航模基础知识

航模基础知识手册航模基础知识手册 资料针对无线电遥控类固定翼飞机资料针对无线电遥控类固定翼飞机 2014 06 18 注 航模入门知识虽然在贴吧 论坛都有 但比较散乱 在此将相关知识和经验整合 以方便爱好者学习使用 文档由成都市各高校航模协会共同编 写修订 部分专业知识源自网络 由于知识和经验有限 难免有误或不足 若发现问题欢迎指出 成都市高校航模交流群 157769127 1 目录目录 第一部分 航模运动的基本介绍 2 一 航模及航模运动 2 二 国内航模运动发展 2 三 航空模型竞赛 3 第二部分 航空模型 固定翼 类别 3 一 练习机 3 二 滑翔机 3 三 特技机 4 四 像真机 4 第三部分 航模的常用设备 电动 4 一 电机 4 二 电调 5 三 舵机 5 四 遥控器 5 五 电池 6 六 螺旋桨 6 七 电子设备的选择和搭配 7 第四部分 航空模型结构与原理 7 一 航模的组成及术语 7 二 航模的飞行原理 8 第五部分 航模的调试与飞行 9 一 航模的调试 9 二 航模的飞行 10 三 飞行操作注意事项 11 第六部分 航模飞行注意事项 12 2 第一部分第一部分 航模运动的基本介绍航模运动的基本介绍 一 航模一 航模及航模运动及航模运动 航空模型是各种模型航空器的总称 多为遥控器控制的模型飞机 也有线操纵 自由飞等非遥控类 操作航模飞行也称为航空模型运动 航 模飞行和操作原理与真飞机相同 因此操控比较困难 超市里售卖的遥控飞机操作较为简单 属于玩具类别 较专业的遥控模型 在各方面都是 相对复杂的 可控制升降舵 方向舵 副翼和引擎等 初学者通常需要一段时间才能熟悉如何组装 调试和操控航模 并了解如何使用相关设备 在国际航联的竞赛规定中 航空模型是一种重于空气的 有尺寸限制的 带有或不带有发动机的 不能载人的航空器 航空模型运动作为一项正式体育运动项目 和其他运动有诸多相似之处 例如都有一些特有的操作技巧 都需要不断的练习以达到更高水平 它的生命力还在于其知识性和趣味性 参加这项活动还可以学到许多科技知识 培养善于动手动脑和克服困难的优秀品质 促进德 智 体全面 发展 同时通过飞行技术的提高来体验飞行带来的乐趣 实现翱翔蓝天的愿望 二 国内航模运动发展二 国内航模运动发展 航空模型的竞赛科目有 留空时间 飞行速度 飞行距离 特技 空战 等 世界锦标赛设有30个项目 隔一年举行一次 航空模型还 设有专门记录各项绝对成绩的纪录项目 我国航空模型运动起步于四十年代 1947 年举行首届全国比赛 新中国成立后 于五十年代建立了组织指导机构 培养了一批技术骨干 群众 性的航空模型运动得到蓬勃发展 运动水平迅速提高 1978 年 10 月 我国加入了国际航空联合会 FAI 1979 年开始步入世界赛场 我国航模 运动起步晚 新中国成立后曾大力发展和普及航模运动 但伴随一些国情变化 我国航模运动发展相对落后不少 在近几年发展相对较快 初学者学习航模知识可在各大论坛学习或与模友直接交流 务必先了解自己的喜好 从基础的机型开始 很多人一开始被吸引是因为看到爱 好者的各类漂亮的机型或做出令人惊讶的动作 殊不知操作这些模型的爱好者都是有长期的经验做后盾 而尤其是飞机操作难度 往往在实际体 3 验过后才能体会到 国内较知名的航模论坛有 5imx 5irc mx3g 等 内有相关设备使用板块 各类飞行器技术交流板块等 也有相关的贴吧 以及分布各地 的俱乐部或协会等 都比较适合学习以及技术交流 3 航空模型竞赛航空模型竞赛 航空模型列入世界锦标赛的有 