航?？諝鈩?dòng)力學(xué)

1、第一章基礎(chǔ)物理 本章介紹一些基本物理觀念，在此只能點(diǎn)到為止，如果你在學(xué)校已上過了或沒興趣學(xué)，請(qǐng)?zhí)^這一章直接往下看。 第一節(jié)速度與加速度 速度即物體移動(dòng)的快慢及方向，我們常用的單位是每秒多少公尺公尺/秒 加速度即速度的改變率，我們常用的單位是公尺/秒/秒，如果加速度是負(fù)數(shù)，則代表減速。 第二節(jié)牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律 第一定律：除非受到外來的作用力，否則物體的速度(v)會(huì)保持不變。 沒有受力即所有外力合力為零，當(dāng)飛機(jī)在天上保持等速直線飛行時(shí)，這時(shí)飛機(jī)所受的合力為零，與一般人想象不同的是，當(dāng)飛機(jī)降落保持相同下沉率下降，這時(shí)升力與重力的合力仍是零，升力并未減少，否則飛機(jī)會(huì)越掉越快。 第二定律：某質(zhì)量為m的

2、物體的動(dòng)量(p = mv)變化率是正比于外加力 f 并且發(fā)生在力的方向上。 此即著名的 f=ma 公式，當(dāng)物體受一個(gè)外力后，即在外力的方向產(chǎn)生一個(gè)加速度，飛機(jī)起飛滑行時(shí)引擎推力大于阻力，于是產(chǎn)生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會(huì)等于阻力，于是加速度為零，速度不再增加，當(dāng)然飛機(jī)此時(shí)早已飛在天空了。 第三定律：作用力與反作用力是數(shù)值相等且方向相反。 你踢門一腳，你的腳也會(huì)痛，因?yàn)殚T也對(duì)你施了一個(gè)相同大小的力 第三節(jié)力的平衡 作用于飛機(jī)的力要?jiǎng)偤闷胶猓绻黄胶饩褪呛狭Σ粸榱?，依牛頓第二定律就會(huì)產(chǎn)生加速度，為了分析方便我們把力分為x、y、z三個(gè)軸力的平衡及繞x、y、z三個(gè)軸彎矩

3、的平衡。軸力不平衡則會(huì)在合力的方向產(chǎn)生加速度，飛行中的飛機(jī)受的力可分為升力、重力、阻力、推力如圖1-1，升力由機(jī)翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力產(chǎn)生，阻力由空氣產(chǎn)生，我們可以把力分解為兩個(gè)方向的力，稱 x 及 y 方向當(dāng)然還有一個(gè)z方向，但對(duì)飛機(jī)不是很重要，除非是在轉(zhuǎn)彎中，飛機(jī)等速直線飛行時(shí)x方向阻力與推力大小相同方向相反，故x方向合力為零，飛機(jī)速度不變，y方向升力與重力大小相同方向相反，故y方向合力亦為零，飛機(jī)不升降，所以會(huì)保持等速直線飛行。 彎矩不平衡則會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)加速度，在飛機(jī)來說，x軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)滾轉(zhuǎn)，y軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)偏航、z軸彎矩不平衡飛機(jī)會(huì)俯仰如圖1-2。第四節(jié)伯努利定

4、律 伯努利定律是空氣動(dòng)力最重要的公式，簡單的說流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這里說的流體一般是指空氣或水，在這里當(dāng)然是指空氣，設(shè)法使機(jī)翼上部空氣流速較快，靜壓力則較小，機(jī)翼下部空氣流速較慢，靜壓力較大，兩邊互相較力如圖1-3，于是機(jī)翼就被往上推去，然后飛機(jī)就飛起來，以前的理論認(rèn)為兩個(gè)相鄰的空氣質(zhì)點(diǎn)同時(shí)由機(jī)翼的前端往后走，一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼的上緣，另一個(gè)流經(jīng)機(jī)翼的下緣，兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)應(yīng)在機(jī)翼的后端相會(huì)合如圖1-4，經(jīng)過仔細(xì)的計(jì)算后發(fā)覺如依上述理論，上緣的流速不夠大，機(jī)翼應(yīng)該無法產(chǎn)生那么大的升力，現(xiàn)在經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，兩個(gè)相鄰空氣的質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)機(jī)翼上緣的質(zhì)點(diǎn)會(huì)比流經(jīng)機(jī)翼的下緣質(zhì)點(diǎn)先到達(dá)后緣如圖

5、1-5。 我曾經(jīng)在雜志上看過某位作者說飛機(jī)產(chǎn)生升力是因?yàn)闄C(jī)翼有攻角，當(dāng)氣流通過時(shí)機(jī)翼的上緣產(chǎn)生”真空”，于是機(jī)翼被真空吸上去如圖1-6，他的真空還真聽話，只把飛機(jī)往上吸，為什么不會(huì)把機(jī)翼往后吸，把你吸的動(dòng)都不能動(dòng)，還有另一個(gè)常聽到的錯(cuò)誤理論有時(shí)叫做子彈理論，這理論認(rèn)為空氣的質(zhì)點(diǎn)如同子彈一般打在機(jī)翼下緣，將動(dòng)量傳給機(jī)翼，這動(dòng)量分成一個(gè)往上的分量于是產(chǎn)生升力，另一個(gè)分量往后于是產(chǎn)生阻力如圖1-7，可是克拉克y翼及內(nèi)凹翼在攻角零度時(shí)也有升力，而照這子彈理論該二種翼型沒有攻角時(shí)只有上面”挨子彈”，應(yīng)該產(chǎn)生向下的力才對(duì)啊，所以機(jī)翼不是風(fēng)箏當(dāng)然上緣也沒有所謂真空。伯努利定律在日常生活上也常常應(yīng)用，最常見的

6、可能是噴霧殺蟲劑了如圖1-8，當(dāng)壓縮空氣朝a點(diǎn)噴去，a點(diǎn)附近的空氣速度增大靜壓力減小，b點(diǎn)的大氣壓力就把液體壓到出口，剛好被壓縮空氣噴出成霧狀，讀者可以在家里用杯子跟吸管來試驗(yàn)，壓縮空氣就靠你的肺了，表演時(shí)吸管不要成90度，傾斜一點(diǎn)點(diǎn)，以免空氣直接吹進(jìn)管內(nèi)造成皮托管效應(yīng)，效果會(huì)更好。 第一節(jié)翼型介紹 飛機(jī)最重要的部分當(dāng)然是機(jī)翼了，飛機(jī)能飛在空中全靠機(jī)翼的浮力，機(jī)翼的剖面稱之為翼型，為了適應(yīng)各種不同的需要，航空前輩們發(fā)展了各種不同的翼型，從適用超音速飛機(jī)到手?jǐn)S滑翔機(jī)的翼型都有，翼型的各部名稱如圖3-1，100年來有相當(dāng)多的單位及個(gè)人做有系統(tǒng)的研究，與模型有關(guān)的方面比較重要的發(fā)展機(jī)構(gòu)及個(gè)人有：na

7、ca：國家航空咨詢委員會(huì)即美國太空總署nasa的前身，有一系列之翼型研究，比較有名的翼型是”四位數(shù)”翼型及”六位數(shù)”翼型，其中”六位數(shù)” 翼型是層流翼。易卜拉：易卜拉原先發(fā)展滑翔機(jī)翼型，后期改研發(fā)模型飛機(jī)翼型。渥特曼：渥特曼教授對(duì)現(xiàn)今真滑翔機(jī)翼型有重大貢獻(xiàn)。哥庭根：德國一次大戰(zhàn)后被禁止發(fā)展飛機(jī)，但滑翔機(jī)沒在禁止之列，所以哥庭根大學(xué)對(duì)低速低雷諾數(shù)飛機(jī)翼型有一系列的研究，對(duì)遙控滑翔機(jī)及自由飛無遙控模型非常適用。班奈狄克：匈牙利的班奈狄克翼型是專門針對(duì)自由飛模型，有很多翼型可供選擇。有些翼型有特殊的編號(hào)方式讓你看了編號(hào)就大概知道其特性，如naca2412，第一個(gè)數(shù)字2代表中弧線最大弧高是2%，第二個(gè)

