特技模型飞行原理与制作

特技模型飞行原理与制作

飞行原理及性能要求

线操纵特技模型飞机(以下在本节内简称模型)以操纵员为中心、操纵钢丝为半径作圆周飞行，因而无须考虑模型的方向操纵。在飞行时只需保证模型的俯仰平衡和操纵即可，如图12－6。它的性能有如下特点:

图12－6　特技模型飞机的俯仰操纵

(1)模型的生命线

由于操纵员是通过操纵线操纵模型在半球面上进行飞行，为使操纵员手上的各种细微动作都能通过两根钢丝传递到模型升降舵上，必须保证钢丝有足够的张力(即模型要有一定的向外拉力)才能实现，如图12－7。

一旦钢丝松弛(被称为“松线”)，模型就会失去控制，如不及时恢复外拉，就会造成摔坏模型的事故。松线在飞行训练中是最易发生的问题。针对这一问题，在模型的制作中多采用以下办法克服:

图12－7　模型平飞时的受力分析

图12－8　增大外拉力措施

①发动机加装外拉(右拉)，使发动机拉力的向外分力把操纵线拉紧，如图12－8(a)。

②机翼的内翼面积大于外翼面积(右翼)。模型作圆周飞行时，因内外翼的半径不同，飞行速度也不相等，在内外机翼面积相同时会因外翼升力大于内翼造成松线。通常采取内翼比外翼加长30毫米左右的办法来增加内翼升力，如图12－8(b)。

③外翼翼尖加装配重。配重主要平衡操纵钢丝和内翼。加大的额外重量，可视模型的大小调配(1.5毫升模型飞机加配重10克以上)，6.5毫升模型在35克以上，如图12－8(c)。

图12－9　上升和俯冲之间的速度差

④垂直尾翼后部向右偏转。使模型始终向右转，以保证操纵线的张力，如图12－8(d)。

⑤三角摇臂支点固定在模型重心之后。重心是模型的飞行“支点”，摇臂支点在重心之后会使模型形成向外的力矩，如图12－8(e)。

⑥操纵引出线向后掠，也是增加外拉力的好方法，如图12－8(e)。

以上方法应综合实施。另外，制作时在保证模型强度的前提下，应尽力减轻重量，以增加发动机的剩余马力，减少模型爬升和俯冲之间的速度差，如图12－9。维持发动机的工作稳定，对模型的正常飞行和外拉的恒定也是非常重要的。

(2)特殊的气动布局

由于模型特技飞行时要完成的正、倒动作机会几乎相等，故广泛采用对称翼型。尽管对称翼型升力系数小于普通的不对称翼型，但相对厚度大的对称翼型的临界迎角大(失速时的角度)，最大升力也大，如图12－10。

此外，模型在作特技动作时机翼的载荷已超过模型自身重量的十几倍乃至更大，采用相对厚度大的翼型对模型的整体强度也是很有利的。一般初级教练机多选用相对厚度=16%～18%的对称翼型)，国际级竞赛用模型机翼= 20%～23%。

图12－10　翼型相对厚度与最大升力系数的关系

特技模型的飞行空间很小，要完成各种复杂的特技飞行动作，就需要模型有非常良好的机动性和操纵性。因其飞行动作主要是俯仰机动飞行，俯仰力矩靠平尾产生，所以需要较大的水平尾翼面积产生较强的俯仰力矩。一般平尾面积(包括水平安定面和升降舵)占机翼面积的18%～22%，相对厚度在5%～8%之间(对称翼型)。教练机上常用平板翼型的水平尾翼。为进一步提高俯仰力矩，可采用加大平尾升降舵面积的方法(占平尾总面积的40%～60%)。其偏转角度最好不要超过±40°。否则，会因气流分离导致效率下降，阻力剧增，使模型减速，下沉，转弯半径加大，如图12－11。

图12－11　升降舵面角度过大在做急上升时出现的瞬时下沉

提高模型俯仰机动性，也就是提高俯仰转角加速度。这不仅要增加俯仰力矩，还应减小模型的惯性。即在保证模型强度的前提下，尽量减轻各部位的重量，在维持合理的气动布局和重心位置时，尽力缩短尾力臂和机头长度。因此，特技模型与现代的战斗机似有相像之处。

特技模型不仅应具有良好的机动性，还要具备良好的安定性，将重心前移是最好的解决办法(一般在距前缘17%～22%翼弦长距离位置)。

(3)风对模型的影响

在风天飞行时，当模型进入下风区后，风对模型产生的作用力L的分力使模型外拉力增大和下沉;当模型飞至上风处后，风对模型的作用力L的分力则使模型的外拉力减小和升力增加，如图12－12。为防止飞行时出现松线现象，特技模型的绝大多数特技飞行动作均选在下风区进行。此外，阵风还会使模型出现摇摆现象。

