无论是载人的客运飞机还是军用的战斗机、运输机,它们都有相同的组成部分。航空模型与大型飞机相似,主要由机翼、尾翼、机身、起落架和动力装置五部分组成。
机翼是航空模型在飞行时产生升力的装置,当其具有上反角时,能保持航空模型飞行时的横侧稳定。机翼是固定在机身上的,一般航空模型的重心在由机翼构成的空间几何体内。
机翼的配置形式主要有上单翼、中单翼、下单翼三种形式,如图1-41所示。按照机翼上反角的形式来分,机翼有上反翼、下反翼、无上反翼等几种形式,如图1-42所示。
图1-41 机翼的配置形式
图1-42 机翼按上反角的形式分类
机翼与水平面的夹角称为上反角,上反角的样式包括单折上反角、双折上反角、弧形上反角等,机翼两端的边缘称为翼尖。
气动布局一般指平尾相对于机翼在纵向位置上的安排方式,一般有正常式布局、鸭式布局、无尾式布局和三角翼布局等几种方式。
1)正常式布局
普通客机即为正常式布局,如图1-43所示。
2)鸭式布局
歼-10战斗机就采用了鸭式布局,如图1-44所示。
图1-43 普通客机
图1-44 歼-10战斗机
3)无尾式布局
法国幻影-2000飞机即为无尾式布局,无尾式布局具有良好的敏捷性,在战斗机中具有良好的隐身性能和便于装载货物等较为突出的优点,如图1-45所示。
4)三角翼布局
如图1-46所示,三角翼布局的飞机与无尾式布局的飞机具有共同点,但是三角翼飞机具有更高的敏捷性和较快的速度。在航空模型中,经常会有一些三角翼飞机,它们便于操作,易于提高航空模型的飞行技术。
图1-45 法国幻影-2000
图1-46 三角翼飞机
机翼的平面形状分为矩形机翼、梯形机翼、椭圆形机翼、复合机翼,如图1-47所示。
图1-47 机翼的平面形状
前缘、后缘、翼弦的定义在1.1.3节中已经介绍过,迎角是指翼弦与气流的夹角(一般是锐角)。
机翼向后倾斜的角度称为后掠角,机翼向前倾斜的角度称为前掠角,如图1-48所示。
图1-48 后掠角与前掠角
机翼两翼尖连线之间的距离称为翼展,表示整个机翼的长度;机翼与机身连接的部分称为翼根;副翼是在机翼的后缘上可以活动的舵面,其主要作用是控制飞机的横侧运动,如图1-49所示。翼弦与机身轴线的夹角称为安装角,如图1-50所示。
图1-49 翼尖、副翼、翼根
图1-50 安装角
襟翼一般是指现代机翼边缘部分的一种翼面可动装置。襟翼一般分为后缘襟翼、前缘襟翼。襟翼的作用是增加机翼的面积、改变机翼弯度、增加一条或几条缝隙供气流通过,如图1-51所示为襟翼的结构形式。
图1-51 襟翼的结构形式
机翼面积:以矩形机翼为例,机翼面积为翼展和弦长的乘积,单位一般为dm 2 (1dm 2 =0.01m 2 )。
展弦比:翼展与平均几何弦长的比称为展弦比,它等于翼展的平方与机翼面积的比。
航空模型全重:不包括燃料的航空模型的全部重量。
翼载荷:航空模型全重与机翼面积的比值。
尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。水平尾翼可保持航空模型飞行时的俯仰稳定,垂直尾翼可保持航空模型飞行时的横侧稳定。水平尾翼上的升降舵能控制航空模型的升降,垂直尾翼上的方向舵可控制航空模型的飞行方向。垂直尾翼的连接形式包括单立尾、双立尾、V形尾等,如图1-52所示。垂直尾翼如图1-53所示,水平尾翼如图1-54所示。
图1-52 垂直尾翼连接形式
图1-53 垂直尾翼
图1-54 水平尾翼
将航空模型的各个部分连接成整体的主干部分称为机身,机身内可以装载必要的控制机件、设备和燃料等。
航空模型全长:机身的总长度。
尾力臂:航空模型的重心到水平尾翼空气动力中心(一般在距离水平尾翼前缘1/4处)的距离。
重心:航空模型全部重量的中心,一般位于翼弦的1/4~1/3处。
机身是航空模型的枢纽,机身的前半部分为机头,主要连接动力装置;机身的中部连接机翼,主要提供升力;机身的尾部连接尾翼,主要控制横侧和俯仰的稳定。机身中部装有接收器、电池(或燃料)、电调、各种操纵舵机、连接结构等,因为有些航空模型还要根据规定容纳一些载重,所以机身一般都要具有一定的容积。由于航空模型受气动效果的作用,一般机身会做成流线型,如图1-55所示。
图1-55 流线型机身
起落架是供航空模型起飞、着陆和停放的装置。其主要作用是:吸收着陆时的冲击能量,增加滑跑性能。起落架一般有两种形式:前三点式起落架和后三点式起落架。