12 个项目 按惯例分别举行世界自由飞行 3 项 线操纵圆周飞行 4 项 无线电遥控特技 无线电 遥控模型滑翔机 象真模型 2 项 和室内模型等 6 个锦标赛 各锦标赛每两年举行 1 次 此外 还有欧洲锦标赛和各国公开赛 世界锦标赛 和重大国际比赛通常采用每项由 3 名 或 3 组 运动员参加单项团体和个人比赛的办法 对获得前 3 名的选手给予奖励 第二部分第二部分 航空模型 固定翼 航空模型 固定翼 类别类别 按飞机的外形以及操作难度 大致可分为练习机 滑翔机 特技机 像真机等 它们各有其明显的速度 操控以及外形区别 也有共同之处 并不完全相互独立 1 练习机练习机 顾名思义 练习机是适合练习的飞机 它的主要特点有速度相对较慢 较稳定 操控更容易 航模里面目前常用的练习机有飘飘机 微风 塞斯纳等 也有很多模友自制带翼型的上单翼 KT 机 其优点是成本低 制作相对简单 通过 制作这些模型 可对航模的基本结构和设备有所了解 下面对这三个机型分别做介绍 飘飘机 淘宝上常见的叫做好小子 该机采用上单翼 平凸机翼 背推 即发动机在飞机背部 以及常规的副翼 升降舵和方向舵 优点 是飞行稳定 安全 不易损坏电机和螺旋桨 也相对不易对人造成严重伤害 微风 微风多为爱好者制作的 KT 材料飞机 其发动机位于机头 称为 前拉 前拉机特别要注意的是 为了抵消反扭力矩和抬头力矩 4 一般电机需要有一定的右拉和下拉角 其他特性和飘飘机类似 塞斯纳 塞斯纳是著名的教练机真机的模型 也是像真机 相对前两架飞机 速度稍快 操作更灵活 还有外观好看的优点 2 滑翔机滑翔机 滑翔机的最大特点就是滑翔性能好 具有飞行稳定 操作容易 速度较慢等特性 滑翔机有有动力与无动力两种 常见的滑翔机有冲浪者 DLG 无动力滑翔机等 飞的较多的有冲浪者 采用背推动力 没有起落架 与其他飞机不同的是 此飞机需要手抛起飞 由于速度较慢 稳定 飞行时间长 常 用作 FPV 第一视角 和航拍等 3 特技机特技机 航模固定翼特技机按比赛类别主要有遥控特技飞行 花式飞行 F3A 是遥控特技飞行在国际航联规定中的比赛代码 但也常被作为该比赛机 型的非正式称呼 3D 则为各类花式特技表演用机 它们机型多种多样 有真机的模型 像真机 也有室内超轻的 3D 等 特技机的主要特点 是灵活 其舵面面积非常大 推重比也很大 下面作一个具体的介绍 遥控特技比赛机型 非常明显的流线型 非常灵活 后三点起落架 几乎就是为了比赛而设计 该比赛有非常多的规定动作 也有不少国内 国际赛事 花式特技机 舵面很大 非常灵活 此外飞机的推重比很大 以便能做出各种失速动作 花式飞行的特点在于形式多样 无特殊规定 其飞 行技术和创新动作在不断突破 室内 3D 机 和花式飞行类似 不过很轻 一般是板材机身 材料多为 epp Depron 板材 甚至直接框架上蒙皮 此类飞机适合室内等小场 地飞行 姿态优美 但由于极差的抗风性能 不适合外场飞行 5 4 像真机像真机 像真机的特点即是像真 以真机为原型设计而来 它们往往在外形 涂装及其他细节上尽量模仿真飞机 因此飞机比较细致 好看 但是像 真机的操作难度一般很大 对飞行场地要求也更高 操作者需大量的基础飞行经验并慢慢适应 才能熟悉不同飞机的特性 第三部分第三部分 航模的常用设备 电动 航模的常用设备 电动 电动航模的常用设备有电机 电调 舵机 遥控器 电池 螺旋桨等 1 电机电机 电机主要分为有刷电机和无刷电机两种 有刷电机就是有电刷的电机 无刷电机则没有电刷 有刷电机目前飞机模型上不常使用 