航模知识介绍(1)

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航模知识

介绍（1）

飞向天空，是人类从古至今的梦想。自莱特兄弟1903年造出第一架飞机并完成了第一次飞行以来，人类的航空事业便蒸蒸日上，不停歇地向前发展。航模，全称航空模型，是指以放飞、操纵或静态展示为目的，按照航空器外形、结构、原理制作而成的缩小比例模型。简单来说，航模就是缩小版的飞机、直升机、滑翔机等航空器。它虽然不能像真正的飞机那样载人，但也可以用于无人侦察等多个领域，而且，它不也承载了人类最原始的飞行梦想吗？

我们小飞机协会航模知识介绍系列推送，旨在向大家科普一些航模知识，以帮助新手更好地入门航模，感受航模的魅力。在此系列的第一篇推送里，我们给大家介绍航模的基本组成，以及简单的控制方法。



一、航模的部件介绍



航模的部件大致分为机翼、尾翼、机身、起落架、发动机和控制系统，下面我们将详细介绍各个部件：

01

机翼

机翼是飞机产生升力的主要部件，同时也是飞机的横向稳定面。在机翼上通常安装有副翼，用于控制飞机的滚转运动。

    机翼的形状和布局对飞机的性能有重要影响。例如，平直翼适用于低速飞行，而后掠翼则更适合高速飞行。在真正的飞机中，机翼内部还可以设置油箱和弹药仓，用于储存燃油和武器装备。下图即为航模上的平直翼。

    机翼产生升力的机理是什么？不同形状的机翼是如何影响飞机的性能的呢？这些内容无法在有限篇幅内说清楚，有兴趣的同学可以去查阅《空气动力学》中相关内容。



机翼示意图（图片来源：网络）

02

尾翼

    尾翼包括水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾），用于保持飞机的俯仰稳定和方向稳定。水平尾翼上的升降舵可以控制飞机的俯仰，垂直尾翼上的方向舵可以控制飞机的航向。下图即为平尾和垂尾。

    而在一些特殊设计的飞机中，如鸭式布局的飞机，水平尾翼被移到了机翼前面，称为鸭翼。这种设计可以提高飞机的机动性和气动性能，尤其适合于超音速空战。但是鸭翼布局自身是不稳定的，需要额外加入自动控制器，所以在航模上几乎不采用。此外，V型尾翼也是一种常见的特殊尾翼设计，通过混合控制升降舵和方向舵的功能来实现飞机的姿态控制。

    为什么飞机需要通过尾翼来稳定呢？有兴趣的同学可以查阅《飞行力学》中相关内容，在此处就不过多介绍了。



平尾与垂尾（图片来源：网络）

03

机身

机身是飞机上用来装载物资、人员和机载设备的部件。它将机翼、尾翼、起落架、发动机等部件连成一个整体。下图即为一种航模的机身。



机身示意图

04

起落架

起落架用于支撑飞机在地面停放、滑行和起降。起落架的设计需要满足飞机在不同速度下的起降要求，同时还要具备一定的减震功能。

    在航模中，起落架的设计相对简单，但仍然需要考虑其稳定性和耐用性。一些航模采用固定式起落架，而另一些则采用可收放式起落架，以减少飞行阻力。在一些比较简单的航模中，则可不安装起落架，直接手抛起飞，擦地降落即可。



航模起落架（图片来源：网络）

05

发动机

发动机是飞机的动力来源，为飞机的飞行提供推力或拉力。常见的发动机类型包括活塞式发动机、涡轮喷气发动机、电动机等。

    在航模中，发动机的选择取决于模型的大小和飞行要求。例如，小型航模通常使用电动机，因为其结构简单、噪音小、易于控制。而一些大型航模或竞技航模可能会使用活塞式发动机或小型涡轮喷气发动机，以提供更大的动力。