前部有一个起落架,后部有两个起落架的形式称为前三点式起落架,如图1-56所示。前三点式起落架具有着陆简单、安全可靠,以及在强制制动时不会发生倒立危险、滑跑性能优异等优点,是目前大多数飞机采用的起落架布置形式。但是前三点式起落架也有很多缺点,前部的起落架承受的重量非常大,其尺寸也较大,并且容易摆振,需要增加减少摆振的装置。
前部有两个起落架,后部有一个起落架的形式称为后三点式起落架,如图1-57所示。后三点式起落架具有易于安装尾轮,结构比较简单,重量和尺寸比较小;着陆滑跑时根据迎角的原理,可以产生较大的阻力来帮助减速,缩短了滑跑距离等优点。在滑跑时急刹容易倒立、方向不容易控制;在降落时如果速度较大,容易发生跳起,等等,这些都是后三点式起落架的缺点。
图1-56 前三点式起落架
图1-57 后三点式起落架
航空模型的动力装置使其具有一定的速度,从而通过机翼来产生足够的升力带动航空模型起飞。航空模型常用的动力装置有橡皮筋动力装置、活塞发动机、喷气发动机、无刷电动机。
橡皮筋动力装置主要通过反转橡皮筋对橡皮筋做功来产生一定的弹性势能,反向旋转的橡皮筋积蓄了收缩的回弹力,这个力带动螺旋桨旋转(橡皮筋对螺旋桨做功),使飞机得以飞行,如图1-58所示。
在航空模型中主流的活塞发动机就是单缸两冲程发动机,如图1-59所示。单缸两冲程发动机具有结构简单、价格较低、重量较轻等优点;但其耗油较多、噪声较大。
图1-58 橡皮筋动力装置
图1-59 单缸两冲程发动机
航空模型发动机有很多级别,主要使用寸制和米制两种,具体的级别可以参考商家的推荐。
航空模型发动机一般都要进行磨合调优。磨合的时候一般需要磨合台,或者在飞机上进行人工手持磨合,这时需要用到起动器。
航空发动机主要有活塞发动机、喷气发动机两大类,而在航空模型中使用的喷气发动机就是俗称的涡喷发动机,如图1-60所示。
涡喷发动机的优点是加速快、设计简便、具有较大的推重比;缺点是耗油较大,并且飞机的速度较快,对于新手来说并不容易操控,而且一旦失控较为危险。
涡喷发动机一般用于竞赛,且使用者较为专业,一般像真机会采用涡喷发动机,如图1-61所示。
图1-60 涡喷发动机
图1-61 像真机
无刷电动机是航空模型中应用较多的发动机,自从其问世以来,受到广大航空模型爱好者的喜爱,不仅在航空模型方面,而且在电动遥控车方面也有广泛应用,如图1-62所示。
1)无刷电动机的优缺点
无刷电动机的优点:使用寿命长、转速控制严格、适用范围广、可控性强、操作效果好、节能、基本不需要日常维护等。
无刷电动机的缺点:需要配合相对应的电子调速器使用,增加成本;不能在高磁场环境下工作。
图1-62 无刷电动机
2)无刷电动机的型号
在选购无刷电动机时会看到如2216、2814等用数字命名的型号,数字的前两位是定子外径(mm)、后两位是定子高度(mm)。定子的外径和高度数值越大,定子的铁芯越大,线圈匝数也越多,电动机的功率就越大。当然,尺寸越大,功率越大,但重量也越大。
例如,某无刷电动机型号是2216,表示定子外径是22mm,定子高度是16mm。定子外径和定子高度与电动机的功率成正比,型号为2218的无刷电动机比型号为2212的无刷电动机定子高度高,型号为2218的无刷电动机功率也大一些。
3)KV值
无刷电动机的 KV 值定义为输入电压每增加单位伏特,无刷电动机空转转速增加的值,即
式中,转速的单位为r/min;电压的单位为V。但是无刷电动机KV值的意义不仅说明电动机转速与电压有严格的线性比例关系,而且还对电动机的性能有一个开阔性的表示。例如,KV值是1200r/min·V,在11.1V电压下的空转转速是11.1V×1200r/min·V=13320r/min。无刷电动机KV值低的,转速偏低,适合配较小的减速比和较大的螺旋桨,靠较大负荷来提升电流,输出较大功率;无刷电动机 KV 值高的,转速较高,适合配较大的减速比和较小的螺旋桨,在满足输出功率的条件下,要减小负荷,避免电流过大。
4)无刷电动机电路原理
无刷电动机采用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷,具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。无刷电动机的使用电压范围很宽,一般来说会满足航空模型的需要,基本不用考虑电动机不适配的情况。