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空模普及班教案

发布时间:2013-12-13 11:01:06  

宝山少科站

空模普及类教案

2010学年度 第二学期

学 科:航空模型 任课教师:朱辰欢

2011年3月至2011年6月

一、飞行原理

任何航空器都必须产生大于自身重力的升力才能升空飞行,这是航空器飞行的基本原理。航空器可分为轻于空气的航空器和重于空气的航空器两大类,轻于空气的航空器如气球、飞艇等,其主要部分是一个大大的气囊,中间充以比空气密度小的气体(如热空气、氢气等),这样就如同我们小时候的玩具氢气球一样,可以依靠空气的静浮力升上空中。对于重于空气的航空器如飞机,又是靠什么力量飞上天空的呢?

一、伯努利原理

如果两手各拿一张薄纸,使它们之间的距离大约4~6厘米。然后用嘴向这两张纸中间吹气,你会看到,这两张纸不但没有分开,反而相互靠近了,而且用最吹出的气体速度越大,两张纸就越靠近。

从这个现象可以看出,当两纸中间有空气流过时,压强变小了,纸外压强比纸内大,内外的压强差就把两纸往中间压去。中间空气流动的速度越快,纸内外的压强差也就越大。

流体力学的基本原理告诉我们,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,这也就解释了为何白纸会反而靠拢而不是分开。

二、机翼升力原理

对于固定翼(机翼形状固定不变)的飞机,首先是螺旋桨产生拉力,当机身在空气中以一定的速度飞行时,根据相对运动的原理,机翼相对于空气的运动可以看作是机翼不动,而空气气流以一定的速度流过机翼。

飞机机翼地翼剖面又叫做翼型,一般翼型的前端圆钝、后端尖锐,上表面拱起、下表面较平,呈鱼侧形。前端点叫做前缘,后端点叫做后缘,两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时,由于机翼地插入,被分成上下两股。通过机翼后,在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起,是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知,机翼上方的压强比机翼下方的压强小,也就是说,机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大,这个压力差就是机翼产生的升力。

升力的产生:

由于机翼一般是不对称的,上表面比较凸,而下表面比较平,流过机翼上表面的气流流速较快,而流过机翼下表面的气流较上表面的气流慢。根据流体力学的基本原理,流动慢的大气压强较大,而流动快的大气压强较小,这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高,换一句话说,就是大气施加与机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大,二者的压力差便形成了飞机的升力。

三、翼型

我们把机翼的横截面外形称作为翼型,如下图所示,常用的模型飞机翼型有对称翼型、双凸翼型、平凸翼型、凹凸翼型等。

1

2

3

4 例题:

1、假设有一股相同的气流分别从左向右流过这四种翼型,它们产出的升力从大到小排序为( )

A、 1>3>4>2 B、 4>3>2>1 C、3>1>4>2 D、1>2>3>4

四、螺旋桨拉力的产生

仔细观察螺旋桨的构造,我们会发现螺旋桨的浆叶并非平面,而是有扭曲状的平面,当螺旋桨旋转的时候由于每个平面前后的压强不同(每个平面可以看作是上图)所以会产生拉力或者推力(当然首先旋转方向不要搞错)。另外,由于这部分扭曲的浆叶每一次旋转会把空气往后推移(螺距),空气又给了浆叶一个反作用的推力。因此,螺旋桨所产生的拉力简单的说是由这两部分原理形成的。

螺距:按浆叶角旋转一周前进的距离叫螺距,螺距=浆叶角*2*PI*R(R是浆叶的半径)。简单地说,你可以理解螺距就是直升机大浆跟机身水平方向的角度。可以想象出,在马达的扭力同样的情况下,大浆角度越大,阻力也就越大。

五、普及类模型飞机的组成及各部件作用

A. 螺旋桨 B. 翼台 C. 机身 D. 橡筋 E. 机翼 F. 垂直尾翼 G.. 方向舵 H. 升降舵 I. 水平尾翼 F G H

C

D I E

B

A

例题:选择模型飞机各个部件的作用

螺旋桨( ) 方向舵( )

机翼( ) 机身( )

升降舵( ) 橡筋( )

A. 主要产生升力,并保持模型的横侧安定。

B.把模型各部件联成一体

C. 储存动力。

D. 产生拉力,使模型向前运动。

E. 控制模型飞机前进时的左右方向

F. 控制模型飞机前进时的上下方向

二、室内橡筋飞机的制作与调试

一、教学要求

1、通过学习,培养学生对飞机模型的兴趣,激发学生对知识的强烈追求欲。 2、懂得并初步掌握室内橡筋模型飞机的制作与调试方法。

3、培养学生科学的态度和创新实践的能力。

二、教学重点与难点

1、重点

学会运用科学的方法探究问题,懂得并初步掌握室内橡筋模型飞机调试的基本方法。 2、难点

学会根据对模型飞行姿态的综合分析和判断,确定调整手段的方法。

三、教学课时:2课时

四、教学过程

1、学习模型飞机各个部件的名称和各操纵舵面的作用

主要部件: 机身、机头、螺旋桨、机翼、翼台、水平尾翼、垂直尾翼、翼台、尾翼架、尾钩、橡筋。

操纵舵面:

