物理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告

1、物理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告航模的制作研究人：張鐿朦 于馥銘 蔣浩楠 張世風(fēng) 章文睿 張祎文模型飛機(jī)空氣動力第一節(jié)速度與加速度 速度即物體移動的快慢及方向，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，與一般人想像不同的是，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)會越掉越快。 第二定律：某質(zhì)量為m的物體的動量(p =

2、mv)變化率是正比於外加力 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)引擎推力大於阻力，於是產(chǎn)生向前的加速度，速度越來越快阻力也越來越大，遲早引擎推力會等於阻力，於是加速度為零，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，你的腳也會痛，因?yàn)殚T也對你施了一個(gè)相同大小的力 第三節(jié)力的平衡 作用於飛機(jī)的力要?jiǎng)偤闷胶?，如果不平衡就是合力不為零，依牛頓第二定律就會產(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)軸彎矩的平衡。軸力不平衡則

3、會在合力的方向產(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，所以會保持等速直線飛行。彎矩不平衡則會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)加速度，在飛機(jī)來說，X軸彎矩不平衡飛機(jī)會滾轉(zhuǎn)，Y軸彎矩不平衡飛機(jī)會偏航、Z軸彎矩不平衡飛機(jī)會俯仰第四節(jié)伯努利定律 伯努利定律是空氣動力最重要的公式，簡單的說

4、流體的速度越大，靜壓力越小，速度越小，靜壓力越大，這裡說的流體一般是指空氣或水，在這裡當(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，於是機(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)生那麼大的升力，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)會比流經(jīng)機(jī)翼的下緣質(zhì)點(diǎn)先到達(dá)后緣當(dāng)氣流通過時(shí)機(jī)翼的上緣產(chǎn)生”真空”，於是機(jī)翼被真空

5、吸上去如圖1-6，他的真空還真聽話，只把飛機(jī)往上吸，為什麼不會把機(jī)翼往后吸，把你吸的動都不能動，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，將動量傳給機(jī)翼，這動量分成一個(gè)往上的分量於是產(chǎn)生升力，另一個(gè)分量往后於是產(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

6、好被壓縮空氣噴出成霧狀，讀者可以在家裡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)，效果會更好。飛行原理飛機(jī)從地面滑跑到離地升空，是由于升力不斷增大，直到大于飛機(jī)重力的結(jié)果。而只有當(dāng)飛機(jī)速度增大到一定時(shí)，才可能產(chǎn)生足以支持飛機(jī)重力的升力?？梢婏w機(jī)的起飛 是一個(gè)速度不斷增加的加速過程。故起飛一般只分三個(gè)階段，即起滑跑、離地和上升。起飛滑跑的目的是為了增大飛機(jī)的速度，直到獲得離地速度。拉力或推力愈大，剩余拉力或剩余推力也愈大，飛機(jī)增速就愈快。起飛中，為盡快地增速，應(yīng)把油門推到最大位置。 并同時(shí)保持滑跑方向 。對螺旋槳飛機(jī)而言，起飛

7、滑跑中引起飛機(jī)偏轉(zhuǎn)的主要原因是螺旋槳的副作用。 起飛滑跑中，螺旋槳的反作用力矩力圖使飛機(jī)向螺旋槳旋轉(zhuǎn)的反方向傾斜，造成兩 主輪對地面的作用力不等，從而使兩主輪的摩擦力不等，兩主輪摩擦力之差對重心形成偏轉(zhuǎn)力矩。螺旋槳滑流作用在垂直尾翼上也產(chǎn)主偏轉(zhuǎn)力矩。，螺旋槳的進(jìn)動作用也會使飛機(jī)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。加減油門和推拉操縱桿的動作愈粗猛，螺旋槳副作用影響愈大。為減輕螺旋槳副作用的影響，加油門和推拉操縱桿的動作應(yīng)柔和適當(dāng)。滑跑后段應(yīng)用舵來保持滑跑方向。隨著滑跑速度的不斷增大，方向舵的效用不斷提高，就應(yīng)當(dāng)回舵，以保持滑跑方向。當(dāng)速度增大到一定時(shí)，升力稍大于重力，飛機(jī)即可離地。離地時(shí)作用于飛機(jī)的力。此時(shí)升力大于重力，

