航空模型普及发展

　　摘要：电动模型飞机具有飞行方便，噪音低，污染小的特点，适合普及。过去电动模型飞机因高能电池成本高，小型化的水平低，模型电机工业不发达，使该项模型发展缓慢。20世纪未，高能低阻电池以及大功率微型电机的商品化，为电动模型，特别是轻小型电动模型的发展开辟了新天地。1999年第五届飞向北京全国青少年航空模型比赛，设立电动自由飞模型项目，使电动模型得到了大规模普及，成千上万架模型飞机从青少年学生手中起飞，迎来了电动模型普及的新纪元。
　　关键词：航空模型；制作；研究
　　一、一架小型电动自由飞模型
　　海王星电动模型飞机是一架半像真的自由飞模型。采用2。4V电池，大展弦比机翼和较小翼荷重，飞行姿态舒展平稳，有良好的爬升性能和滑翔性能，对上升气流较敏感，在小风中保持盘旋，其高度可超出视线，留空数分钟之久。一般情况应控制充电量，以便于回收。1999年第五届飞向北京全国青少年航空模型比赛就是使用的该项目。
　　这架小型电动自由飞模型的机身、机翼、尾翼均模具成形，精确可靠，部件组合用硅橡胶胶接。组装不需任何工具，牢固快捷。机翼前有防护胶带，有良好的抗撞击强度。
　　二、电动自由飞模型的组装
　　根据说明书的要求按步骤组装，特别注意机翼与机身的胶接，不能有角度偏差。如果出现偏差会发生不正常飞行，螺旋坠地等现象。
　　组装步骤：
　　这里以海王星电动自由飞模型飞机为例向大家介绍一下制作方法。
　　1、机翼组合。先将左右机翼与加强条用胶水粘合。粘合时可用胶纸临时固定加强条，待胶水干后去掉胶纸。胶水固化约一小时。（图1）
　　2、机翼组装。将机身上机翼安装位置涂上胶水，将机翼中线与机身中线对齐用大头针将机翼与机身固定。（图2）
　　3、尾翼安装。将机身尾部安装位涂胶，将水平尾翼与机身对齐并用大头针固定。（图3）
　　4、起落架安装。将起落架插入机身安装孔内。（图4）
　　5、电池安装。将电池放在电池舱内，注意正负极方向。盖好盖并用螺钉拧紧。（图5）
　　经过贴纸美化后，一架漂亮的电动自由飞模型就做好了。
　　三、飞行
　　1、手掷滑翔。首次动力飞行前，通过手掷滑翔，主要目的是检查模型飞行的状态是否正常，同时使放飞者获得一个感觉，体会动力投放的方向和力量。
　　手掷应迎风，手持模型机身靠近重心的部位，模型保持水平从肩或头顶高度，以适当力量将模型向前方投出，投出后模型的正常姿态应保持方向，徐徐下滑，如有头重、头轻或倾侧现象，应作微量调正后进行第二次手掷滑翔直至达到正常姿态。
　　2、动力飞行。首次动力飞行，宜在没风或小风天进行，要有较宽阔无障碍的场地。
　　第一，充电。配套的充电器需4个2号电池（海王星），应选购优质碱性电池。充电插头插入模型飞机上电池箱的插座后，开始充电，此时用母指紧按在电机箱盖上，感觉电池逐渐发热表示充电正常，当感到发烫时，表示充电己达饱和，应立即拉开充电插头。充电器电池全新时的充电时间和多次充电后的充电时间，一般从数十秒钟逐步增加到几分钟。用手感电池的温度，可准确掌握充电时间。首次飞行时宜控制充电量，即机上电池温度发烫之前便停止充电，经过几次动力飞行及调正，飞行姿态比较理想时即可把电充足进行全动力飞行。
　　机上电池在充电时，因电池内的化学反应而电池升温。经过飞行，电池因大电流放电驱动电机而又一次升温。这时电池的受电容量大幅度下降，因此必需待电池冷却后进行再充电。在天冷时数分钟即可降至常温，炎热天气电池的冷却需10分钟甚至更久。为此，如需缩短每轮飞行的等待的间隔时间，可以备几节（组〉电池轮流使用。要注意，电池插入机上电池箱時，应保证电池两端与弹簧良好接触。
　　第二，手掷起飞方法。右手握住机身重心处，左手拨通开关，螺旋桨高速旋转后，轻轻地将模型投出。模型的正常飞行姿态，应以适当半径（一般半径可调正为10米左右〉盘旋上升。模型升空后，放飞者和同伴应注意观察模型的飞行姿态，以便在降落后作必要的微量调正：观察模型的所处高度和方位，必要时应跑步跟踪，看准落点及时回收。
