航空模型普及發展

摘要：電動模型飛機具有飛行方便，噪音低，污染小的特點，適合普及。過去電動模型飛機因高能電池成本高，小型化的水平低，模型電機工業不發達，使該項模型發展緩慢。20世紀未，高能低阻電池以及大功率微型電機的商品化，為電動模型，特別是輕小型電動模型的發展開辟了新天地。1999年第五屆“飛向北京”全國青少年航空模型比賽，設立電動自由飛模型項目，使電動模型得到了大規模普及，成千上萬架模型飛機從青少年學生手中起飛，迎來了電動模型普及的新紀元。

關鍵詞：航空模型；制作；研究

一、一架小型電動自由飛模型

海王星電動模型飛機是一架半像真的自由飛模型。采用2.4V電池，大展弦比機翼和較小翼荷重，飛行姿態舒展平穩，有良好的爬升性能和滑翔性能，對上升氣流較敏感，在小風中保持盤旋，其高度可超出視線，留空數分鐘之久。一般情況應控制充電量，以便于回收。1999年第五屆“飛向北京”全國青少年航空模型比賽就是使用的該項目。

這架小型電動自由飛模型的機身、機翼、尾翼均模具成形，精確可靠，部件組合用硅橡膠膠接。組裝不需任何工具，牢固快捷。機翼前有防護膠帶，有良好的抗撞擊強度。

二、 電動自由飛模型的組裝

根據說明書的要求按步驟組裝，特別注意機翼與機身的膠接，不能有角度偏差。如果出現偏差會發生不正常飛行，螺旋墜地等現象。

組裝步驟：

這里以“海王星”電動自由飛模型飛機為例向大家介紹一下制作方法。

1、機翼組合。先將左右機翼與加強條用膠水粘合。粘合時可用膠紙臨時固定加強條，待膠水干后去掉膠紙。膠水固化約一小時。（圖1）

2、機翼組裝。將機身上機翼安裝位置涂上膠水，將機翼中線與機身中線對齊用大頭針將機翼與機身固定。（圖2）

3、尾翼安裝。將機身尾部安裝位涂膠，將水平尾翼與機身對齊并用大頭針固定。（圖3）

4、起落架安裝。將起落架插入機身安裝孔內。（圖4）

5、電池安裝。將電池放在電池艙內，注意正負極方向。蓋好蓋并用螺釘擰緊。（圖5）

經過貼紙美化后，一架漂亮的電動自由飛模型就做好了。

三、飛行

1、手擲滑翔。首次動力飛行前，通過手擲滑翔，主要目的是檢查模型飛行的狀態是否正常，同時使放飛者獲得一個感覺，體會動力投放的方向和力量。

手擲應迎風，手持模型機身靠近重心的部位，模型保持水平從肩或頭頂高度，以適當力量將模型向前方投出，投出后模型的正常姿態應保持方向，徐徐下滑，如有頭重、頭輕或傾側現象，應作微量調正后進行第二次手擲滑翔直至達到正常姿態。

2、動力飛行。首次動力飛行，宜在沒風或小風天進行，要有較寬闊無障礙的場地。

第一，充電。配套的充電器需4個2號電池（海王星），應選購優質堿性電池。充電插頭插入模型飛機上電池箱的插座后，開始充電，此時用母指緊按在電機箱蓋上，感覺電池逐漸發熱表示充電正常，當感到發燙時，表示充電己達飽和，應立即拉開充電插頭。充電器電池全新時的充電時間和多次充電后的充電時間，一般從數十秒鐘逐步增加到幾分鐘。用手感電池的溫度，可準確掌握充電時間。首次飛行時宜控制充電量，即機上電池溫度發燙之前便停止充電，經過幾次動力飛行及調正，飛行姿態比較理想時即可把電充足進行全動力飛行。

機上電池在充電時，因電池內的化學反應而電池升溫。經過飛行，電池因大電流放電驅動電機而又一次升溫。這時電池的受電容量大幅度下降，因此必需待電池冷卻后進行再充電。在天冷時數分鐘即可降至常溫，炎熱天氣電池的冷卻需10分鐘甚至更久。為此，如需縮短每輪飛行的等待的間隔時間，可以備幾節（組〉電池輪流使用。要注意，電池插入機上電池箱時，應保證電池兩端與彈簧良好接觸。

第二，手擲起飛方法。右手握住機身重心處，左手撥通開關，螺旋槳高速旋轉后，輕輕地將模型投出。模型的正常飛行姿態，應以適當半徑（一般半徑可調正為10米左右〉盤旋上升。模型升空后，放飛者和同伴應注意觀察模型的飛行姿態，以便在降落后作必要的微量調正：觀察模型的所處高度和方位，必要時應跑步跟蹤，看準落點及時回收。