(1)副翼——机翼后缘靠外侧的活动部分,作用是对飞机作横向转动操纵。

(2)升降舵——水平尾翼后缘的活动部分,作用是对飞机作俯仰转动操纵。

(3)方向舵——指飞机垂直尾翼后缘的活动部分,作用是对飞机作方向转动操纵。

2、模型制作:

(1)拉开模型中双面胶保护纸,分别将将机翼,水平尾翼、垂直尾翼对准后粘合在相应位置上,用手按紧,注意左右机翼不要装反。

(2)安装机头、将螺旋桨片小心剪下,粘贴在机头上。

(3)将橡筋打结,两端分别并挂在尾钩和机头上,注意要让结头停留在尾钩的位置。

3、模型飞机的调试与试飞

过程介绍:手掷起飞→飞行观察(轨迹、姿态)→分析原因→调整→再试飞,观察效果 示范步骤:

(1)小动力试飞模型。

(2)观察模型飞行轨迹和姿态。假设模型上升过慢,并且左盘旋半径过小。

(3)分析原因

上升过慢的可能原因:1升舵打少了; 2拉力线不对

左盘旋半径过小的可能原因:1副翼没调整好; 2拉力线不对

(4)调整方法探讨

在实施调整前,必须先制定调整方案。当模型同时存在几个问题时,首先要分清主次,找出主要问题,即主要矛盾,先行解决。其它次要的问题暂时撇开。

等主要牙盾解决后,再看留下的问题。如果问题还不止一个,那么我们需要不断地去分清主次矛盾,按照先主后次的步骤,分析解决问题。

通过模型飞行调试的过程,学习科学的方法论和思维方式,形成分析问题、解决问题的实际能力。

(5)实施调整措施。

(6)再试飞,观察调整结果。

4、学生进行飞机模型试飞

教师巡视,个别辅导,共性问题集体解剖

5、效果检验

组织若干学生飞行演示

6、教师总结

调试的步骤和方法

7、课后探究

探索盘旋飞行的调试方法,自制飞行调试实验表,把调试内容、方法、过程记载清楚。

三、“雷鸟号”橡筋动力模型飞机的制作与改装

问题1:

如按照说明书安装,此飞机在大动力飞行过程中易出现头轻的现象,即飞机进行波状飞行,甚至垂直向上飞后失速坠地。

解决方法:

a.打较多降舵

b.将翼台安装位置向后移动1-2cm(即翼台距离机头约8-9cm)

c.粘贴机翼时靠翼台的前端粘贴,即减小机翼的安装角

d.增大螺旋桨的下拉角度(约1-2度)

问题2:

飞行的留空时间较短,只有15秒左右。

解决方法:

a. 减轻飞机如下表)

b.更换进口橡筋,并将圈数由4圈改为3圈

c.调整副翼及升降舵,使飞机左盘旋缓慢上升,盘旋直径约为10米。

重量(方法

四、“天驰”橡筋飞机的制作与调试

制作方法:

1、 用刀片或300号砂纸打磨螺旋桨,使叶片厚度减少2/3。

2、 打磨机身,减去约1/4的厚度。

3、 减轻翼台的重量,使翼台由原先的日字形改为口字形,并用什锦锉挫细口字结构,最终减少翼台1/3的重量。将翼台安装位置向后移动1-2cm,即翼台距离机头约8-9cm(具体位置按照实际滑翔情况定)

4、 用美工刀削去尾翼架连接机身的2/3塑料,改变尾翼架与机身的连接方式,从接插改为用502粘合。

5、 弃用原配的尾钩,在原尾钩位置用0.7mm的钻头打穿机身,改用大头钉穿入并弯成鱼钩型,可稍稍打磨针尖处,以防在装配橡筋时磨损橡筋。

6、 粘合两个机翼,注意要和机身完全垂直。

7、 弃用原配的三个透明塑料机翼加强片,改用透明胶加强。(机翼两边的上反角可先用原加强片确定角度后再用透明胶粘在机翼正面的弯折处)

8、 粘合垂直尾翼和水平尾翼,注意水平尾翼要和机翼平行。

9、 将进口橡筋穿上小塑料环后绕3圈并打结,均匀的涂抹蓖麻油后挂在机身上。(小塑料环钩在尾钩处)

调试方法:

(一)无动力滑翔

1、手握模型重心点偏前些的位置,将模型沿水平略向下的方向轻轻送出(不可用力投掷),观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、调整方法:

头轻(飞行轨迹呈波状):将翼台位置向后移动,每次移动不要超过5mm。

头重(飞行轨迹呈向下的曲线):将翼台位置向前移动,每次移动不要超过5mm。

左偏:将左副翼略微向下扳,每次调整不要超过2mm。

右偏:将右副翼略微向下扳,每次调整不要超过2mm。

(二)小动力试飞

1、将左副翼略微向下扳1mm,方向舵略微向右扳0.5mm,设置飞机向右盘旋(盘旋直径约10~15m)。

2、将橡筋手绕100-150圈后进行放飞(左手拿螺旋桨,右手拿飞机重心偏前处,放飞时先放螺旋桨,后轻轻沿水平方向送出)。观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

3、基本调整方法参考“(一)无动力滑翔”;如飞行过程中模型飞机有明显的头轻现象,可调整螺旋浆的下拉角(用打火机短时加热螺旋浆座,乘软化时略微向下扳,增加下拉角2-5度左右。

(三)中动力试飞

1、将橡筋绕250圈后进行放飞,观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、基本调整方法参考“(一)无动力滑翔”;如在放飞的初始阶段模型飞机的左半径过小,导致不上升高度,可调整螺旋浆的右拉角(用打火机短时加热螺旋浆座,乘软化时略微向又扳,增加下拉角2度左右。

(四)大动力试飞

1、将橡筋绕进行磨合后可绕300-600圈的大动力科试飞,观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、常规的飞行过程:

A:在初始的大动力释放时飞行轨迹呈左盘上升;

B:随着动力的逐步减弱,模型飞机渐渐扩大左盘半径,并升至最高点;

C:当失去动力时, 模型飞机改为右盘旋缓慢滑翔直至着陆。

五、橡筋飞机模型的制作和调试以及放飞

: 橡筋飞机模型的制作关键是重量要轻,在保证坚固度的前提下,越轻越好;制作基础是重心要正,前后的重心比左右的重心难以掌握,所以显得更加重要;如果是一架好的空模,其形状还要合理,表面要光滑,要符合空气动力学的原理和符合橡筋飞机的特点,目的是增加升力又减少阻力;橡筋储能是橡筋飞机模型留空时间长短的又一个重要因素,存储能量越多,越均匀,留空时间越长;调试技巧比放飞技巧跟更加难以掌握,在制作的时候就应当有调试的意识。

一、减轻重量

1、机身要长而细。原来的空模要加一个塑料尾翼连接件,有了细而长的机身,就能把水平尾翼和垂直尾翼分别直接用双面胶黏糊在机身上。

2、将塑料挂钩去掉,用502胶水将钩状的轻而薄的木片粘在机身左侧。在黏糊水平尾翼的机身上钻一个小孔,用一根极细的进口橡筋扣住挂钩出口,免得当空模在高空橡筋全部释放完毕的时候橡筋脱落,失去平衡而急速下滑。缺点是挂钩不能够前后挪动,用来调节前后的重心,和调节橡筋的松紧度。我们可以用挪动大机翼前后的位置和带好不同长度的橡筋来解决问题。

3、减轻翼台。减小后,宽度从原来的30毫米,减少到12毫米,侧面形状由一个横卧的“日”字变成“n”字,重量不到原来的一半。

4、螺旋桨、桨轴和他们的连接件都可以削薄和剪短。

二、找正重心

1、左右的重心。如果空模是左旋的,为了保持左右平衡,左面的机翼可以向左侧多伸展一点点。这个经验是从一种室内飞机模型的样子中获得的。

2、前后的重心。空模主要是前后的重心难以掌握好,因此,在安装的时候就要进行适当的调节。比如:挂钩的位置决定了橡筋的长短,而橡筋并非越长越好,所以,挂钩也并非越后面越好。我的经验是挂钩安装在垂直尾翼的末端比较好,大约30毫米处:既能有效地利用机身,悬挂足够的橡筋,同时又能尽量减少阻力。如果橡筋有限制的话,可以适当地将挂钩安装在前面一点。如果是限制2克的话,挂钩大约在26毫米处。

三、优化形状

1、空模的形状一般指机翼、尾翼和螺旋桨的形状。由于是套材,我们在制作空模的时候,主要是调整机翼的形状:不能为了增加升力弄得太弯,增加了空模的阻力;也不能为了减少阻力,弄得太平,弯度不适当,就不是一个好的空模。如图是一个比较好的机翼横截面图。

2、垂直尾翼也可以从三角形改变为呈梯形。这样一来,至少有两个好处。其一,减少了垂直尾翼的空气阻力;其二,在改变空模方向 的时候,由于流动的空气作用在飞机重心的上方,所以,有一个保持飞机左右平衡的作用。例如:垂直尾翼让飞机左盘旋的时候,通过左机翼的空气比通过右机翼的空气流动慢,左机翼得到升力小,飞机向左倾斜,垂直尾翼弯折部位在飞机的重心以上将飞机向右侧推动,使得飞机在左盘旋的同时保持左右平衡。梯形垂直尾翼比原来的尾翼的弯折部位更高,所以,使得飞机在左盘旋的同时保持左右平衡的能力更强。