8、數(shù)字4代表最大弧高在前緣算起40%的位置，第三、四數(shù)字12代表最大厚度是弦長的12%，所以naca0010，因第一、二個(gè)數(shù)字都是0，代表對(duì)稱翼，最大厚度是弦長的10%，但要注意每家命名方式都不同，有些只是單純的編號(hào)。因?yàn)橐硇蛯?shí)在太多種類了，一般人如只知編號(hào)沒有坐標(biāo)也搞不清楚到底長什么樣，所以在模型飛機(jī)界稱呼翼型一般常分成以下幾類如圖3-2：全對(duì)稱翼：上下弧線均凸且對(duì)稱。半對(duì)稱翼：上下弧線均凸但不對(duì)稱?？死藋翼：下弧線為一直線，其實(shí)應(yīng)叫平凸翼，有很多其它平凸翼型，只是克拉克y翼最有名，故把這類翼型都叫克拉克y翼，但要注意克拉克y翼也有好幾種。s型翼：中弧線是一個(gè)平躺的s型，這類翼型因攻角改變時(shí)

9、，壓力中心較不變動(dòng)，常用于無尾翼機(jī)。內(nèi)凹翼：下弧線在翼弦在線，升力系數(shù)大，常見于早期飛機(jī)及牽引滑翔機(jī)，所有的鳥類除蜂鳥外都是這種翼型。其它特種翼型。 以上的分類只是一個(gè)粗糙的分類，在觀察一個(gè)翼型的時(shí)候，最重要的是找出它的中弧線，然后再看它中弧線兩旁厚度分布的情形，中弧線彎曲的方式、程度大至決定了翼型的特性，弧線越彎升力系數(shù)就越大，但一般來說光用眼睛看非常不可靠，克拉克y翼的中弧線就比很多內(nèi)凹翼還彎。 第二節(jié)飛行中之阻力 如何減少阻力是飛機(jī)設(shè)計(jì)的一大難題，飛行中飛機(jī)引擎的推力全部用來克服阻力，如果可以減少阻力則飛機(jī)可以飛得更快，不然可以把引擎改小減少重量及耗油量，拿現(xiàn)代私人小飛機(jī)與一次大戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)

10、相比，引擎大約都差不多一百多匹馬力，現(xiàn)代私人小飛機(jī)光潔流線的機(jī)身相對(duì)于一次大戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)整架飛機(jī)一堆亂七八糟的支柱與張線，現(xiàn)代飛機(jī)速度幾乎是它前輩的一倍，所以減少阻力是我們?cè)O(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)需時(shí)時(shí)刻刻要注意的，我們先要了解阻力如何產(chǎn)生，一架飛行中飛機(jī)阻力可分成四大類：磨擦阻力：空氣分子與飛機(jī)磨擦產(chǎn)生的阻力，這是最容易理解的阻力但不很重要，只占總阻力的一小部分，當(dāng)然為減少磨擦阻力還是盡量把飛機(jī)磨光。 形狀阻力：物體前后壓力差引起的阻力，平常汽車廣告所說的風(fēng)阻系數(shù)就是指形狀阻力系數(shù)如圖3-3，飛機(jī)做得越流線形，形狀阻力就越小，尖錐狀的物體形狀阻力不見得最小，反而是有一點(diǎn)鈍頭的物體阻力小，讀者如果有機(jī)會(huì)看到油輪

11、船頭水底下那部分，你會(huì)看到一個(gè)大頭，高級(jí)滑翔機(jī)大部分也有一個(gè)大頭，除了提供載人的空間外也是為了減少形狀阻力。誘導(dǎo)阻力：機(jī)翼的翼端部因上下壓力差，空氣會(huì)從壓力大往壓力小的方向移動(dòng)，部份空氣不會(huì)規(guī)規(guī)矩矩往后移動(dòng)，而從旁邊往上翻，因而在兩端產(chǎn)生渦流如圖3-4，因而產(chǎn)生阻力，這現(xiàn)象在飛行表演時(shí)，飛機(jī)翼端如有噴煙時(shí)可看得非常清楚，你可以注意渦流旋轉(zhuǎn)的方向如圖3-5，圖3-6是nasa的照片，可看見壯觀的渦流，因?yàn)檫@種渦流延伸至水平尾翼時(shí)，從水平尾翼的觀點(diǎn)氣流是從上往下吹，因此會(huì)減小水平尾翼的攻角，也就是說水平尾翼的攻角實(shí)際會(huì)比較小，圖3-6只不過是一架小飛機(jī)，如像類似747這種大家伙起飛降落后，小飛機(jī)要

12、隔一陣子才能起降，否則飛入這種渦流，后果不堪設(shè)想，這種阻力是因?yàn)闇u流產(chǎn)生，所以也稱渦流阻力。寄生阻力：所有控制面的縫隙如主翼后緣與副翼間、主翼及尾翼與機(jī)身接合處、機(jī)身開孔處、機(jī)輪及輪架、拉桿等除本身的原有的阻力以外，另外衍生出來的阻力如圖3-7，3-8。一架飛機(jī)的總阻力就是以上四種阻力的總合，但飛機(jī)的阻力互相影響的，以上的分類只是讓討論方便而已，另外誘導(dǎo)阻力不只出現(xiàn)在翼端，其它舵面都會(huì)產(chǎn)生，只是翼端比較嚴(yán)重，磨擦阻力、形狀阻力、寄生阻力與速度的平方成正比，速度越快阻力越大，誘導(dǎo)阻力則與速度的平方成反比如圖3-9，所以要減少阻力的話，無動(dòng)力飛機(jī)重點(diǎn)在減少誘導(dǎo)阻力，高速飛機(jī)重點(diǎn)在減少形狀阻力與寄生

13、阻力。第三節(jié)翼面負(fù)載 翼面負(fù)載就是主翼每單位面積所分擔(dān)的重量，這是評(píng)估一架飛機(jī)性能很重要的指針，模型飛機(jī)采用的單位是每平方公寸多少公克g/dm2，實(shí)機(jī)的的單位則是每平方公尺多少牛頓n/m2，翼面負(fù)載越大意思就是相同翼面積要負(fù)擔(dān)更大的重量，如果買飛機(jī)套件的話大部分翼面負(fù)載都標(biāo)示在設(shè)計(jì)圖上，計(jì)算翼面負(fù)載很簡單，把飛機(jī)全配重量不加油秤重以公克計(jì)，再把翼面積計(jì)算出來以平方公寸計(jì)一般為簡化計(jì)算，與機(jī)身結(jié)合部分仍算在內(nèi)兩個(gè)相除就得出翼面負(fù)載，例如一架30級(jí)練習(xí)機(jī)重1700公克，主翼面積30平方公寸，則翼面負(fù)載為56.7 g/dm2。 練習(xí)機(jī)一般在5070左右，特技機(jī)約在6090，熱氣流滑翔機(jī)3050，像真

14、機(jī)110以內(nèi)還可忍受，牽引滑詳機(jī)約1215左右，我在新店市白馬飛行場看過一對(duì)兄弟飛一架自己設(shè)計(jì)的大嘴鳥，翼面負(fù)載130，但也飛的很漂亮，總括來說，翼面負(fù)載太大的話，起飛滑行時(shí)老牛破車慢慢加速，好不容易起飛后飛行轉(zhuǎn)彎時(shí)千萬不要減速太多彎要轉(zhuǎn)大一點(diǎn)，否則很容易失速，降落速度超快，滑行一大段距離才停的住。 說到這里稍微離題一下，我常在飛行場聽到有人說重的飛機(jī)飛的比較快，我們來驗(yàn)證一下看這說法正不正確，一架飛機(jī)引擎的馬力假設(shè)是p，從物理課本可知p=fv，f是力，v是速度，飛機(jī)在水平直線飛行時(shí)f就是阻力的總合，因p是定值不考慮螺旋槳效率，所以飛機(jī)極速只跟阻力f有關(guān)，同一型飛機(jī)理論上速度應(yīng)一樣，但假設(shè)其中