　　第三，调整。理想的飞行姿态是平稳地以10米半径保持动力飞行和无动力滑翔。一般仅需作微量调正。需扩大或减少半径，按模型己出现的盘旋方向（左转或右转〉微微拌动垂直尾舵面。如觉得飞行时机头太重，可调正水平尾后缘的升降航部位，微微上拌。应注意扩大半径的调正会相应地减少头重现象，减小半径会减小头轻现象。
　　四、比赛方法
　　飞向北京全国青少年航空模型比赛中该项目为留空时间科目。留空时间飞行：90秒为满分，每秒得1分。进行2轮比赛，选最好一轮为正式成绩。比赛时充电时间为2分钟，附加赛充电时间为1分半。这项比赛应选择大场地进行，并尽可能在微风天举行。为避免模型损坏或飞出视线无法回收，应提倡使用迫降装置，对模型作某些改装。
　　五、模型飞机的优化
　　1、电动机的优化。从理论上讲应选用在额定电压电流下，输出功率最大，功率重量比最大的电机。使用寿命，一般控制在能满足百个飞行起落正常工作的水平。电动模型使用的电机属于微型永磁低压电机。微电机产品种类很多，可找到技术参数基本接近要求的电机进行测试，为了达到更大功率，可作某些改进。我们通过电机结构图及工作原理图，便可进一步研究大功率电机的特点和优化途径了。简单电动机接通电流后，电流由电刷A经换向片a到线圈1，再由线圈2到换向片b，经电刷B回到电流，形成一闭合电路。通电的线圈1和2，在永磁场内产生的磁力使产生箭头所示旋转方向。endprint
　　简单电动机原理图（如图6）
　　永磁直流电机是一种电磁感应式电能量转换器，即把电能转换为机械能的器械。电动模型普遍使用三槽三齿转子结构，3个线圈分别绕在3个齿上，按接力式将每个线圈的两端接到3个换向片的两片上。
　　三槽电机结构示意图（图7、图8）
　　可以使用四驱车电机的改装配件进行改装，如：磁钢、转子硒钢片和漆包线等。可以使电机功率提高30以上。
　　2、电池：过去一般采用镍镉电池，这种电池的内阻小，储能值高，降压曲线比较平坦，缺点是每次放电必需达到零值才能保持充电的质量，这种电池的回收还存在环保问题，镉是剧毒元素。近年中小型电动模型正用镍氢电池取代镍镉电池，镍氫电池属绿色能源，这种电池的电阻和储能量己接近镍镉电池。至于选用什么牌号的电池作机上电源，应经过使用比较后确定。
　　3、拉力线调整：螺旋桨桨轴的延长线称拉力线，拉力线与机身纵轴之间的夹角称拉力角。无论拉进桨（PC418或海王星）或推进桨都需要设定两个夹角，一个是向下的，一个是向右的，称下拉角和右拉角。
　　下拉及右拉角
　　一般情况下，没有这2个拉力角的模型在动力飞行时，必定出现失速或螺旋下坠而不能正常飞行。需要右拉是因为顺时针旋转的螺旋桨，转动时的反作用扭矩是逆时针方向，它使模型飞机向顺时针方向倾侧，即模型左倾，为克服这个倾侧力矩，通常采用右拉角。需要下拉是因为模型飞机，在动力飞行时产生的升力和阻力，大于模型滑翔状态的升力和阻力而破坏了原有的平衡，使模型出现头轻失速，为克服头轻现象，达到动力飞行时平衡，一般采用拉力线适度下倾的办法。
　　右拉角和下拉角的设定，在常规上单翼模型飞机上右拉角为1。5～2度，下拉角为3～8度（下单翼模型的下拉角约为3度〉，具体模型的拉力角应通过多次试飞后设定。
　　还有一种方法使用右拉和上拉，由于陀螺进动的关系，右盘旋爬升的模型要产生低头力矩，容易造成螺旋下坠，电动飞机可能性更大（主要是电机转子惯性太大，陀螺进动更为明显）。所以要加上拉。
　　当然这些都要经过试验来确定。
　　4、电机的磨合和电池锻炼。电机要经过磨合才能达到较好的使用状态。一般先采取低电压慢速磨合，可以将电机浸在绝缘液体中低速运转10分钟左右；然后装在飞机上完成飞行状态运转5次以上，再进行实际飞行。
　　电池锻炼：镍镉和镍氢电池有一个特点，用大电流充电，才能大电流放电。所以要使用充电电池或电瓶给飞机上的电池充电，起码要完成5次循环以上。千万注意不要过充电，否则会损坏电池并发生危险。注意：当电池温度达到45度时要及时停止充电。
　　参考文献
　　〔1〕李宇杰。介绍一架普及型自由飞电动模型飞机〔J〕。航空模型，2004（3）：3435。
　　〔2〕叶炎富。小型电动自由飞模型飞机的组装、试飞和调整〔J〕。航空模型，2006（5）：5455。