像真机还可以再前一点,市售遥控飞机的设计图,上面标示的重心大部分都不是固定一点,而是一个范围。总之,重心越偏前面纵向越安定,越后面越敏感。另外,一个要注意的地方是:度量重心位置时油箱不要有油,如连燃油一起量,因一般飞机油箱都在机头,量起来重心偏前。我们在飞行场经常看见:重心太后的飞机刚起飞时还好,当燃油越用越少重心会越偏越后,最后就陷入无法操纵而摔机。
在重心在压力中心之后的配置中尾翼产生向上的升力分担部分主翼的负担,如此主翼面积可以缩小,节省重量及阻力。前面已提过这种配置方式,飞机只在一个速度下平衡。随着控制技术的发展,现在发展出线传飞控(Fly By Wire),具体方法为使用各种传感器取得飞机速度、姿态等资料,经电脑计算后每秒发出几十次修正命令给操纵面,使飞机保持平衡。现在新一代战机如F16、幻影2000、F22都是线传飞控,民航机如Airbus的飞机也是FBW。读者可以注意电视上F16起飞时的影片,当飞机由停机坪往跑道滑行时,因此时电脑已开启,地上任何不平整使飞机颠簸一下,飞机的电脑就认为姿态改变了,于是发出修正命令给升降舵,结果我们就看到升降舵猛上下修正。以前因为电脑程式问题,法国的空中巴士曾在航空展众目睽睽下发生电脑与人抢操纵权的事情,结果当然是很凄惨。
四、机翼与安定性
模型飞机受力平衡,可以让模型飞机保持等速直线运动。但是飞机在飞行中其运动方向、速度是随着操纵者发生变化的,并且外界环境如风等也会干扰飞行。模型飞机在飞行中收到扰乱,其平衡状态被剖坏后,能够自动恢复到原先平衡状态的能力称作安定性。
模型飞机的安定性可以分为静安定性和动安定性。静安定性是指模型收到外界干扰(如阵风)后有恢复到它原先平衡状态的能力。但只有静安定性还不能完全说明问题,因为模型飞机在恢复它原来平衡状态的过程当中,并不一定能很快达到原先的飞行状态而可能摆动起来。摆动多少次才能平稳下来,这就是动安定性问题。模型飞机恢复得越快,摆动次数越少,需要的时间越短,我们就说这架模型飞机的动安定性越好。显然,静安定性是动安定性的前提,因为不具有静安定性的模型,受干扰后根本没有恢复原先平衡状态的倾向,当然更谈不上如何恢复到模型的原先平衡状态了。而静安定性的前提就是模型飞机的受力要平衡。
但是安定还与飞机机翼的形状与配置有很大关系。 1、外洗角
飞机失速时我们希望从翼根开始失速,失速后机头往下掉,于是迅速获得速度恢复操控,尽量避免翼端失速,翼端失速时先失速的一边机翼往下掉,飞机发生螺旋下坠,有可能无法恢复,但我们已知失速与攻角有关,我们可以设法避免让失速先发生于翼端,就是在设计时让翼端跟翼端攻角不一样,翼端的攻角少个一、两度,就可以延后翼端失速,这个角度叫外洗角,代价是翼端升力系数减小,但翼端的诱导阻力也稍微减少,这在实机上尤其是螺旋桨飞机是很常见的作法,遥控动力飞机是否要外洗角见仁见智,但一般高级滑翔机、牵引机及手掷机几乎都有外洗,无尾翼飞机翼端一般外洗到负攻角,以便提供配平力。
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以上的外洗角称为几何外洗,另外有一种外洗称为气动外洗,就是机翼翼根至翼端的攻角都不变,但翼端、翼根分别使用不同的翼型,翼端使用较不容易失速的翼型,如此一来也可保证翼根先失速。
跟一般想象的不一样,实际使用上翼端反而不使用比较不容易失速的对称翼,而是利用零升攻角至失速角范围较大的内凹翼型,再配合几何外洗,这样翼端升力不会损失太多而又达到外洗的目的。 2、上反角
上反角就是当机翼摆正时翼前缘与水平线的夹角,大部分飞机都有上反角,常见的形式如,一级上反角(如图2-66 a)制作简单,效果也很好;U形上反角(如图2-66 b)是内翼没有上反,只有外翼有上反,机翼中间应力集中处没有接点,结构坚强;二级上反角(如图2-66 c)内外机翼上反角度不同,外翼上反角较大,修正效果最好;海鸥翼(如图2-66 d)内翼是上反外翼下反。
飞机具有上反角,则横向稳定性就好。因为飞机倾斜的一面侧滑,如果有上反角,侧滑时下倾机翼的迎角增加,从而升力增加,另一侧机翼迎角减少,升力也减少。这样就产生了恢复力矩。后掠角也有同样的作用,但其作用的大小不仅取决于后掠角,还取决于迎角。由上反角而产生的稳定效果之和上反角成比例,不随迎角而改变。
(a)
(b)
(c)
(d)
图2-66 机翼上反角
3、襟、副翼
襟、副翼是主翼后缘可活动的翼片。襟、副翼的作用是借着改变机翼后缘的角度使机翼的攻角改变,因而增加或减少升力,用以改变飞机的飞行姿态,副翼动作时左右副翼一上一下,副翼向下的一边机翼攻角增加,升力增加,副翼向上的一边机翼攻角减少,升力降低(如图2-67),左右翼升力一边增加另一边减少,于是飞机产生滚转。