第三，調整。理想的飛行姿態是平穩地以10米半徑保持動力飛行和無動力滑翔。一般僅需作微量調正。需擴大或減少半徑，按模型己出現的盤旋方向（左轉或右轉〉微微拌動垂直尾舵面。如覺得飛行時機頭太重，可調正水平尾后緣的升降航部位，微微上拌。應注意擴大半徑的調正會相應地減少頭重現象，減小半徑會減小頭輕現象。

四、比賽方法

“飛向北京”全國青少年航空模型比賽中該項目為留空時間科目。留空時間飛行：90秒為滿分，每秒得1分。進行2輪比賽，選最好一輪為正式成績。比賽時充電時間為2分鐘，附加賽充電時間為1分半。這項比賽應選擇大場地進行，并盡可能在微風天舉行。為避免模型損壞或飛出視線無法回收，應提倡使用迫降裝置，對模型作某些改裝。

五、模型飛機的優化

1、電動機的優化。從理論上講應選用在額定電壓電流下，輸出功率最大，功率重量比最大的電機。使用壽命，一般控制在能滿足百個飛行起落正常工作的水平。電動模型使用的電機屬于微型永磁低壓電機。微電機產品種類很多，可找到技術參數基本接近要求的電機進行測試，為了達到更大功率，可作某些改進。我們通過電機結構圖及工作原理圖，便可進一步研究大功率電機的特點和優化途徑了。簡單電動機接通電流后，電流由電刷A經換向片a到線圈1，再由線圈2到換向片b，經電刷B回到電流，形成一閉合電路。通電的線圈1和2，在永磁場內產生的磁力使產生箭頭所示旋轉方向。endprint

簡單電動機原理圖（如圖6）

永磁直流電機是一種電磁感應式電能量轉換器，即把電能轉換為機械能的器械。電動模型普遍使用三槽三齒轉子結構，3個線圈分別繞在3個齒上，按接力式將每個線圈的兩端接到3個換向片的兩片上。

三槽電機結構示意圖（圖7、圖8）

可以使用四驅車電機的改裝配件進行改裝，如：磁鋼、轉子硒鋼片和漆包線等?？梢允闺姍C功率提高30%以上。

2、電池：過去一般采用鎳鎘電池，這種電池的內阻小，儲能值高，降壓曲線比較平坦，缺點是每次放電必需達到零值才能保持充電的質量，這種電池的回收還存在環保問題，鎘是劇毒元素。近年中小型電動模型正用鎳氫電池取代鎳鎘電池，鎳氫電池屬綠色能源，這種電池的電阻和儲能量己接近鎳鎘電池。至于選用什么牌號的電池作機上電源，應經過使用比較后確定。

3、拉力線調整：螺旋槳槳軸的延長線稱拉力線，拉力線與機身縱軸之間的夾角稱拉力角。無論拉進槳（PC418或海王星）或推進槳都需要設定兩個夾角，一個是向下的，一個是向右的，稱下拉角和右拉角。

下拉及右拉角

一般情況下，沒有這2個拉力角的模型在動力飛行時，必定出現失速或螺旋下墜而不能正常飛行。需要右拉是因為順時針旋轉的螺旋槳，轉動時的反作用扭矩是逆時針方向，它使模型飛機向順時針方向傾側，即模型左傾，為克服這個傾側力矩，通常采用右拉角。需要下拉是因為模型飛機，在動力飛行時產生的升力和阻力，大于模型滑翔狀態的升力和阻力而破壞了原有的平衡，使模型出現頭輕失速，為克服頭輕現象，達到動力飛行時平衡，一般采用拉力線適度下傾的辦法。

右拉角和下拉角的設定，在常規上單翼模型飛機上右拉角為1.5～2度，下拉角為3～8度（下單翼模型的下拉角約為3度〉，具體模型的拉力角應通過多次試飛后設定。

還有一種方法使用右拉和上拉，由于陀螺進動的關系，右盤旋爬升的模型要產生低頭力矩，容易造成螺旋下墜，電動飛機可能性更大（主要是電機轉子慣性太大，陀螺進動更為明顯）。所以要加上拉。

當然這些都要經過試驗來確定。

4、電機的磨合和電池“鍛煉”。電機要經過磨合才能達到較好的使用狀態。一般先采取低電壓慢速磨合，可以將電機浸在絕緣液體中低速運轉10分鐘左右；然后裝在飛機上完成飛行狀態運轉5次以上，再進行實際飛行。

電池“鍛煉”：鎳鎘和鎳氫電池有一個特點，用大電流充電，才能大電流放電。所以要使用充電電池或電瓶給飛機上的電池充電，起碼要完成5次循環以上。千萬注意不要過充電，否則會損壞電池并發生危險。注意：當電池溫度達到45度時要及時停止充電。

參考文獻

[1] 李宇杰.介紹一架普及型自由飛電動模型飛機[J].航空模型，2004（3）：34-35.

[2] 葉炎富.小型電動自由飛模型飛機的組裝、試飛和調整[J].航空模型，2006（5）：54-55.endprint