故不多做 详细介绍 无刷电机相比有刷电机而言 效率更高 功率更大 低转速时扭力特性更好 是目前电动航模的大多数选择 无刷电机分为内转子和外转子 内转子就壳不动 轴转 外转子就是轴跟壳一起转 底座固定 内转子电机在尺寸和转速上有一定优势 外转子电机在扭力 散热等方面占据优势 电动机型号的命名是有规则的 根据型号名称可以大致判断是否是自己需要的 电机型号四位数字中的前 2 位代表直径 后 2 位代表长度 各厂家的命名方式有所不同 常见多数品牌的电机型号 如 2212 指的是电机内部的线圈组部件的直径 22mm 长度 12mm 而有些厂家则会 把这一型号标注为 2830 电机 因为是电机外壳尺寸 28mm 长度 30mm 而其实这 2 个是差不多型号的电机 电机还有一个重要参数 KV 值 KV 值表示电机在 空载 情况下 电子调速器 每提升 1v 输出电压时 电机转速的提高量 例如在某 电机 KV 值为 1400 那么在 10V 电压下空载转速理论上为 1400 10 14000 但实际值一般不会达到 尤其是在真机装螺旋桨的情况下 与电机 型号一样 KV 值也是选择电机的重要标准之一 6 不同飞机需要不同型号电机 以及电机合适的 kv 值 并与合理的螺旋桨搭配 才能在保护电子设备安全工作的前提下 有最合适的动力输 出 2 电调电调 电调的全称是电子调速器 常用内置 BEC 的电调可连接电机和电池 舵机 调节电机的供电同时给接收机输电 也有专门给电机供电的 接收机 舵机等需外置 UBEC 供电 电调的主要标识是电流 例如 30A 表示长期工作能承受的最大电流为 30A 短时间 如 10 秒 能承受 的电流可超过此值 此外还有所支持的电池 例如标识为 2s 4s 则表明该电调支持锂电池 2 4 节串联的电池组 3 舵机舵机 舵机是一个根据遥控信号来决定摇臂偏转角度的器件 通过摇臂上连接的钢丝来改变飞行控制翼面的偏转角度 来完成飞行姿态的调整 舵机的参见参数是重量 如 9g 17g 等 不同重量级的扭力等不同 适用于不同要求的飞机 舵机的选择在于其扭矩及响应速度 根据不 同飞机要求搭配 以达到合适的操控效果 此外舵机分为模拟 数字 金属等 数字信号的舵机相比模拟的会更迅速和精准 金属舵机的齿轮组 为金属 不容易损坏 金属和数字的价格相对更贵 4 遥控器遥控器 遥控器是遥控模型飞机必不可缺的 也是非常重要的 目前遥控器多都为 2 4GHz 的 不同遥控器的功能不同 易用性可能也不同 如摇杆 是否带轴承 是否带显示屏 是否具有双向传输等 选择遥控器很重要的一个标准就是通道数 比如某遥控器是几通道 一般根据遥控器型号就能确定通道数 通道可以理解为功能数量 多一 个通道可以多更多的功能 添加更多的控制单元在飞机上 此外还需注意的是 遥控器分为左手油门和右手油门 也常称为 美国手 日本 手 即油门控制通道在左手或右手 可根据自己的喜好选择 遥控器的品牌和型号可根据自己的需求和承受能力选择 同等功能的遥控器 好的品牌易用性 稳定性等会更出色 常见国内品牌为天地飞 7 华科尔 国外著名的有 Futaba JR 等 常用的低价稳定遥控器如天地飞 6A 性价比较高的有天地飞七 华科尔 D10 更高价位则可选择进口的 Futaba 等 5 电池电池 模型动力电池的命名规则 以 3s 1p 2200mah 30c 为例 3s 代表电池组是由 3 组电池串联成 1p 表示每组电池只有一片 在只有 1p 的情况下 往往省略不标 2200mah 代表电池的容量 mah 其实是 ma