15、一架用的木頭比較重，平飛時(shí)比較重的飛機(jī)翼面負(fù)載大攻角要比較大，因而阻力f比較大，所以速度v就比較小，所以重的飛機(jī)不可能飛得比較快，要使飛機(jī)飛的快應(yīng)該要減少阻力才對(duì)，重的飛機(jī)代價(jià)很大，加速及爬升慢、極速也慢，動(dòng)作不靈活，比較容易失速，好處只是比較抗側(cè)風(fēng)，俯沖時(shí)比較快。 第四節(jié)雷諾數(shù)與失速機(jī)翼的升力隨攻角的增大而增加，攻角就是翼弦線與氣流的夾角如圖3-10，攻角為零度時(shí)對(duì)稱翼此時(shí)不產(chǎn)生升力，但克拉克y翼及內(nèi)凹翼仍有升力，后二種翼型要負(fù)攻角才不產(chǎn)生升力，不產(chǎn)生升力的攻角叫零升攻角如圖3-11，所以對(duì)稱翼的零升攻角就是零度，誰都知道攻角增加有一個(gè)上限，超過這上限就要失速，那機(jī)翼什么時(shí)候會(huì)失速呢？圖3-

16、12a是飛機(jī)正常飛行時(shí)流經(jīng)機(jī)翼的氣流，圖3-12b是飛機(jī)失速時(shí)的氣流，這時(shí)上翼面產(chǎn)生強(qiáng)烈亂流，直接的結(jié)果是阻力大增，而且氣流沖擊上翼面，使升力大減，于是重力主控這架飛機(jī)，就是摔下去啦，那我們想事先知道機(jī)翼什么時(shí)候會(huì)失速，這就有需要知道雷諾數(shù)，雷諾數(shù)原始公式是： re=vb/ re=vb/ 是空氣密度、v是氣流速度、b是翼弦長、黏性系數(shù)。因?qū)δＰ惋w機(jī)而言空氣密度與黏性系數(shù)是定值，因?yàn)槟悴粫?huì)飛很高故空氣密度不變，而且你不會(huì)飛到水里故黏性系數(shù)不變，故以上公式可簡化為： re=68500vb v單位是公尺/秒 b是公尺。 一架練習(xí)機(jī)譬如說時(shí)速90公里每秒25公尺，翼弦24公分，雷諾數(shù)=68500250

17、.24=411000，如果不是矩形翼的話，翼根與翼端弦長不一樣，雷諾數(shù)當(dāng)然不同。 雷諾數(shù)越大流經(jīng)翼表面的邊界層越早從層流邊層過渡為紊流邊界層，而紊流邊界層不容易從翼表面分離，所以比較不容易失速，雷諾數(shù)小的機(jī)翼邊界層尚未從層流邊層過渡為紊流邊界層時(shí)就先分離了，一般翼型的數(shù)據(jù)都會(huì)注明該數(shù)據(jù)是在雷諾數(shù)多大時(shí)所得，展弦比如沒特別說明則是無限大，翼型資料上大都會(huì)告訴你雷諾數(shù)多少時(shí)在幾度攻角失速，雷諾數(shù)越大越不容易失速如圖3-13，一架飛機(jī)的失速角不是一定值，速度越慢時(shí)雷諾數(shù)小越容易失速，翼面負(fù)載越大時(shí)，因飛行時(shí)攻角較大也越容易失速，三角翼飛機(jī)翼弦都很大，所以雷諾數(shù)大，比較不容易失速。實(shí)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)設(shè)法

18、在失速前使機(jī)翼抖動(dòng)及操縱桿震動(dòng)，或者在機(jī)翼上裝置氣流分離警告器，以警告駕駛員飛機(jī)即將失速，模型飛機(jī)一般都沒什么征兆，初學(xué)降落時(shí)大部分的人都有這痛苦的經(jīng)驗(yàn)，因進(jìn)場時(shí)作了太多的修正，耗掉了太多速度，說時(shí)遲那時(shí)快飛機(jī)一下子就摔下來，從此一連好幾個(gè)月進(jìn)場速度都超快，降落時(shí)不是海豚跳個(gè)三、四次就是把兩百公尺跑道用完還不夠。 第五節(jié)展弦比 從雷諾數(shù)的觀點(diǎn)機(jī)翼越寬、速度越快越好，但我們不要忘了阻力，短而寬的機(jī)翼誘導(dǎo)阻力會(huì)吃掉你大部分的馬力，也許讀者反應(yīng)很快，誘導(dǎo)阻力不是與速度平方成反比嗎？我們只要飛得夠快誘導(dǎo)阻力就不是問題了，但很可惜速度快的話形狀阻力也會(huì)與速度平方成正比增大，還有所有飛機(jī)遲早都要降落，降落

19、時(shí)考慮跑道長度、安全性等，實(shí)機(jī)的話還有輪胎的磨耗，我們需要一個(gè)合理降落速度，總不能要求一架模型飛機(jī)以時(shí)速100公里降落吧，那跑道要長得嚇人，而且沒幾個(gè)人對(duì)得準(zhǔn)，火箭、飛彈飛的很快而且不用考慮降落，所以展弦比都很低，飛機(jī)則要有適合的展弦比，展弦比a就是翼展l除以平均翼弦b(a=l/b)，l與b單位都是公分，如果不是矩形翼的話我們把右邊上下乘以l，得a=l2 / s，s是主翼面積，單位是平方公分，這樣省得求平均翼弦，一般適合的展弦比在57左右，超過8以上要特別注意機(jī)翼的結(jié)構(gòu)，不要一陣風(fēng)就斷了，我作過展弦比10的飛機(jī)，手投擲起飛的一剎那，機(jī)翼受風(fēng)彎成u形，非常漂亮如圖3-14，滑翔機(jī)實(shí)機(jī)的展弦比有些

20、高達(dá)30以上，還曾經(jīng)出現(xiàn)過套筒式的機(jī)翼，翼展可視需要伸長或縮短。如前所述磨擦阻力、形狀阻力與速度的平方成正比，速度越快阻力越大，誘導(dǎo)阻力則與速度的平方成反比，所以高速飛機(jī)比較不考慮誘導(dǎo)阻力，所以展弦比低，滑翔機(jī)速度慢，采高展弦比以降低誘導(dǎo)阻力，最典型的例子就是u2如圖3-15跟f104如圖3-16，u2為高空偵察機(jī)，為長時(shí)間翱翔，典型出一次任務(wù)約1012小時(shí)，u2展弦比為10.5，f104為高速攔截機(jī)，速度達(dá)2倍音速以上，展弦比4.5，自然界也是如此，信天翁為長時(shí)間遨翔，翅膀展弦比高，隼為掠食性動(dòng)物，為求高速、靈活，所以展弦比低?；铏C(jī)沒有動(dòng)力，采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法，展弦比高的機(jī)

21、翼一般翼弦都比較窄，雷諾數(shù)小，所以要仔細(xì)選擇翼型，避免過早失速，另外高展弦比代表滾轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，所以也不要指望做出滾轉(zhuǎn)的特技了。 飛慣特技機(jī)的人看到遙控滑翔機(jī)時(shí)常常好奇，為什么主翼面積那么大，偏偏機(jī)身短而且尾翼面積相對(duì)很小，會(huì)很擔(dān)心升降操作會(huì)有問題，其實(shí)這是展弦比的另外一個(gè)特性，就是高展弦比時(shí)，攻角增加時(shí)升力系數(shù)增加會(huì)比低展弦比的機(jī)翼快如圖3-17，低展弦比機(jī)翼升力系數(shù)在攻角更大時(shí)才到達(dá)最大值，所以高展弦比的滑翔機(jī)并不須要大尾翼就可以操縱升降。第六節(jié)翼端處理 一個(gè)機(jī)翼不可能無限長，一定有端點(diǎn)，我們現(xiàn)在知道翼端是很多問題的根源，翼前緣有點(diǎn)后掠的飛機(jī)，因幾何形狀的關(guān)系，翼前緣的氣流不但往后走而且

