淺議航模制作中的物理學原理

朱軼瑤

【摘要】? 制作航空模型是一種十分有益身心的益智類活動，這項活動既是學習也是娛樂，學校也十分的鼓勵學生開展這種活動。所以，現在的高中同學就可以通過制作航空模型豐富自己的業余時間，有效的學習其中所蘊含的知識。筆者作為一名喜歡制作航空模型的高中學生，有著較為豐富制作航空模型的經驗，希望將我的一些淺見提供給有意學習制作航空模型的同學，為他們提供有用的啟發。

【關鍵詞】? 航空模型 實踐動手 科普教育 物理學原理

【中圖分類號】? G633.7 ? ?? ? ? ? ?【文獻標識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2019）01-246-01

通過制作航模，不僅可以有效的鍛煉自己的思維能力，還可以增強自己的實踐動手與觀察能力，從而提升自身的綜合素質。對磨練自己的意志、培養自己科學求真的態度以及科學態度有著至關重要的影響。筆者在有關航空模型制作的相關活動中積累了比較豐富的經驗，也學會了許多有關航空模型制作的物理知識，有關我在制作中學會的物理知識和制作經驗，現總結如下。

一、航空模型的外形和空氣阻力

眾所周知水滴的形狀空氣阻力最小，十分有利于飛行器的飛行。然而，我們在設計航空模型的外形時，所使用技術和材料都不適合將其外形設計為水滴形。所以，我們就要對其進行合理的調整，可以將航空模型的外部線條設計為流線化的線條，同時航空模型的表面可以選擇比較光滑的材料進行制作，這樣可以進一步的減小空氣阻力，從而提升飛行速度。并且，航空模型的表面比較光滑的不會因為空氣摩擦的原因出現破裂性旋渦，還可以減少因為空氣摩擦對能量造成損耗，這就可以使航空模型保持勻速飛行。

二、航空模型外形的設計和流體分割關系

在制作航空模型的過程中，需要注意的一點就是，要去除或者是磨圓比較明顯的突出部分以及比較鋒利的邊角部分，不然這些部位就會對航空模型的飛行造成影響，這是因為這些部分很難產生較大的空氣阻力，航空模型在飛行中的速度也會受到很大的影響，嚴重的情況下甚至會導致航空模型難以起飛或者是起飛之后很快墜落。同時，在制作航空模型的過程中，要充分考慮到在航空模型低速飛行的過程中，由于流體會不斷的在不同平直層流動，就要主要保證航空模型的不同層要不會相互造成干擾，這樣就不會產生旋渦，并且這種層狀流動不會造成過大的能量損失。然而，一旦流速超過臨界值，那么就會有小漩渦出現在附面層，這就會極大的增加能量的損耗。需要注意的是，如果航空模型的速度超過空氣速度或者是機翼迎角過大，那么這兩種情況都會造成流體分割的出現。所以，就需要在設計航空模型的機翼時有意識的控制其下壓力，并且要避免出現迎角過大的問題，這樣就可以有效提升機翼的飛行效率，從而保證航空模型的飛行速度。

三、航空模型機翼的空氣動力學

在進行航空模型的設計時，必然要考慮到空氣動力學，主要需要使用的物理公式就是壓強的公式“壓強=壓力÷受力面積”。由此可以得知，航空模型的機翼面積越大，那么其所承受的壓力必然也會隨之增加。所以，在設計航空模型的時候，要根據航空模型的實際體積，注重控制航空模型的機翼表面積，使其升力可以更加的科學合理。通常在設計機翼的時候，都是將其設計為上表面彎曲下表面平直，這樣設計的好處就是空氣在上表面流動的路徑要比下表面的流動路徑長、彎，造成這種大現象的發生是因為機翼上表面的空氣流動是曲線流動，這就造成其流動路徑更長。并且，航空模型機翼上下兩面的產生大氣壓的差和空氣流速都有著很大的區別，機翼在上下壓強差的合力之下就可以很好的和航空模型的整體重量相平衡，從而使其可以保持在空中的飛行。這就更加需要控制航空模型機翼上下表面的光滑度，這也是設計中的重點問題。

四、航空模型機身的設計和荷載力

在航空模型起飛階段和降落的階段都會出現沖擊與過載的現象，因此在設計和制作航空模型的過程中，要綜合考慮使用的機翼、構件以及動力裝置等各種關鍵部件的受力和傳力情況，還要留下預留安全裕度。特別是航空模型的機身結構、部物件以及機身零部件的質量，要考慮其是否會因為重力因素的影響，造成航空模型在飛行狀態下出現失穩的問題，所以就要合理選擇機身結構所使用的各種零部件，還要在制作其內部構件時，對其各方面參數準確的計算。同時，航空模型會遭受直接氣動力作用，所以航空模型在飛行的過程中就會受到其蒙皮傳遞的氣動力荷載，這樣就會使其結構都會受到多種荷載的影響，因此就要保證荷載可以在機身均勻荷載，在一些重點部位進行加強設計。

五、航空模型尾翼的設計和受力分析

在設計航空模型的尾翼時，可以參考其機翼的設計方式，可以將其設計成為橢圓形、體型或者是長方形，通過筆者的多次試驗發現，航空模型的水平尾翼最好設計成梯形帶圓角的形狀，其垂直尾翼最好設計為混合橢圓形和梯形的設計，之所以這兩者都要帶上圓角，是因為圓角可以有效的減小空氣阻力。同時，可以將航空模型的水平尾翼的展弦比最好控制在1：3或者是1：4，而垂直尾翼最好控制在1：1.5或者是1：2，這樣設計的好處就是尾翼迎角為負數的時候，就可以最大限度的減小誘導阻力，不會對航空模型的飛行產生較大影響。

六、結束語

通過制作航空模型可以充分的學習到有關物理的各種知識，并將其有效的應用到實踐之中，從而有效地加深自己的理解。所以，制作航空模型是一項十分有益的活動，現代高中學生可以通過這種方式進行學習和娛樂，不僅可以提升學習的積極性，還能提升自己的動手操作能力。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]王革.淺議高中物理教學中物理模型構建與應用策略[J].社會科學：引文版：00206-00206.

[2]田明昊.航模制作中的物理學原理[J].課程教育研究，2017（41）：48-48.

[3]鄭康.淺議ARCS動機模型在中學物理教學中的應用[J].物理通報，2016（9）：125-128.