h 的概念 即电流 时间 2200mah 是以 2200ma 毫安 的电流持 续放电 1h 小时 的电量 30c 表示锂电池的放电倍率能力 对于 2200mah 的电池来说 1c 就是 2200ma 也就是说此电池最多能够以 30 倍率即 2200 30 66000ma 66a 的电流持续放电 但是请注 意一点 使用越高的放电倍率 电池的使用时间就越短 如果始终使用 30c 倍率放电 那电池只能够坚持 60 分钟 30 倍 2 分钟 电池的品牌也很重要 好的品牌有足够的放电倍率 能提供足够大的输出功率 同时也不易出现问题 使用寿命相对较长 值得重视的是 在动力电池使用中 很多不良的使用方式和习惯 都会引起电池寿命减少 甚至引发事故 如充电过程中 必须有人 在场 不可留下不管 电池尽量不要过放 容易引起电池发胀并减少寿命 若充满电的电池未及时放电 应使用充电器或其他方式放电至 每片 3 8V 左右 长时间满电存放也易导致电池损坏 6 螺旋桨螺旋桨 螺旋桨负责把引擎的功率转变为向前的拉 推 力 重要性不言而喻 值得注意的一点是 我们应该把桨叶看成一片小型的机翼 引擎转动 的速度加上飞机前进的速度 使桨叶对空气产生相对的速度 桨叶的截面本来就是一个翼型 然后因伯努利定律产生升力 只是此时的升力是向 前的 称为拉 推 力 使飞机向前 螺旋桨上一般有一组数字 例如 8x6 8 代表这支螺旋桨直径是 8 英寸 6 代表螺距是 6 英寸 螺距的意思是螺旋桨旋转一圈 依螺旋桨的 角度 理论上螺旋桨前进的距离 不同电机 不同 KV 值 不同电压所适配的螺旋桨会不一样 因此螺旋桨需根据实际使用环境来选择 8 螺旋桨也有不同材质和品牌 如塑料的 木质的 碳纤维的等 价格也不尽相同 七 电子设备的选择和搭配七 电子设备的选择和搭配 遥控器品牌和型号根据自己的需求选择之外 还须注意电子设备的选择和搭配 首先是电机的选择 不同飞机对动力要求不同 在实际使用电压下 根据电机的参数表格选择合适拉力的电机 一般正规厂家电机都能找到 电压 螺旋桨 力 电流 力效等参数表格 同型号电机存在几个 KV 值 可根据飞机速度要求 螺旋桨大小限制以及电流限制来选择合适 KV 值的电机 一般来说 高速飞机选择高 KV 值的电机 低 KV 值电机则适合相对低速的飞机 涵道机由于其高转速对动平衡的要求颇高 一般不自 己单独选择电机 而是直接选择成套的电机和涵道风扇 电调的选择 根据电机参数表格 我们可以看到需要的电机的厂家测试电流 那么选择的电调最大电流应比此值略大 常见电调有 6A 8A 10A 12A 20A 30A 40A 60A 80A 100A 120A 等 根据电机的参数表格还可以确定需要的螺旋桨型号等 电池的容量则根据飞机的续航或重量要求来选择 普通飞机常用 9g 舵机 大飞机或 3D 机等对舵机力度要求较高 应根据需求选择力更大 质量更好的舵机 电机和桨的参考搭配 kv1000 大概值 下同 10 寸 多见于四轴 3D 机 kv1250 9 寸 多见于四轴 3D 机 kv1400 8 寸 多见于一般前拉机如塞斯纳微风等 也可用于后推纸飞机 kv1700 7 寸 较少见 拉力 速度均适中 kv2200 6 寸 5 寸 多见于高速 KT 板飞机 kv2600 5 寸 多见于高速 KT 板飞机 好小子 冲浪者 相同型号的电机在相同工作环境下 KV 值越低效率越高 最大电流就越低 也越省电 螺旋桨的另一个参数是螺距 螺距大的适合高速 而较小则适合低速 此外 螺旋桨叶越少 效率就越高 