22、往外流如圖3-18，使翼端氣流更復(fù)雜，于是有各式各樣的方法來減少誘導(dǎo)阻力，常見的有：整形1：把翼端整成圓弧狀，盡點(diǎn)人事，模型飛機(jī)最常見的方式如圖3-19。整形2：把下翼面往上整形，希望渦流盡量離開翼端，特技機(jī)magic及一次大戰(zhàn)像真機(jī)常用如圖3-20。整形3：把翼端裝上油箱或電子戰(zhàn)裝備，順便隔離氣流，不讓它往上翻，希望一舉兩得，如t-33如圖3-21。小翼：目前最流行的作法，大部分小翼是往上伸，但也有些是往下伸的，實(shí)機(jī)的小翼很明顯，飛行時(shí)看的非常清楚如圖3-22，波音747-400的小翼相信很多搭乘過的人都注意到，小翼的作用除了隔離翼端上下的空氣外減少誘導(dǎo)阻力外，因安裝的角度關(guān)系還多少可提供一

23、些向前的分力節(jié)省一點(diǎn)馬力。老鷹的翼端是分叉形的，你可以從影片中看到滑翔中的老鷹，翼端的羽毛幾乎沒有擾動(dòng)，可見效率非常高，naca也有發(fā)展類似的翼端。 第七節(jié)翼型的選擇及常用翼型 機(jī)翼是飛機(jī)產(chǎn)生升力的部分，當(dāng)然不能隨興所至亂畫一通，既然前輩們發(fā)展的翼型都經(jīng)過風(fēng)洞或?qū)崣C(jī)的測(cè)試，我們就不客氣來撿現(xiàn)成，市面上現(xiàn)在可以買到惟一的一本有翼型數(shù)據(jù)的書是長谷川克所著”翼型”電波實(shí)驗(yàn)社出版，上面有三百多種翼型的幾何坐標(biāo)，但其中只有易卜拉翼型有升阻系數(shù)等數(shù)據(jù)，其它只有幾何坐標(biāo)聊備一格，所以除自由飛模型外用處不大，此外中國大陸的雜志里有時(shí)候會(huì)發(fā)表新翼形，但他們偏重自由飛模型，完全沒有任何實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且很難制作，遙控

24、的好像沒看過。國外尤其是德國有關(guān)模型飛機(jī)的數(shù)據(jù)就比較多，很可惜國人一般德文都是鴉鴉烏，這里介紹一本英文書martin simons著”model aircraft aerodynamics” argus books，在亞馬遜網(wǎng)絡(luò)書局可以買的到，號(hào)稱美國模型界的”圣經(jīng)”，另外網(wǎng)絡(luò)上的資源有：美國太空總署www.iag.uni-.de 德國stuttgart大學(xué) 美國embry-riddle aeronautical u美國university of illinois at urbana-cha

25、mpaign 日本大學(xué)航空研究會(huì) 這網(wǎng)站有上千種翼型坐標(biāo)及極線。 選擇翼型要先決定飛機(jī)用途、大小、重量、速度，再依翼面負(fù)載、雷諾數(shù)決定后再選擇合適的翼型，翼型的數(shù)據(jù)包括形狀的幾何坐標(biāo)，以及在某個(gè)展弦比及各種雷諾數(shù)下之升力、阻力系數(shù)，一般都以極線圖顯示，縱坐標(biāo)大都是升力系數(shù)，橫坐標(biāo)是阻力系數(shù)如圖3-23左邊，有些比較舊式的數(shù)據(jù)縱坐標(biāo)是升力系或阻力系數(shù)，橫坐標(biāo)則是攻角如圖3-24，近代計(jì)算機(jī)翼型數(shù)據(jù)縱坐標(biāo)是氣流速度或是壓力，橫坐標(biāo)則是翼弦位置，但都可以從圖表中換算出升力、阻力多少，也可以查出機(jī)翼攻角幾度時(shí)升力系數(shù)迅速惡化發(fā)生失速，當(dāng)知道飛機(jī)的升力與阻力系數(shù)后，這時(shí)就滑空比就決定了，依升力系數(shù)及翼面

26、積總升力可以算出，再依阻力系加上機(jī)身、尾翼所有阻力系數(shù)可以算出總阻力，所需的阻力與我們?cè)燃僭O(shè)的引擎馬力是否相符，因過程都是計(jì)算在此省略，有興趣的讀者可參看朱寶流著”模型飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)”永利模型飛機(jī)公司出版，里面有詳細(xì)解釋選擇翼型的方法，這本書講的是自由飛模型，而且數(shù)據(jù)很舊，但原則是一樣的。選擇翼型的過程是一種試誤法，需要經(jīng)驗(yàn)與耐心，現(xiàn)在實(shí)機(jī)方面設(shè)計(jì)翼型當(dāng)然早已采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，模型飛機(jī)也漸漸采用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方式，你可以直接輸入所要的翼型，甚至自己設(shè)計(jì)一個(gè)新翼型，輸入中弧線最大弧高、位置，及最大厚度等數(shù)據(jù)，再告訴計(jì)算機(jī)展弦比、機(jī)翼攻角及飛行速度，計(jì)算機(jī)也懶得告訴你升力、阻力系數(shù)，而直接告訴你升力

27、多少牛頓，阻力多少牛頓，失速角多少度也一并告訴你，還配合3d動(dòng)畫，國外有好幾套這種軟件出售，有一家公司網(wǎng)站( )你可以上網(wǎng)購買，但我建議讀者如想真正了解翼型選擇，還是要從基礎(chǔ)學(xué)起，免得知其然而不之其所以然，美國太空總署有一套翼型仿真器如圖3-25，有興趣的讀者可自行下載，網(wǎng)址：/other_groups/k-12/foilsim/index.html對(duì)一般讀者而言有一方便法門，我們可以參考別人的設(shè)計(jì)，一架飛機(jī)已經(jīng)證明飛得很好，如果我們的飛機(jī)條件相似，就可以采用那種翼型，美國的套件一般多會(huì)把翼型標(biāo)在設(shè)計(jì)圖上，除此之外還是有一些規(guī)則可循： 薄的翼型阻力

28、小，但不適合高攻角飛行，適合高速機(jī)。 厚的翼型阻力大，但不易失速。 練習(xí)機(jī)用克拉克y翼或半對(duì)稱翼，因浮力大。 特技機(jī)用全對(duì)稱翼，因正飛或倒飛差異不大。 斜坡滑翔機(jī)用薄一點(diǎn)翼型以增大滑空比。 3d特技機(jī)用前緣特別大的翼型以便高攻角飛行。 再次強(qiáng)調(diào)參考別人設(shè)計(jì)時(shí)要注意雷諾數(shù)相似，雷諾數(shù)差異大時(shí)一點(diǎn)意義都沒有，把別人大飛機(jī)的翼型用在你的小飛機(jī)上絕對(duì)不行。 以下是一些常用翼型： 特技機(jī)：naca 0010、0012 練習(xí)機(jī)：naca 2410、2412、clark y8 斜坡滑翔機(jī)：rg14、 rg 15 、eppler 385f 小滑翔機(jī)及牽引滑翔機(jī)：eppler 385、eppler 374、 s