3、空模的表面要光滑,尾翼的前端可以在安装之前用指甲压刮几下,使之结实,光滑,更加薄,再用砂纸将空模打磨光,从而减少阻力。

四、巧妙调试

最佳空模是这样的:有比较大的逆风爬升角度,失去动力的时候有良好的下降姿态,不是一路下滑,当下滑稍快时,能够抬头平飞,甚至小角度爬升。如何把一架制作精良的空模,调试到最佳状态呢?

1、将空模的橡筋悬挂好,用两手指顶在机翼中间偏后的地方,前后挪动机翼在机身的位子使之保持平衡。

2、水平尾翼应该与纵横两轴是平行的,向上弯折的角度不应该太大,一般小于10度。富有经验的高手,一看水平尾翼向上弯折的很大就会说,这个飞机飞不好。

3、如果橡筋没有重量限制,可以用悬挂不同长度的橡筋和挪动挂钩前后的位子来调节前后的重心。

4、盘旋的方向会影响空模的飞行姿态,所以,有的空模要左盘旋、有的要右盘旋。左右盘旋的大小也会改变空模的飞行姿态:盘旋半径太小,会让空模失去速度而下滑,太大容易飞丢。因此,垂直尾翼的弯折角度大小要适当。要根据场地大小和风力的大小而灵活决定。

五.正确放飞

1、逆风放飞。如同真飞机一样,逆风起飞,逆风降落。我在这里的创新是:如果左盘旋,可以逆风右偏10—15度;如果右盘旋,可以逆风左偏10—15度。这样可以让空模有更加多的逆风上升时间。

2.先前再后。先放前面拿螺旋桨的手,螺旋桨惯性势能稳定了,再放拿空模的手,并且,给予空模一个初始推动力。

3.水平角小。根据风力的大小和橡筋的力量大小而定,一般15-25度。风大,飞机在水平方向上的角度要小一点,反之,大一点。目的,不要拉翻空模,也不要爬升乏力而倒退下滑。

六、“小猎鹰”电动自由飞机的制作与调试

基本制作方法:

10、

11、 打磨机身木杆,减去约1/4的厚度。 检查飞机的重心位置,使重心落在机翼的60%左右。(具体位置按照实际滑翔情况定)

12、

13、

14、

15、

16、 安装2侧的机翼,注意机翼要与机身完全垂直。 用透明胶适当加强机翼的根部,防止着陆时机翼折断。 改变尾翼架与机身的连接方式,从接插改为用502粘合。 粘合垂直尾翼和水平尾翼,注意水平尾翼要和机翼平行。 安装螺旋桨,注意不要把桨塞的过紧,不能影响螺旋桨的自由转动。

调试方法:

(一)无动力滑翔

2、手握模型重心点偏前些的位置,将模型沿水平略向下的方向轻轻送出(不可用力投掷),观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、调整方法:

头轻(飞行轨迹呈波状):进一步打磨机身木杆,使飞机重心前移。

头重(飞行轨迹呈向下的曲线):适当打磨机头部分的外壳,使飞机重心后移。左偏:将左副翼略微向下扳,每次调整不要超过2mm。

右偏:将右副翼略微向下扳,每次调整不要超过2mm。

(二)小动力试飞

1、将左副翼略微向下扳1mm,方向舵略微向右扳0.5mm,设置飞机向右盘旋(盘旋直径约10~15m)。

2、对模型飞机充电10~20秒后进行放飞(右手拿飞机重心偏前处,放飞时先打开电源

开关,后轻轻沿水平方向送出)。观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

3、基本调整方法参考“(一)无动力滑翔”;如飞行过程中模型飞机有明显的头重现象,可调整螺旋浆的下拉角(需拆开机身外壳,改变电机的安装角度,减少下拉角2-5度左右。)

(三)中动力试飞

1、对模型飞机充电40秒后进行放飞,观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、基本调整方法参考“(一)无动力滑翔”;如在模型飞机的左盘半径过小,导致不上升高度,可调整调整左副翼,向下扳2mm左右。

(四)大动力试飞

1、对模型飞机充电60秒后进行放飞,观察模型飞机的飞行轨迹,并做相应的调整。

2、常规的飞行过程:

A:在初始的大动力释放时飞行轨迹呈左盘上升;

B:随着动力的逐步减弱,模型飞机渐渐扩大左盘半径,并升至最高点;

C:当失去动力时, 模型飞机改为右盘旋缓慢滑翔直至着陆。

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