所以常用的螺旋桨多为两叶 而多叶的涵道则非常耗电 9 第四部分第四部分 航空模型结构与原理航空模型结构与原理 一 航模的组成及术语一 航模的组成及术语 模型飞机一般与载人的飞机一样 主要由机翼 尾翼 机身 起落架和发动机五部分组成 1 机翼 是模型飞机在飞行时产生升力的装置 并能保持模型飞机飞机飞行时的横向安定 2 尾翼 包括水平尾翼和垂直尾翼两部分 水平尾翼可保持模型飞机飞行时的俯仰安定 垂直尾翼保持模型飞机飞行时的方向安定 水 平尾翼上的升降舵能控制模型飞机的升降 垂直尾翼上的方向舵可控制模型飞机的飞行方向 3 机身 将模型的各部分联结成一个整体的主干部分叫机身 同时机身内可以装载必要的控制设备 燃料等 4 起落架 供模型飞机起飞 着陆和停放的装置 前面一个起落架 后面两个起落架的叫前三点式 前面两个起落架 后面一个起落 架叫后三点式 5 发动机 它是模型飞机产生飞行动力的装置 模型飞机常用的动力装置有 橡筋束 电动机 活塞式发动机 喷气式发动机等 航空模型技术常用术语 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 10 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 9 展弦比 翼展与平均翼弦长度的比值 展弦比越大说明机翼越狭长 二 航模的飞行原理二 航模的飞行原理 要调试好飞机或飞好飞机 都需要了解一定的飞行原理 飞机和模型飞机之所以能飞起来 是因为机翼的升力克服了重力 机翼的升力是机翼上下空气压力差形成的 当模型在空中飞行时 机翼上 表面的空气流速加快 压强减小 机翼下表面的空气流速减慢压强加大 伯努利定律 这是造成机翼上下压力差的原因 造成机翼上下流速变化的原因有两个 a 不对称的翼型 b 机翼和相对气流有迎角 翼型是机翼剖面的形状 机翼剖面多为不对称形 如下弧平直上弧向上弯曲 平凸型 和上下弧都向上弯曲 凹凸型 对称翼型则必须有一定的迎角才产生升力 升力的大小主要取决于四个因素 a 升力与机翼面积成正比 b 升力和飞机速度的平方成正比 同样条件下 飞行速度越快升力越大 c 升力与翼型有关 通常不对称翼型机翼的升力较大 d 升力与迎角有关 小迎角时升力 系数 随迎角直线增长 到一定界限后迎角增大升力 反而急速减小 这个分界叫临界迎角 机翼和水平尾翼除产生升力外也产生阻力 其他部件一般只产生阻力 11 第五部分第五部分 航模的航模的调试与飞行调试与飞行 1 航模的调试航模的调试 1 检查校正 一架模型飞机制作装配完毕后都应进行检查和必要的校正 检查的内容是模型的几何尺寸和重心位置 检查的方法一般为目测 为更精确起 见 有些项目也可以进行一些简单的测量 目测法是从三视图的三个方向观察模型的几何尺寸是否准确 正视方向主要看机翼两边上反角是否相等 机翼有无扭曲 尾翼是否偏斜或扭 曲 侧视方向主要看机翼和水平尾翼的安装角和它们的安装角差 拉力线上下倾角 俯视方向主要看垂直尾翼有无偏斜 拉力线左右倾角情况 机翼 水平尾翼是否偏斜 各舵面工作是否正常等 小模型一般用支点法检查重心 选一点支撑模型 当模型平稳时 该支点就是重心的位置 检查中如发现重大误差 应在试飞前纠正 如误差较小 可以暂不纠正 但应心中有数 在试飞中进一步观察 2 力矩平衡和调整 调整模型不但要注意力的平衡 同时还要注意力矩的平衡 力矩是力的转动作用 模型飞机在空中的转动中心是自身的重心 所以重力对模 型不产生转动力矩 其它的力只要不通重心 就对重心产生力矩 