29、elig 3021 第八節(jié)翼型畫法 翼型決定后接下來要把形狀謄到紙上以便制作翼肋片，翼型的數(shù)據(jù)來的時(shí)候是一組坐標(biāo)數(shù)字，通常是(0,0)到(100,0)或是(0,0)到(1,0)，以前是找一張方格紙一個(gè)一個(gè)把坐標(biāo)點(diǎn)乘上長度系數(shù)因?yàn)槟愕囊硐也粫?huì)剛好10公分吧然后點(diǎn)上去，典型的翼型數(shù)據(jù)大約有40組坐標(biāo)如圖3-26，矩形翼還好只要做一次，一架30級(jí)的特技機(jī)的錐形翼翼弦大約有十種尺寸，你慢慢畫吧，我看過有人畫了一組后用復(fù)印機(jī)放大，結(jié)果當(dāng)然不準(zhǔn)，現(xiàn)在我們幸福多了，用計(jì)算機(jī)來處理又快又精確，長谷川克的書上有一個(gè)basic的小程序，但使用不容易畫出來的效果也不好，北投張永岳先生十幾年前也發(fā)表過一個(gè)程序，現(xiàn)在我

30、們以autocad來處理翼型，非常方便效果也最好，簡介如下：a前置作業(yè)： 開新圖檔(open a new drawing)選擇公制(metric)。 選擇復(fù)合線(ployline)。 把坐標(biāo)一個(gè)一個(gè)輸入。 輸入完成后作成區(qū)塊(block)。 插入點(diǎn)選擇(0,0)。 完畢。 把所有常用的翼型通通作成區(qū)塊備用。 b實(shí)際使用： 先計(jì)算或畫出所有需要的翼弦長(這里取25公分為例)。 開新圖檔(open a new drawing)選擇公制(metric)。 插入所要翼型的區(qū)塊(insert block)。 x比例取2.5，y比例亦為2.5。 旋轉(zhuǎn)角0度。 爆炸后作圓滑曲線fit 于是銀幕出現(xiàn)一個(gè)漂亮翼

31、弦長250單位的翼型。 打印時(shí)設(shè)定 1單位=1 mm 。 于是一個(gè)漂亮翼弦長25公分的翼型出來了。 實(shí)際上作業(yè)時(shí)包括錐形翼所有翼弦長計(jì)算通通在autocad上處理，翼型畫好后還要扣除蓋板2mm、前、后緣材厚度、大梁，這也同時(shí)處理，最后結(jié)果才是你實(shí)際翼肋片的形狀如圖3-27，再把所有翼肋片擺在模擬市售巴沙木寬度上8公分如圖3-28，便于切割及節(jié)省材料，全部所花費(fèi)時(shí)間不會(huì)超過2小時(shí)，到時(shí)印出來后把紙用口紅膠貼在巴沙木上直接切割如圖3-29，再把紙撕掉。 第四章翼平面第一節(jié)翼平面介紹 翼平面即是主翼平面投影的形狀，當(dāng)我們已假定飛機(jī)重量、翼面負(fù)載后，主翼面積即可算出，展弦比亦已大致決定，這時(shí)就要確定主

32、翼平面形狀，考慮的因素有1失速的特性、2應(yīng)力分布、3制作難易度、4美觀，模型飛機(jī)的速度離音速還差一大截，不須考慮空氣壓縮性，也沒有前后座視野的問題，所以后掠翼不需考慮，當(dāng)然為美觀或像真機(jī)除外，常見的平面形狀及特性如下： 矩形翼：如圖4-1從左至右翼弦都一樣寬，練習(xí)機(jī)常用的形狀，因?yàn)橹谱骱唵?，失速的特性是從中間開始失速，失速后容易補(bǔ)救。和緩的錐形翼：如圖4-2從翼根往翼端漸縮，制作難易度中等，合理的翼面應(yīng)力分布，緩和的翼端失速，特技機(jī)最常見的意形式。尖銳的錐形翼：如圖4-3同樣從翼往翼端漸縮，但翼端極窄，惡劣的的翼端失速。橢圓翼：如圖4-4制作難度高，最有效率的翼面應(yīng)力分布，翼端至翼根同時(shí)失速，

33、這也是天上最優(yōu)美的翼面形式。機(jī)翼先失速的位置跟局部升力系數(shù)與平均升力系數(shù)的比值有關(guān)，比值大的地方先失速，另因升力分布于所有翼面，機(jī)翼的剪應(yīng)力及彎矩應(yīng)力會(huì)從翼端往翼根處累積，所以飛機(jī)結(jié)構(gòu)失敗在空中折翼都在靠機(jī)身處，矩形翼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分不就很不經(jīng)濟(jì)，靠翼端處結(jié)構(gòu)過強(qiáng)，增加無謂的重量，錐形翼、橢圓翼就比較經(jīng)濟(jì)，此外從圖面也可看出矩形翼的誘導(dǎo)阻力比較大，即使翼端的面積大效率也不好。 尖銳的錐形翼翼端極窄，雷諾數(shù)小，且因?yàn)橐硐叶蹋瑯泳认轮谱鲿r(shí)攻角誤差大，翼端很容易失速，翼端失速后就從先失速的一端先往下掉，而且不見得救得回來，所以做ju87像真機(jī)那類飛機(jī)要特別注意。 主翼平面形狀不需要一成不變的為錐形翼或

34、橢圓翼，可以依需求、制作難易度及美觀采取各種組合。 第二節(jié)壓力中心 在考慮飛機(jī)的縱向平衡時(shí)，我們有需要知道所有升力的合力點(diǎn)以便定出日后飛機(jī)重心位置，這合力點(diǎn)一般稱壓力中心，機(jī)翼橫剖面的升力并不是平均分布，從翼剖面氣流速度圖上你可以看出翼上緣前端空氣流速最快如圖4-5，該處靜壓力最小升力最大，所以總升力中心有點(diǎn)偏前，機(jī)翼產(chǎn)生升力同時(shí)亦產(chǎn)生一彎矩，機(jī)翼當(dāng)攻角改變時(shí)壓力中心亦改變，一般來說攻角增加時(shí)壓力中心向前移，攻角減小時(shí)壓力中心向后移，使壓力中心的計(jì)算更加復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)并不直接求出壓力中心位置，而是采用焦點(diǎn)及焦點(diǎn)彎矩的方式，所謂焦點(diǎn)是研究發(fā)現(xiàn)不管機(jī)翼攻角改變，當(dāng)速度固定時(shí)升力對(duì)于機(jī)翼前緣算來1/

35、4距離的位置產(chǎn)生的彎矩是固定的，所以實(shí)際升力對(duì)機(jī)翼產(chǎn)生的作用可以以作用在焦點(diǎn)的力及一個(gè)彎矩來替代如圖4-6，有時(shí)后也直接把這一點(diǎn)當(dāng)作壓力中心，此一焦點(diǎn)其實(shí)有一點(diǎn)點(diǎn)變動(dòng)但不大，翼型資料里也有一個(gè)焦點(diǎn)彎矩系數(shù)，但跟升力、阻力系數(shù)不一樣的是焦點(diǎn)彎矩系數(shù)是一定值不隨攻角改變，中弧線越彎則彎矩系數(shù)越大，即使這樣簡化后對(duì)一般讀者仍稍嫌困難，我們?cè)儆枰院喕?，考慮升力及彎矩的共同作用后，大約以上弧線最高點(diǎn)為合力位置，一般翼型約在前緣算來1/3的位置，這樣就不需要再考慮彎矩的作用了，這種精確度對(duì)普通模型飛機(jī)已夠使用，進(jìn)一步討論請(qǐng)參考第八章，此外還有一點(diǎn)要注意的就是圖4-6的力是朝正上方，實(shí)際上氣流對(duì)機(jī)翼的作用力