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图2-67 襟翼与飞机的滚转
襟翼动作时左右襟翼同时往下,相当于翼型中弧线弯度皆增加,升力系数增大(如图2-68)
图2-68 襟翼放下引起升力增加
襟翼一般用于降落前,襟翼放下后阻力也同时增加,以便降低落地速度。飞行场上有些人为了使飞机触地时不海豚跳,而在降落时把襟翼往上打,使得落地速度快得吓死人,触地时会海豚跳表示落地速度太快,正确的作法应是增加飞机攻角降低落地速度而不是去减少升力。
模型飞机所用的襟翼大部分是费雷式襟翼,襟翼还有其他如莱特式、富勒式等型式,因滚转的力臂越长越有利(杠杆原理),所以副翼都在翼端,襟翼在翼根,因襟、副翼都位于机翼后缘,所以有时候襟翼与副翼结合在一起叫襟副翼,同样情形如果是在三角翼飞机,升降舵与副翼结合叫升降副翼,如(图2-69)的V尾翼机也是升降
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副翼,在PCM遥控器还没上市之前须要自行制作连动装置,现在PCM遥控器都有混控功能,只要一个设定就好了。
图2-69 V型尾翼飞机
高级滑翔机因阻力小、机翼效率好,滑空比大速度也快,降落时光靠放下襟翼速度仍快,因此降落前或需要减速时襟翼同时往下、副翼同时往上,以降低滑空比,叫作butterfly设定(如图2-70),这时机翼上共需4个舵机。
图2-70 襟翼、副翼同时使用
副翼往下后除升力增加外阻力也同时增加,副翼往上升力减少阻力也同时减少,当一架飞机想副翼转,假设往右转,此时右边副翼往上升力减少,左边副翼往下升力增加,飞机往右滚配合升降舵开始转弯,但一架高展弦比的飞机欲往右转,左边副翼往下时,因机翼的扭矩增大,使机翼外洗角变大,抵销了升力,且产生的阻力过大,因减速的作用于是左翼偏后右翼往前,又因上反角的关系右翼攻角增大左翼攻角减小,飞机反而往左转,这现象叫副翼倒转,要避免副翼倒转情形发生可以设定差动,就是让副翼往下的角度比往上的角度小,以便减少阻力,此外就是机翼的刚性要加强以抵抗扭力。 4、扰流器
飞机要降低速度时可以将襟翼放下,但襟翼放下升力也增加,扰流器(如图2-71)可立刻降低速度却不增加升力,甚至降低升力,扰流器有各式各样的形式,有些装在机翼上面有些装在机翼下面,装在机身上的一般称空气煞车,效果都不错,但施作时要尽量密合,以减低寄生阻力,另外扰流器也可用来转向,原理与副翼倒转原理完全一样,只是故意让它发生的,如要右转,则把右边扰流器放下,产生左偏航,因上反
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角关系飞机朝右弯,
图2-71 机翼扰流器和襟翼
5、尾翼
(1)垂直尾翼
模型飞机的方向安定性是指模型飞机在飞行中受干扰而偏航向时能自动恢复到原先航向的能力。模型飞机的方向安定性与垂直尾翼位置有很大关心。由于垂尾一般都紧挨平尾,如果两者位置安排不好,垂尾正好在平尾的气动力屏蔽区,使垂尾的作用下降,方向安定性就会不足。
垂直尾翼分两部分,固定于机身不动的叫垂直安定翼,能左右摆动的活动部分叫方向舵,垂直尾翼负责左右的稳定,原理就如同箭的箭羽一样,当飞机偏航时产生一个修正力矩,使飞机恢复直线飞行(如图2-72)。
方向舵负责转向,当方向舵往一边打时造成飞机偏航,然后如前面所述因上反角的关系造成左右翼对气流攻角的改变,于是飞机转向,垂直尾翼的构型除传统式外,还有双垂直尾翼、H型尾翼及V尾翼,H型尾翼就是在水平尾翼两端各有一个垂直尾翼,如二次大战的B24、B25及兰开斯特轰炸机。V尾翼则是水平尾翼兼具垂直尾翼功能。在遥控飞机方向舵一般都与转向轮连动,在实机也都是由踏板操纵,但控制方向舵时是用踩的,而控制转向轮是用蹬的。
图2-72 尾翼与方向安定性
(2)水平尾翼
水平尾翼也分两部分,固定于机身的叫水平安定翼,活动部分叫升降舵,有部分飞机采用全动式尾翼,就是整片水平尾翼皆可转动,水平尾翼负责俯仰的稳定,也如同箭的箭羽一样,升降舵负责飞机的俯仰,水平尾翼变化也很多,位置高度变化有传统式、T尾翼、折衷式,前后位置变化有些在垂直尾翼前,有些在后,也有在主翼前面的前翼机。
图2-72为常用的模型飞机垂直尾翼布置方式。
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航模基础知识 原理与结构 - 图文
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