航模电动机（图片来源：网络）



航模活塞发动机（图片来源：网络）

06

控制系统

控制系统包括遥控器、接收器、舵机等部件，用于控制飞机的飞行姿态和动作。通过遥控器的操作，飞行员可以在地面控制飞机的飞行方向、高度和速度。



接收器



舵面控制机构

而飞机是如何通过控制系统实现姿态的控制的呢？听我们来细细分解。



二、飞机的姿态控制



飞机的基本可以被分解到三个相互垂直的轴上，且这三个轴相交于重心：

纵轴：飞机的横向对称轴，也称为横滚轴、滚转轴等。

横轴：也称为俯仰轴。

垂直轴：也称为偏航轴。

三轴如下图所示



绕三轴的旋转分别会产生滚转角、俯仰角、偏航角，对应了飞机三个相互独立的转动：滚转运动、俯仰运动、偏航运动，如下图所示



飞机姿态变化的主要原因是由于控制舵面的偏转，上面的介绍的每个轴都有与其相关联的控制舵面。接下来我们分别来看滚转、俯仰和偏航是怎么控制的。



滚转与副翼

副翼是位于机翼末端后缘，接近翼尖的两块可动舵面，其作用是使飞机围绕纵轴旋转。飞机两端的副翼一般偏转角度相同且方向相反。



如上图所示，若飞机从屏幕外向屏幕里飞行，并且左副翼上偏，右副翼下偏，此时气流吹动左副翼时，会产生一个额外的向下冲击力，也可以理解为，左机翼的升力减小，同理，对于右边的机翼，气流吹动右副翼时，会产生一个额外的向上冲击力，即右机翼的升力变大，此时飞机就会产生一个向左的滚转力矩，使飞机产生向左的滚转了。若要使飞机向右滚转，同理，将两副翼偏转方向调转即可。



俯仰与升降舵



升降舵是位于水平尾翼上的一块可动舵面。上图为飞机的侧视图，飞机从右往左飞行时，若升降舵上偏时，气流冲击舵面，产生一个向下的力，从而使整个飞机产生一个抬头力矩，使飞机抬头，与此相反，若升降舵下偏，则会使飞机低头。如下图所示



图片来源：网络



偏航与方向舵



方向舵是位于垂直尾翼上的一块可动舵面。上图为飞机的俯视图，飞机从右往左飞行时，若方向舵左偏时，气流冲击舵面，产生一个向右的力，从而使整个飞机向左的转弯力矩，使向左偏航，与此相反，若方向舵右偏，则会使飞机向右偏航。

（以上只是对舵面作用的简单说明，关于舵面与飞机姿态变化的更详细的知识，有兴趣的同学可以查阅《飞行力学》的相关内容）

    由以上内容可知，当飞机有一定速度的时候，只要能够控制舵面的偏转，就能够使作用在飞机上的气动力产生变化，从而使飞机产生姿态的变化。那么在航模上是如何让舵面完成偏转的呢，接下来，我们就来一一介绍航模上的控制部件。



三、航模控制部件、姿态控制





舵机

简单来说，舵机就是一种微型伺服电机，它能够根据接收到的信号，精确地控制输出轴的旋转角度。舵机内部集成了电机、减速齿轮组、控制电路和位置反馈装置，使其具备体积小、重量轻、扭矩大、响应速度快、控制精度高等优点。舵机如下图所示。



图片来源：网络

在航模上，舵机是通过舵臂+连杆+舵角的机构驱动舵面运动的，如下图所示



舵机驱动舵臂转动，舵臂带动连杆平动，连杆带动舵面上的舵角转动，就可以控制舵面转动的角度啦。



俯仰与升降舵、动力装置

动力装置在航模上分为电动机，活塞式发动机，涡喷发动机等，而对于业余爱好者，最常用的就是电动机，下面我们详细介绍一下电动机吧。

以电动机为基础的动力装置分为电机+电调，如下图所示



上图左部即为电机，若在其上安装螺旋桨，即可带动螺旋桨高速旋转，为航模提供动力。

      上图右部为电调，全称电子调速器，直接与电机相连，用于调节电机的转速。



遥控器+接收机

在介绍完舵机与动力装置后，可能有同学有疑问：舵机和动力装置从哪里接收信号，来控制舵面的转动和动力的大小呢？接下来我们就要介绍此部分的内容了：遥控器和接收机，如下图所示，图左为接收机，图右为遥控器。



实际上舵机和电调的信号线，都是直接连接在接收机上的（在没有额外的飞行控制系统的情况下），而接收机，通过无线电与遥控器通信。这样，我们就可以在地面上操控遥控器，使信号传递到接收机上，接收机与舵机、电调相连，我们也就可以控制舵面偏角与动力大小了，连线示意图如下图所示。



END



文字丨张新世

排版丨毛亦辰

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