36、是如如圖4-7，有點(diǎn)往后傾，把力分為向上的升力及向后的阻力，很明顯可以看出攻角越大，阻力也越大，因?yàn)樽枇χ林匦牡木嚯x很短，所以分析平衡時(shí)阻力產(chǎn)生的力矩我們都予以省略。 對(duì)矩形翼飛機(jī)而言，壓力中心至此告一段落，但錐形翼或后掠翼我們還需計(jì)算升力平均翼弦位置才能定出壓力中心，我們采用圖解法以便求出壓力中心如圖4-8：第三節(jié)外洗角 飛機(jī)失速時(shí)我們希望從翼根開始失速，失速后機(jī)頭往下掉，于是迅速獲得速度恢復(fù)操控，盡量避免翼端失速，翼端失速時(shí)先失速的一邊機(jī)翼往下掉，飛機(jī)發(fā)生螺旋下墜，有可能無法恢復(fù)，但我們已知失速與攻角有關(guān)，我們可以設(shè)法避免讓失速先發(fā)生于翼端，就是在設(shè)計(jì)時(shí)讓翼端跟翼端攻角不一樣，翼端的攻角少

37、個(gè)一、兩度，就可以延后翼端失速，這個(gè)角度叫外洗角，代價(jià)是翼端升力系數(shù)減小，但翼端的誘導(dǎo)阻力也稍微減少，這在實(shí)機(jī)上尤其是螺旋槳飛機(jī)是很常見的作法，遙控動(dòng)力飛機(jī)是否要外洗角見仁見智，但一般高級(jí)滑翔機(jī)、牽引機(jī)及手?jǐn)S機(jī)幾乎都有外洗，無尾翼飛機(jī)翼端一般外洗到負(fù)攻角，以便提供配平力。 以上的外洗角稱為幾何外洗，另外有一種外洗稱為氣動(dòng)外洗，就是機(jī)翼翼根至翼端的攻角都不變，但翼端、翼根分別使用不同的翼型，翼端使用較不容易失速的翼型，如此一來也可保證翼根先失速。 跟一般想象的不一樣，實(shí)際使用上翼端反而不使用比較不容易失速的對(duì)稱翼，而是利用零升攻角至失速角范圍較大的內(nèi)凹翼型，再配合幾何外洗，這樣翼端升力不會(huì)損失太

38、多而又達(dá)到外洗的目的。第四節(jié)上反角 上反角就是當(dāng)機(jī)翼擺正時(shí)翼前緣與水平線的夾角，大部分飛機(jī)都有上反角，常見的形式如，一級(jí)上反角如圖4-9制作簡單，效果也很好，二級(jí)上反角如圖4-10內(nèi)外機(jī)翼上反角度不同，外翼上反角較大，修正效果最好，u形上反角如圖4-11是內(nèi)翼沒有上反，只有外翼有上反，機(jī)翼中間應(yīng)力集中處沒有接點(diǎn)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，手?jǐn)S機(jī)常用，反海鷗翼如圖4-12內(nèi)翼是下反外翼上反，優(yōu)點(diǎn)是輪架裝在內(nèi)外翼交接處，因離地面近可以做的又粗又短圖4-13，上反角的作用如下：維持滾轉(zhuǎn)方向平衡：當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)突然受到側(cè)向力如一陣風(fēng)，這時(shí)飛機(jī)會(huì)傾向另一邊，這時(shí)上反角就要負(fù)責(zé)修正回來，大部分的人認(rèn)為這是當(dāng)機(jī)翼傾向一邊時(shí)，

39、水平投影面積一邊增加另一邊減少，產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力矩如圖4-14，其實(shí)這是不適當(dāng)?shù)恼f法，回復(fù)力矩是有，但非常小，上圖是為了強(qiáng)調(diào)回復(fù)力矩，上反角增加為16度，實(shí)際上反角不可能那么大，我們拿上反角3度來說，投影面積最多改變1%，實(shí)在于事無補(bǔ)，實(shí)際的作用是，假設(shè)碰到右陣風(fēng)飛機(jī)往左傾，左邊機(jī)翼往下掉，于是左邊機(jī)翼的相對(duì)氣流除了一般從前緣往后緣流的向量以外，還碰到一個(gè)從下往上的向量如圖4-15，結(jié)果就是相當(dāng)于左邊機(jī)翼攻角增大升力增大，右邊剛好相反升力減小，于是產(chǎn)生修正力矩，使飛機(jī)擺正。轉(zhuǎn)向：很多小型遙控飛機(jī)沒有副翼，只有方向舵，但轉(zhuǎn)彎時(shí)一樣側(cè)傾后轉(zhuǎn)向，這是因?yàn)樯戏唇堑年P(guān)系，當(dāng)想控制飛機(jī)左轉(zhuǎn)而把方向舵往左打，

40、因方向舵產(chǎn)生一個(gè)向右的力，機(jī)頭于是朝左偏，但還是往前飛，這叫偏航如圖4-16，因右翼上反的關(guān)系相對(duì)氣流相當(dāng)于右邊機(jī)翼攻角增大，于是升力增大，左翼剛好相反升力減小，于是飛機(jī)向左側(cè)滾轉(zhuǎn)，配合升舵完成左轉(zhuǎn)，我曾作過一架上反角0度的特技機(jī)，打方向舵后機(jī)頭歪向一邊就是不轉(zhuǎn)彎，剛好映證以上理論。提高壓力中心：機(jī)翼上反后，壓力中心也提高，有助于穩(wěn)定性，所以雖然練習(xí)機(jī)須要高穩(wěn)定性，但有些實(shí)機(jī)的練習(xí)機(jī)仍采低翼配置，請(qǐng)您注意這類飛機(jī)上反角都比較大，主要就是從穩(wěn)定性考慮。 上反角效益很大，但角度過大時(shí)修正力矩過大，將很難轉(zhuǎn)彎，而且此時(shí)機(jī)翼垂直投影大，垂直尾翼如果相對(duì)的小，飛機(jī)的直線性變差，飛起來就會(huì)左右擺頭，遙控特

41、技機(jī)則因翼前緣有點(diǎn)后掠，多少已有穩(wěn)定作用，操縱者技術(shù)好并且全神貫注在操縱，有無上反角并無關(guān)緊要。第五章螺旋槳與引擎一節(jié)螺旋槳原理與分類 螺旋槳負(fù)責(zé)把引擎的功率轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯暗耐屏?，重要性不言而喻，螺旋槳推進(jìn)飛機(jī)的原理與火箭、導(dǎo)風(fēng)扇飛機(jī)、噴射機(jī)不同，也與船用螺旋槳不同，火箭等前進(jìn)是因?yàn)閯?dòng)量守恒的關(guān)系，如果飛機(jī)也是靠動(dòng)量守恒的原理前進(jìn)，那螺旋槳就要把空氣盡量快盡量多往后吹去，那螺旋槳的形狀就應(yīng)該像電扇葉片一樣寬且短，而不是像現(xiàn)在我們看的細(xì)細(xì)長長的，導(dǎo)風(fēng)扇扇葉形狀類似船用螺旋槳，效率卻很差，因?yàn)閷?dǎo)風(fēng)扇引擎、加速管及支撐等對(duì)象擋住了不少氣流，而且導(dǎo)風(fēng)扇后送的空氣速度不夠快，質(zhì)量更不夠多。 我們應(yīng)該把槳葉看

42、成一片小型的機(jī)翼，引擎轉(zhuǎn)動(dòng)的速度加上飛機(jī)前進(jìn)的速度，使槳葉對(duì)空氣產(chǎn)生相對(duì)的速度，槳葉的截面本來就是一個(gè)翼型，然后因伯努利定律產(chǎn)生升力，只是此時(shí)的升力是向前的，稱為推力，使飛機(jī)向前，歷史上有名的競速機(jī)geebee，得過很多次世界冠軍，也有不少模型像真機(jī)，請(qǐng)讀者注意其螺旋槳與機(jī)身的比例，它螺旋槳向后的氣流三分之二以上被引擎及機(jī)身偏折，根本沒往正后方吹，使人不禁懷疑它怎么飛，可是它還是世界競速冠軍呢，所以記得螺旋槳的風(fēng)大不大與推力毫無關(guān)系。 螺旋槳可依不同方式分類，我們真正有興趣的是直徑與螺距，將于下節(jié)討論，其余分類如下： 依槳葉數(shù)： 單槳：競速機(jī)常用，可避免吃到前葉的尾流，效率最佳，但另一端要配平