8、拉力或推力 大于阻力 飛機(jī)剛離地時(shí)，不宜用較大的上升角上升。 上升角過大，這會影響飛機(jī)增速，甚至危及安全。 為了減小阻力，便于增速，飛機(jī)高地后，一般不低于5米高度改平飛.因?yàn)檫@時(shí)飛行高度低，飛機(jī)如有坡度，就會向下側(cè)滑而可能使飛機(jī)撞地。因此發(fā)現(xiàn)飛機(jī)有大坡度應(yīng)及時(shí)糾正。當(dāng)速度增加到規(guī)定時(shí)，應(yīng)柔和帶桿使飛機(jī)轉(zhuǎn)入穩(wěn)定上升，上升到規(guī)定高度。影響起飛滑跑距離的因素有油門位置、離地迎角、襟翼反置、起飛重量、機(jī)場標(biāo)高與氣溫、跑道表面質(zhì)量、風(fēng)向風(fēng)速、跑道坡度等。這些因素一般都是通過影響離地速度 或起飛滑跑的平均加速度來影響起飛滑跑距離的.飛行中之阻力磨擦阻力：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

9、不很重要，只佔(zhàn)總阻力的一小部分，當(dāng)然為減少磨擦阻力還是儘量把飛機(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)阻係數(shù)就是指形狀阻力係數(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)會看到油輪船頭水底下那部分，你會看到一個(gè)大頭，高級滑翔機(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，空氣會從壓力大往壓力小的方向移動，部份空氣不會規(guī)規(guī)矩矩往后移動，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

10、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，因此會減小水平尾翼的攻角，也就是說水平尾翼的攻角實(shí)際會比較小，圖3-6只不過是一架小飛機(jī)，如像類似747這種大傢伙起飛降落后，小飛機(jī)要隔一陣子才能起降，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 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，

11、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，其他舵面都會產(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阻力。制作工具模型剪 刃口由高強(qiáng)度金屬制成且成斜口(也稱斜口鉗)，是將模型零件從板子上取下的工具，由于是斜口的，所以不會損壞零件。筆刀 將零件剪下后，要將零件上多余的流道削去，就要用到筆刀，建議購買田島的28元/把(8片刀片)在這里要提醒初學(xué)者由于筆刀很鋒利，使用筆刀時(shí)刀口不要朝向自己，以免造成傷害。銼刀 筆刀組零件

12、取下之后，還要進(jìn)行打磨的工作，這時(shí)你就需要它。銼刀可以分為鉆石粉銼刀(表面上附有廉價(jià)的鉆石粉)以及螺紋銼刀，前者很適合打磨塑料;后者可以打磨蝕刻片。建議購買有各種形狀的套裝，一般價(jià)格不貴在2050元左右。銼刀的清理可以用廢舊的牙刷刷幾下既可。砂紙 在經(jīng)過銼刀的粗打磨后，就要使用砂紙進(jìn)行細(xì)加工，砂紙分為各種號數(shù)，號數(shù)越大就越細(xì)，建議購買800，1000。1200號水砂紙(在五金店均有售，價(jià)格在0。6元/張左右)膠水 零件打磨完畢以后，就要使用專門的模型膠水進(jìn)行粘接，在這里筆者強(qiáng)烈建議購買田宮的溜縫膠水(25元/瓶)它流動性相當(dāng)好，而且粘接強(qiáng)度適中，最重要的是它具有“滲” 的作用，這樣就避免了由于膠水涂太多而溢出損壞零件。其他膠水還有模王的瓶裝(小瓶10元/瓶 大瓶25元/瓶)威龍膠水(8元/瓶 現(xiàn)以不多見)等。鑷子 模型制作中經(jīng)常要碰到細(xì)小零件，這時(shí)你就需要一把好用的鑷子，建議購買彎頭尖嘴，而且后面有鎖扣的那種。補(bǔ)土 一些模型由于開模的原因，在組合后會產(chǎn)生縫隙，這時(shí)就需要使用補(bǔ)土來填補(bǔ)。補(bǔ)土有很多