重心上抬，投出去的飞机容易发飘；机身大翅膀小，重心过于下移，飞机就像飞镖一样，惯性十足，但却失去了飞行滑翔的行程，仿佛是扔出去的纸团。正确合理的翅膀和机身比例要根据纸飞机的形状和纸张的质地决定，多试几次就能找到最佳比例； 3）注意前后的平衡。机头太重，飞机容易一头扎在地上；机头太轻，又容易造成机头上翘，导致失速。通过调整纸飞机的外形，或用纸条或胶带进行适当的加载（如果允许的话）可以调节飞机的平衡； 4）最后说一点，纸飞机的投掷也很有讲究：不要侧风投飞，不然容易被刮偏；顺风投掷也没有足够的动力；最好是迎着不太强的正面逆风投掷，投出的角度稍大于水平角度，约15度左右，飞机要平稳向前送出，到最后一刻才自然脱手，那样飞得最远。 第二章 制作流程第一节 飞机头形状设置依据上述第一章的理论知识，飞机头的大致形状如上图所示。机头为尖角，可以克服各个方向的空气阻力。机头长为6cm，最高点为3cm，头部为R=1cm的圆弧。再将机头插进吸管内，用胶进行固定。第二节 机翼选用与相关数据机翼形状如图所示，机翼从侧面成V字型。能够形成一定的升力延长飞机的飞行时间。前面的尖角可以减小飞行时的阻力，使得气流在机翼上方的速度大于机翼下方气流的速度。从而使得上方的气压小于下方气压得到升力。机翼的固定则是依靠机头与胶。机翼长度为22cm，最高处的高度为6cm，边缘长度为4cm。第三节 飞机尾翼形状选用因为尾翼的主要作用是控制飞机飞行的平稳程度，所以尾翼的选择则相对要求较低。其数据值也可以较为随意的设置。但其大致形状如上图所示，但是卡纸则布置为单层从而照顾到飞机的整体重心。第三章 摒弃方案第一节 摒弃方案一图示为摒弃方案一，其机头利用三角形来减少空气阻力，机翼则为弧形提升空气压强差达到延长飞行的效果，尾翼则为V字型平衡飞行。 但是实际效果却令我们大失所望，飞机机头配重不合理，使得飞机不能飞的太远，并且机翼很难保证良好的对称性经常发生旋转。故摒弃了这个方案。第二节 摒弃方案二根据网上的现有资料，制作了