43、。 雙槳：最常見的型式，合理的效率，容易平衡。 三槳以上：像真機(jī)或槳葉長度受限時(shí)使用，效率稍差。 依推力方向： 拉力槳：即正槳，從飛機(jī)前面產(chǎn)生拉力使飛機(jī)向前。 推力槳：即反槳，從飛機(jī)后面產(chǎn)生推力使飛機(jī)向前，少數(shù)引擎可逆轉(zhuǎn)，雙引擎飛機(jī)其中一個(gè)引擎逆轉(zhuǎn)用反槳以抵銷反扭力。 依材值： 木槳：剛性好，重量輕，但易損壞。 塑料槳：便宜，選擇性多，較不易損壞。 碳纖槳：最好，最貴。 第二節(jié)螺旋槳的選擇 我們仔細(xì)看一支螺旋槳如圖5-1，上面除了公司的標(biāo)志外apc，另外還有一組數(shù)字12x9，這是選擇螺旋槳最重要的一組數(shù)字，12代表這支螺旋槳直徑是12英寸，9代表螺距是9英寸，另一組數(shù)字305x227是公制，單

44、位是mm，代表意義完全一樣，直徑的意思大家都了解，螺距的意思是螺旋槳旋轉(zhuǎn)一圈，依螺旋槳的角度，理論上螺旋槳前進(jìn)的距離如圖5-2，當(dāng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)槳上的點(diǎn)因距離軸心的不同，行走的距離也不同=2 x 3.1416 x r，現(xiàn)在的螺旋槳都是定螺距槳，就是旋轉(zhuǎn)一圈槳上每一點(diǎn)的螺距都一樣，所以越靠近軸心，槳葉角越大，槳尖部分角度就比較小，當(dāng)然還有一種定螺角槳，這種槳槳上每一點(diǎn)角度都一樣，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一圈槳上每一點(diǎn)的螺距都不一樣，越靠槳尖越大，最常見的就是竹蜻蜓，相信大家都玩過，另外也常見于初級(jí)橡皮筋動(dòng)力飛機(jī)，因?yàn)橹谱鞣浅：唵?。你買一個(gè)新引擎，引擎的說明書會(huì)建議你，試車時(shí)用多大的槳，像真機(jī)用多大的槳，特技機(jī)又用多

45、大的槳，弄得你迷迷糊糊，在這里說明一下，試車時(shí)用的槳一般都比較大，是防止萬一不小心轉(zhuǎn)數(shù)過高，使新引擎燒毀，沒其它意思，像真機(jī)及特技機(jī)用的槳不同，最主要是因?yàn)轱w機(jī)速度不同的關(guān)系，特技機(jī)一般飛行速度比較快，希望螺旋槳在高速飛行時(shí)比較有效率，像真機(jī)一般來說翼面負(fù)載大，希望螺旋槳在低速時(shí)比較有效率，起飛、降落時(shí)才不會(huì)出差錯(cuò)，沒人會(huì)管它極速快不快，我們假設(shè)引擎輸出的最大功率是一定值，輸出功率在螺旋槳到達(dá)恒定轉(zhuǎn)速時(shí)要克服的是螺旋槳的阻力，我們前面說過應(yīng)該把槳葉看成一片小型的機(jī)翼，螺距越大就是槳葉角越大，相當(dāng)于機(jī)翼攻角越大，當(dāng)然阻力就越大，螺旋槳越長，面積及槳端切線速度也越大，阻力也越大，既然最大功率是一定

46、值，我們只好在直徑與螺距上作妥協(xié)。 特技機(jī)希望螺旋槳在高速飛行時(shí)比較有效率，像真機(jī)希望螺旋槳在低速時(shí)比較有效率，我們?cè)偬嵝岩淮螒?yīng)該把槳葉看成一片小型的機(jī)翼，既然是機(jī)翼，同樣就會(huì)有攻角、失速問題，甚至誘導(dǎo)阻力情形也一樣，為了找出最佳攻角，請(qǐng)參看圖5-3，合成的氣流速度等于螺旋槳的切線速度加上飛機(jī)前進(jìn)的速度假如你對(duì)向量不熟悉的話，因?yàn)槭窍鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，你可以假設(shè)你是一只螞蟻趴在螺旋槳前緣，你不動(dòng)，讓氣流來吹你，想象一下因螺旋槳旋轉(zhuǎn)加上飛機(jī)前進(jìn)，你臉上吹的是那方向來的風(fēng)，螺距太大而飛行速度不夠快，則攻角太大而失速，這種情形在這里叫螺旋槳打滑，螺距太小而飛行速度太快，則攻角太小，效率則很差，所以結(jié)論是高速飛

47、機(jī)用小槳大螺距，低速飛機(jī)用大槳小螺距。以前在萊特兄弟時(shí)代，飛機(jī)做好以后要拉一個(gè)綁在樹上磅秤來測(cè)拉力，現(xiàn)在飛行場上偶而也有人這么做，現(xiàn)在我們知道這是多余的，測(cè)得的拉力因沒有飛機(jī)前進(jìn)的速度，所以只有在飛機(jī)靜止時(shí)有效，飛機(jī)有了速度后就不準(zhǔn)了。螺距最好的解決辦法當(dāng)然是使用變距螺旋槳，可依飛行速度不同改變螺距，二次大戰(zhàn)后大部分的螺旋槳飛機(jī)都已使用變距螺旋槳，可依飛行速度變換螺距以取得更佳的效率，萬一引擎熄火還可以打順槳，使螺旋槳的阻力減至最低增加滑行距離。日本mk模型出過一組60級(jí)用的可變距槳，但在美國模型飛機(jī)禁止用可變距槳，怕飛出來傷人，此外螺旋槳靠軸心部分效率很差，所以很多場合干脆裝上機(jī)頭罩減低阻力

48、。(感謝 王斌先生 對(duì)本節(jié)指正) 第三節(jié)螺旋槳角度的計(jì)算 現(xiàn)在螺旋槳選擇性多，價(jià)格便宜，模型玩家很少自行制作，但偶而想玩橡皮筋動(dòng)力飛機(jī)時(shí)，就不得不自己動(dòng)手了，請(qǐng)各位不要瞧不起橡皮筋動(dòng)力飛機(jī)，高級(jí)室內(nèi)橡皮筋動(dòng)力飛機(jī)的螺旋槳會(huì)隨著橡皮筋扭力自動(dòng)改變螺距，而且整架飛機(jī)不超過2公克，這真的需要天分，我做的室內(nèi)機(jī)則從來沒有低于4公克圖5-4。橡皮筋動(dòng)力飛機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)速比引擎飛機(jī)慢，螺距比螺距/直徑一般1.01.6左右，引擎飛機(jī)的螺距比大都在0.8以下。 定螺角槳：因?yàn)槎萁菢挥幸徊糠中屎?，所以我們螺距以距離軸心7080%的部位為準(zhǔn)，螺旋槳靠軸心部分效率很差，所以靠軸心30%以內(nèi)部份根本不做槳葉，只剩一根

49、軸。 定螺距槳：因定螺距槳每個(gè)斷面角度均不一樣，假設(shè)要制作一支直徑為d英吋螺距為p英寸的槳，角度圖解如圖5-5。第四節(jié)引擎的選擇 模型飛機(jī)使用的引擎有很多種，現(xiàn)在因?yàn)榇蠖鄶?shù)人都使用熱灼引擎(glow engine)及汽油引擎，大家?guī)缀跬诉€有其它模型引擎如： 柴油引擎：其實(shí)他是燒乙醚而不是燒柴油的，只是它跟跟柴油引擎一樣沒有火星塞，直接壓縮爆發(fā)，但真正的柴油引擎是將空氣壓縮后再噴入燃料爆發(fā)，而模型柴油引擎是將先空氣與燃料混合后再壓至爆發(fā)，二次大戰(zhàn)后歐洲國家管制甲醇及硝基甲烷，所以柴油引擎流行一陣子。 二氧化碳引擎：使用一個(gè)二氧化碳?xì)馄?，借壓縮的二氧化碳?xì)怏w推動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)螺旋槳，沒有任何點(diǎn)火裝置也

