《飞行器设计研究初探》研究性学习

《飞行器设计研究初探》研究性学习

索浩程邵红蕾

山东省济南外国语学校高中部250000

【课题】飞行器设计研究初探——特技遥控飞机制作。

【课题研究的背景】人类飞行是自然仿生学的一大突破，这一原理的应用给我们的生活带来了出行的便捷。飞机是由固定翼产生升力，由推进装置产生推力，在大气层中飞行的重于空气的航空器，是现代生活中不可缺少的运输工具。飞机有很多优点：速度快、安全舒适。但是飞机作为交通工具也有自身的局限性：价格昂贵、受天气情况影响、起降场地有限制。因此飞机只适用于重量轻、时间要求紧急、航程又不能太近的运输。为了学习更多的航空知识，特做特技遥控飞机模型的研究课题。

【课题研究的目标】1.了解飞行器设计原理和技术,学会飞行器的设计与制作。2.获得搜集和处理信息、思考和解决问题的方法和能力；学会利用网络进行研究性学习，并得到研究成果；充分发挥小组成员的参与意识、合作共进与创新精神。3.体验飞行器设计、制作与试飞的过程，体验成功的喜悦，树立为祖国航天事业做出贡献的决心。4.培养严谨的科学精神和积极动手动脑的自主学习习惯。

【课题研究的方法】上网查询、查阅资料、调查与讨论、现场观察法、参观访问。

【课题研究步骤及内容】

一、方案设计

1.翼型分类。飞机的翼型大致分为三种。一是平凸翼型，特点是升力大，尤其是低速飞行时，不太适合倒飞。主要应用在练习机和像真机上。二是双凸翼型。特点是在有一定迎角下产生升力，零度迎角时不产生升力。主要应用在特技机上。三是凹凸翼型。特点是升力较大，在慢速时升力表现较其它翼型优异，但阻力也较大。主要应用在滑翔机上和特种飞机上。机翼的厚度也是有讲究的。同一个翼型，厚度大的低速升力大，阻力也较大。厚度小的低速升力小，不过阻力也较小。因为做的是练习机，选用经典的平凸翼型克拉克Y了。选厚度是12%的翼型。

2.确定翼型。其基本确定思路是：根据飞行高度、翼弦、飞行速度等参数来确定该飞机所需的雷诺数，再根据相应的雷诺数和您的机型找出合适的翼型。机翼常见的形状分为：矩形翼、后掠翼、三角翼和纺锤翼。因为我们做的是练习机，选择制作简单的矩形翼。由于机翼下面的压力大于机翼上面的压力，在翼梢处，从下到上就形成了涡流，这种涡流在翼梢处产生诱导阻力，使升力和发动机功率都会受到损失。

3.确定机翼面积。模型飞机能不能飞起来，起飞降落速度快不快，翼载荷非常重要。滑翔机的翼载荷在35克/平方分米以下，普通固定翼飞机的翼载荷为35-100克/平方分米，像真机的翼载荷在100克/平方分米。我们选择60克/平方分米的翼载荷。40级的练习机一般全重为2.5公斤左右。考虑到方便携带和便于制作，翼展定为1500毫米。整个机翼的面积应该为405000平方毫米。通过计算，得出弦长为270毫米。还有，普通固定翼飞机的展弦比应在5-6之间。通过验算得知，这个弦长在规定的范围之内。

4.确定副翼面积。副翼面积应占机翼面积的20%左右，其长度应为机翼的30-80%之间。通过计算，该机的副翼面积因为60750平方毫米，一边副翼的面积就是30375平方毫米。

5．确定机翼安装角。机翼安装角应在正0-3度之间。机翼设计安装角的目的，是为了使飞机在低速下有较高的升力。设计时要不要安装角，主要看飞机的翼型和翼载荷。翼载荷较大的飞机，为了保证飞机在起飞着陆和慢速度飞行时有较大的升力，需要设计安装角。

6.确定机翼上反角。机翼的上反角，是为了保证飞机横向的稳定性。有上反角的飞机，当机翼副翼不起作用时还能用方向舵转弯。上反角越大，飞机的横向稳定性就越好，反之就越差。

7．确定机头的长度。机头的长度(指机翼前缘到螺旋浆后平面之间的距离),等于或小于翼展的15%。我们选定15%，即为225毫米。

8.确定垂直尾翼面积。垂直尾翼是用来保证飞机的纵向稳定性的。它的面积越大，纵向稳定性越好。速度大的飞机，垂直尾翼面积越大，反之就小。垂直尾翼面积占机翼的10%。通过计算，垂直尾翼面积应为36450平方毫米。在保证垂直尾翼面积的基础上，垂直尾翼的形状，根据自己的喜好可自行设计。

9.确定方向舵面积。方向舵面积约为垂直尾翼面积的25%。通过计算得出方向舵的面积约为9113平方毫米。如果是特技机，方向舵面积可增大。

10.确定水平尾翼的翼型和面积。水平尾翼只能采用双凸对称翼型和平板翼型，不能采用有升力平凸翼型。水平尾翼的面积应为机翼面积的20-25%。我们选定22%，计算后得出水平尾翼的面积为89100平方毫米。同时要注意，水平尾翼的宽度约等于0.7个机翼的弦长。

11.确定升降舵面积。升降舵的面积约为水平尾翼面积的20-25%。因为是练习机升降不需要太灵敏，选定20%，通过计算得出升降舵面积约为17820平方毫米。如果是特技机，升降舵面积可增大。

二、绘制三面图

根据上面设计和计算结果，就可以绘制特技遥控飞机了。

三、试飞，总结经验教训，进一步改进

活动小结。在研究学习活动中，我们不断发现问题，解决疑难杂症，在不断的探索中提高飞机质量。成功的花，人们只惊羡它显示的明艳，而当初的芽，却浸透了奋斗的泪水，洒满了牺牲的血雨。我们每个人都渴望成功，那么我们就应该在刚起步的时候，用我们充分的准备，去面对不知的过程，迎接满意的结果。