为了便于对模型转动进行分析 把绕重心的转动分解为绕三根假想轴的转动 这三根轴互相垂直并交于重心 贯穿模型前后的叫纵轴 绕纵轴的转动就是模型的滚转 贯穿模型上下的叫立轴 绕立轴的转动是模型的方向偏 转 贯穿模型左右的叫横轴 绕横轴的转动是模型的俯仰 对于调整模型来说 主要涉及四种力矩 这就是机翼的升力力矩 水平尾翼的升力力矩 发动机的拉力力矩 动力系统的反作用力矩 机翼升力力矩与俯仰平衡有关 决定机翼升力矩的主要因素有重心纵向位置 机翼安装角 机翼面积 水平尾翼升力力矩也是俯仰力矩 它的大小取决于尾力臂 水平尾翼安装角和面积 拉力线如果不通过重心就会形成俯仰力矩或方向力矩 拉力力矩的大小决定于拉力和拉力线偏离重心距离的大小 发动机反作用力矩是横侧 滚转 力矩 它的方向和螺旋桨旋转方向相反 它的大小与动力和螺旋桨质量有关 12 俯仰力矩平衡决定机翼的迎角 增大抬头力矩或减小低头力矩将增大迎角 反之将减小迎角 所以俯仰力矩平衡的调整最为重要 一般用升 降调整片 调整机翼或水平尾翼安装角 改变拉力上下倾角 前后移动重心未实现 方向力矩平衡主要用方向调整片和拉力左右倾角来调整 横侧力矩平衡主要用副翼来调整 二 航模的飞行二 航模的飞行 1 平飞 水平匀速直线飞行叫平飞 平飞是一种基本的飞行姿态 维持平飞的条件是 升力等于重力 拉力等于阻力 由于升力 阻力都和飞行速度有关 一架原来平飞中的模型如果增加动力 拉力就会大于阻力 使飞行速度加快 飞行速度加快后 升力随 之增大 升力大于重力模型将逐渐爬升 为了使模型在较大动力和飞行速度下仍保持平飞 就必须相应减小迎角 反之 为了使模型在较小动力 和速度条件下维持平飞 就必须相应的加大迎角 所以操纵 调整 模型到平飞状态 实质上是发动机动力和飞行迎角的正确匹配 2 爬升 前面提到模型平飞时如加大动力就转为爬升的情况 爬升轨迹与水平面形成的夹角叫爬升角 一定动力在一定爬升角条件下可能达到新的力 平衡 模型进入稳定爬升状态 速度和爬角都保持不变 稳定爬升的具体条件是 拉力等于阻力加重力向后的分力 F X 十 Gsin 升力等于重 力的另一分力 Y GCos 爬升时一部分重力由拉力负担 所以需要较大的拉力 升力的负担反而减少了 和平飞相似 为了保持一定爬升角条件下的稳定爬升 也需要动力和迎角的恰当匹配 打破了这种匹配将不能保持稳定爬升 例如动力增大 将引起速度增大 升力增大 使爬升角增大 如动力太大 将使爬升角不断增大 模型沿弧形轨迹爬升 这就是常见的拉翻现象 3 滑翔 滑翔是没有动力的飞行 滑翔时 模型的阻力由重力的分力平衡 所以滑翔只能沿斜线向下飞行 滑翔轨迹与水平面的夹角叫滑翔角 稳定滑翔 滑翔角 滑翔速度均保持不变 的条件是 阻力等于重力的向前分力 X GSin 升力等于重力的另一分力 Y GCos 滑翔角是滑翔性能的重要方面 滑翔角越小 在同一高度的滑翔距离越远 滑翔距离 L 与下降高度 h 的比值叫滑翔比 k 滑翔比等于滑翔 角的余切滑翔比 等于模型升力与阻力之比 升阻比 Ctg 1 h k 滑翔速度是滑翔性能的另一个重要方面 模型升力系数越大 滑翔速度越小 模型翼载荷越大 滑翔速度越大 13 调整某一架模型飞机时 主要用升降调整片和重心前后移动来改变机翼迎角以达到改变滑翔状态的目的 三 飞行操作注意事项三 飞行操作注意事项 新手在操控真机飞行之前 一般会以为很简单 动一下手指即可 而在实际飞行时 若没有正确的指导 会很难飞甚至不能正常离地 若长 时间胡乱飞而且飞不好 可能会产生自己 不适合 飞 或者说 不是这块料 的消