50、不用燃料，常用于自由飛模型。 脈沖噴射引擎：又叫火管，跟二次大戰(zhàn)德國v1火箭一樣的引擎，屬于噴射引擎的一種，聲音吵得嚇?biāo)廊?，中國大陸飛燕公司有生產(chǎn)兩種尺寸，非常便宜，美國還有公司出套件，讓人自行制作，號(hào)稱噴出的火焰有十公尺遠(yuǎn)。 很多人選擇引擎的原則是，選擇只要塞的下引擎室的最大引擎，這其實(shí)是一個(gè)不正確的觀念，我們知道飛行的阻力與速度平方成正比，當(dāng)飛機(jī)速度已經(jīng)很高，這時(shí)候要增加一點(diǎn)點(diǎn)速度馬力要增加很大，選擇超過適當(dāng)排氣量的引擎，不但重量增加，因耗油量也增加，所以裝上更大的油箱，翼面負(fù)載增加的結(jié)果使飛行攻角增大，阻力也因而增大，所以效果很差，更不要提對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的影響了，要改善飛行效率應(yīng)從改善飛機(jī)的

51、空氣動(dòng)力著手，而不是一味加大引擎，此外競速飛機(jī)盡量選擇高轉(zhuǎn)速、低扭力的短沖程引擎，像真機(jī)盡量選擇低轉(zhuǎn)速、高扭力的長沖程引擎或四沖程引擎，以使螺旋槳發(fā)揮最大效率。 很多人不曉得模型引擎的大小如32、120代表什么意思，美國的引擎采用英制，32代表0.32立方英寸，120就代表1.20立方英寸，一立方英寸是16.39 cc(立方公分)，所以32引擎排氣量是5.24(=0.32*16.39)立方公分，但世界上其它國家如德國等生產(chǎn)的引擎已漸漸采用公制。 第五節(jié)導(dǎo)風(fēng)扇 很多很漂亮的像真噴射機(jī)，但機(jī)頭或機(jī)尾裝了一個(gè)引擎，在天上飛時(shí)離得遠(yuǎn)看上去還好，擺在地面展示時(shí)，那引擎與螺旋槳實(shí)在煞風(fēng)景，要把引擎與螺旋槳

52、藏起來，在渦輪引擎還沒出來前導(dǎo)風(fēng)扇是惟一選擇，導(dǎo)風(fēng)扇是利用高轉(zhuǎn)速活塞引擎24000rpm左右推動(dòng)類似渦輪扇葉，將大量空氣往后加速，可以仿真出類似渦輪引擎的效果如圖5-6，圖中槳轂的白漆是量轉(zhuǎn)速用的，導(dǎo)風(fēng)扇雖然效率差，但因現(xiàn)代噴射機(jī)都很流線，機(jī)翼也不大，所以阻力小，像真噴射機(jī)飛行速度也不慢，但起飛滑行加速比較慢。導(dǎo)風(fēng)扇飛機(jī)最需要注意的地方就是空氣的進(jìn)出信道，進(jìn)口的信道除了截面積要足夠外，也要做得非常流線，避免粗糙、突出物或溝縫，必要時(shí)只好在肚子挖”作弊孔”以增加空氣進(jìn)入量，出口的通道除了要做得非常流線外，還要有一點(diǎn)漸縮，以增加排氣速度，還有一點(diǎn)要特別注意的，因?yàn)閷?dǎo)風(fēng)扇進(jìn)氣口吸力很強(qiáng)，所有零件、電

53、線都要固定好，圖5-6那架f86第一次試車就把氣壓收輪組的管線及閥門絞爛噴到不知那里去了。 第六節(jié)渦輪引擎 模型渦輪引擎經(jīng)過這幾年的發(fā)展已漸漸成熟，雖然價(jià)位還不是一般人能接受，從早期危險(xiǎn)的丙烷燃料到現(xiàn)在的煤油或jp燃料煤油+汽油，我們可以期待起動(dòng)方式更方便，價(jià)位元元更低能讓一般人接受的引擎出現(xiàn)，模型渦輪引擎是一個(gè)具體而微的渦輪噴射引擎，渦輪引擎推進(jìn)的原理是引擎前端將空氣吸入后，由壓縮器加壓，再至燃燒室燃燒，膨脹后的高壓氣體由后方排出，因動(dòng)量守恒原理而得到向前的推力，高壓氣體同時(shí)也推動(dòng)渦輪，渦輪再把動(dòng)力傳給壓縮器，如圖5-7是一個(gè)軍用渦輪扇噴射發(fā)動(dòng)機(jī)很少人稱它為引擎，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)因輸出動(dòng)力方式的差

54、異可分為：渦輪噴射發(fā)動(dòng)機(jī)：最典型的噴射引擎，原理如前所述，模型渦輪引擎就是屬于這種。 渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)：跟渦輪噴射發(fā)動(dòng)機(jī)很類似，但有旁通氣流，請(qǐng)注意圖5-7發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇吸入的空氣有部分沒經(jīng)過燃燒室就直接加壓后排出，那就是旁通氣流，優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是飛機(jī)最大速度會(huì)稍為慢，商用噴射機(jī)旁通比都很大，所以發(fā)動(dòng)機(jī)看起來都很胖。 渦輪旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)：這也是一種噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，但是以螺旋槳方式輸出動(dòng)力，跟活塞發(fā)動(dòng)機(jī)比，噴射發(fā)動(dòng)機(jī)零件少很多，重量也輕，比較好維修保養(yǎng)，又因?yàn)樗鼪]有活塞、曲軸、頂桿等的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以震動(dòng)也減少很多，玩過遙控飛機(jī)的人都知道，震動(dòng)是很多問題的根源。 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)：這也是一種噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，但輸出的

55、軸馬力最大，剛好用在直升機(jī)上，現(xiàn)代直升機(jī)都是采渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，所以以后有人跟你說那架直升機(jī)是噴射引擎的，你也不要吃驚。 圖5-7的后半截是一個(gè)后燃器，后燃器的原理是因?yàn)榭諝饨?jīng)過燃燒室燃燒后，只消耗到不到10%的氧氣，后燃器里面的空氣因剛從燃燒試室出來，當(dāng)然很熱，而且還有很多氧氣，那干脆就直接把燃料噴進(jìn)去，再一次燃燒進(jìn)一步加熱空氣增加推力，代價(jià)當(dāng)然是效率非常差，但緊急時(shí)渦輪噴射型發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎可以增加100%的推力。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速都比活塞引擎的全速還高，所以實(shí)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)一般都要另外以電源車或氣源車先將引擎預(yù)轉(zhuǎn)至點(diǎn)火速度，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還有一些需注意的特性，活塞引擎的功率幾乎與轉(zhuǎn)速成正比，但渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速達(dá)最高轉(zhuǎn)速的50%時(shí)輸出的功率還不到20%圖5-8，且低轉(zhuǎn)速時(shí)燃料消耗比約為全速時(shí)的三倍，所以低轉(zhuǎn)速時(shí)既耗油又沒效率，還有油門的反應(yīng)比活塞引擎慢很多，此外因發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量空氣，改變飛行姿態(tài)時(shí)如進(jìn)氣道設(shè)計(jì)不好會(huì)使壓縮器轉(zhuǎn)子失速，所以渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)不適合作特技機(jī)的動(dòng)力，但因飛行速度沖壓的因素飛機(jī)起飛后渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)