图12－12　风对线操纵模型飞行的影响

(4)特殊的供油系统

为使模型在进行各种特技动作时发动机都能正常的工作，供油系统合理的配置非常关键。一般模型平飞时的供油系统如图12－13(a);模型平飞时，因离心力的作用油面向外倾斜，如图12－13(b);当模型爬升时会因油位降低油压减小而发生贫油的现象，图12－13(c);反之，就会出现富油现象，如图12－13(d)。

图12－13　供油系统

图12－14　模型实际飞行时的油面情况

模型实际飞行时的油面情况如图12－14。如使用方形油箱，在飞行后期发动机会因供油不畅而发生“咳嗽”或提前停车现象。建议使用梯形油箱，或将老式油箱转个角度使用最好，如图12－15。

图12－15　油箱

模型的构造与制作

对于特技模型飞机，不仅需要安定性好，容易操纵，结构合理，制作简单，便于维护和修理的特点，而且，由于飞行起落次数多，时间长(维护良好的模型可飞行数千个起落)，还要求模型的制作强度耐久可靠。

表12－1　1.5毫升发动机模型飞机制作材料单

(续表)

以下介绍一架1.5毫升特技模型的制作方法，如图12－16。对于制作过初级牵引和橡筋动力模型飞机的爱好者来说再做这架模型并不困难。制作模型所需的材料见表12－1。

图12－16　1.5毫升线操作特技模型

(1)机翼和尾翼的制作

首先是翼肋的加工，按照坐标或图样做好翼肋样板后，即可进入翼肋的制作，如图12－17。

刻刀应选用刀刃较薄的手术刀或用小锯条磨制的偏口刀。在刻翼肋时第一次下刀要轻划，第二、三次下刀时再用力划透，还要注意下刀时与木纹的走向，以免引起逆刀使木纹开裂。还应注意在刻翼肋时刀与翼肋样板要垂直，否则不利于保持翼型;翼肋中间挖空是为了减轻模型的重量，减轻孔上下应对称圆滑过渡，否则在蒙纸时会造成机翼扭曲变形。理论上讲机翼翼型是对称的，但在做翼肋和开翼梁槽的过程中不易做到完全对称，所以对刻好的翼肋在装配时应保持翼肋上下弧一致，否则会引起机翼的扭曲。在组装机翼时，如能在后缘处垫一条13毫米厚的木条，会有利后缘的安装，保证机翼的平直。

图12－17　制作机翼

图12－18　蒙板

对中部蒙板的翼肋，采用图12－18的方法可使机翼更美观。操纵线引出支架安装在内翼尖翼肋上，可用φ0.8～1毫米的钢丝弯制，黏合部分用棉线缠绕胶合。要求支架圆环距翼下弧不少于18毫米，如图12－19。

图12－19　操纵线引出支架

水平尾翼制作较为简单，选用2.5毫米厚的桐木片(或3毫米厚的轻木片)，按要求尺寸裁下并把角打磨光滑即可。有条件的也可将水平尾翼用3毫米×3毫米桐木条做成构架式的，如图12－20。

图12－20　水平尾翼

升降舵面和水平安定面的连接方法可用尼龙丝线或蜡线按“∞”字形将安定面后缘和舵面前缘连接。还可选用尼龙布或纱巾剪成数条长方形(约10毫米×30毫米)，以S形用乳胶或快干胶对粘在水平安定面和升降舵面上，如图12－21。但是，不论上述哪种制作形式，最好不要让胶流到安定面和舵面之间的部位，否则将影响铰链的使用寿命。有条件的还可选用商品尼龙铰链，装配方法如图12－21。

图12－21　升降舵面和水平安定面的连接方法

垂直尾翼可用1毫米桐木片制作。

(2)机身的制作

这架模型采用机翼机身可拆卸的结构，其主要优点是携带方便和易于维护。经过长期的飞行训练和实践证明，在飞行训练初期模型坠地的事故很常见。这种机翼可拆卸结构还可起到缓冲的作用，减轻了模型的损坏程度，如图12－22。

图12－22　模型坠地

图12－23　机身制作工序

制作工序如图12－23。制作中应注意以下几点。

①发动机架尾端应以斜面过渡，以避免应力集中发生裂，如图12－23。

②发动机架与机翼接触部位应以机翼形状为准进行修整，这将有利于机翼与机身连接的稳固性，如图12－24。

图12－24　发动机架与机翼接触部位的修整

③安装三角摇臂时，应保证摇臂有适当的松紧度。过紧会影响模型的操纵;太松容易造成摇臂卡在机身上，引起飞行事故，如图12－24。

④三角摇臂到内翼尖引出线架的引出线应与机翼梁保持平行，以利飞行，如图12－25。

图12－25

(3)起落架的制作

主起落架可根据自己现有条件采用钢丝或铝板来制作。钢丝起落架按图纸尺寸制作即可，也可用1.2～1.5毫米厚的硬铝板制成，如图12－26。有条件的可使用商品机轮。尾撬用直径1毫米的钢丝制成，在根部缠绕棉线后穿过机身下梁与机身黏合，并在尾撬上粘一片桐木片。也可将尾撬直接胶合在机身下部，如图12－27。

图12－26　起落架

图12－27　尾撬

(4)油箱的制作

图12－28　自吸式油箱

图12－29　油箱压力试验

模型上油箱的尺寸如图12－28。这种形式的油箱为自吸式油箱，多使用在不增压的压燃式发动机供油系统中。特点是结构简单，制作方便，使用寿命长。两根进气管保证模型在任何飞行姿态都可进气，但油不外溢。外侧锥形油箱，考虑到在离心力的作用下发动机能吸到全部燃油。但缺点是当模型爬升、俯冲时供油压力变化较大。在选用电热发动机时，可改为增压式油箱，增压油箱可明显改善供油压力不稳定的现象。油箱焊好后(特别是增压油箱)，应进行压力试验，无泄漏(气)现象后方可使用，如图12－29。

(5)总装

首先，将机身、水平尾翼和垂直尾翼胶合起来，修整机翼与机身的结合部位，并使机翼与水平尾翼完全平行。将配重(铅或铁块)绕上棉线粘在外翼尖处。

若选用钢丝做起落架，在安装时，要用棉线将上部缠绕后粘在两隔框之间(中间用2毫米木片填充);如用铝板做起落架，可直接用自攻螺丝拧在发动机架上，如图12－30。

图12－30　安装起落架

将油箱插入机头内，把焊在油箱上部的铁片两端折起，可起到固定和限位的作用，如图12－31。

图12－31　安装油箱

(6)蒙纸、美化

用绵纸做蒙皮，重量轻，操作简便。蒙纸的方法与其他模型飞机相同，蒙好纸后，刷上透布油，待干透后再刷第二遍。一般刷5～6遍就可以了。对使用压燃发动机做动力的模型，蒙纸工艺到此即告结束。

对于使用电热发动机的模型，因其燃料(甲醇)对硝基漆有溶解作用，所以还要在模型表面涂一层防油涂料(一般可选用醇酸漆或聚氨酯漆)。

在蒙纸涂漆时也可对模型加以美化，但涂漆工艺较为复杂。可采用将绵纸染色晾干后，再根据需要进行美化的方法，这样的工艺简便实用。但是涂漆必须在通风干燥处进行。

(7)操纵系统的安装

操纵系统由三角摇臂、操纵连杆、升降舵摇臂和引出线及支架组成，如图12－32。

图12－32　操纵系统的组成

三角摇臂和升降舵应严格按照要求尺寸制作，并尽量减少摇臂与连杆之间的配合间隙。间隙过大会直接影响模型的操纵性，如图12－33。

图12－33　三角摇臂与连杆的配合间隙

升降舵摇臂可用螺钉固定，但应特别注意摇臂连杆孔的中心应与升降舵前缘的垂线一致，如图12－33。

连杆头的安装，如图12－32。操纵连杆长度可在安装时作调整，调整到三角摇臂的长臂与机身纵轴平行时升降舵面平直为好，如图12－34。

操纵系统安装调整完毕后，应在各固定螺帽上涂一些胶水，以免振动引起松脱。

图12－34

(8)动力系统的安装

特技模型对发动机的要求是剩余马力大、工作稳定、油耗低(省油)、重量轻、运转振动小。经常选用的有压燃式发动机和电热式发动机两种。压燃式发动机生产成本较低(普及型)，使用维护方便，启动时不需要附加电源和电热塞。但因其压缩比较大，运转振动大，在工作稳定性、转速和功率输出等方面均不如电热式发动机。另外，压燃式发动机燃料中的乙醚不易购买，也给这种发动机的使用带来不便。

电热式发动机易于掌握，且适用性强，目前被广泛用于各种模型飞机上。燃油(甲醇和蓖麻油)较易买到，很受模型爱好者的欢迎。

所介绍的模型发动机动力源，可根据爱好者的条件自行选择，发动机工作容积为1.5毫升。

为保证发动机架有较好的强度，预留间隙应略小一些，在安装发动机前将发动机架修成图12－35所示状，涂上聚氨酯漆或浸一遍502胶，以防燃油的侵蚀，延长其使用寿命。

图12－35

图12－36

在安装发动机时应注意以下几点:

①发动机的拉力线在俯仰方向应为零度，使模型正、倒动作的杆量及转弯半径相同。

②为克服螺旋桨的反作用力矩，增加模型的外拉力，应使发动机有3～5°的右倾角(也称外拉)。

③在飞行训练中有时不得已倒飞着陆，为避免损坏油针，加装油针保护片非常必要。一般宜用2毫米左右厚的硬铝片制作，如图12－36。

为保证发动机能稳定的工作，可在油路中加装一只油滤，如图12－37。

图12－37

整架线操纵模型教练机制作完成后的总重量(包括发动机)应在300～360克之间。纵向重心位置应在三角摇臂支点前10～30毫米之间。