要正確理解動力和飛機的飛行關係

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“看到很多人做航模飛機把飛不起來的原因歸結為動力不足,然後就不斷增加動力,實際原因一定就是動力嗎?不一定。在做航模飛機時,要正確理解動力和飛行的關係,這對選擇好動力搭配很重要。

首先要理解動力在飛行中的作用。在人類探索航空飛行的過程中認識到,要持續飛行必須要有足夠的動力,因此動力是決定飛行是否成功的一個重要因素,但不要不把飛行失敗就歸結為動力不足。飛機飛行需要克服重力,並且主要是靠機翼和空氣相對運動產生的升力。動力的作用就是驅動飛機和空氣發生相對運動,克服飛機前進受到的阻力。在飛機平飛時,動力的作用就是克服空氣阻力,在爬升時,除了克服空氣阻力外,還要克服重力沿飛機前進方向相反的分力。只有飛機豎直向上爬升,動力才是用來克服空氣阻力和全部重力的。除此特殊情形外,不管飛機做何種運動,動力的主要作用都是克服空氣阻力。那麼,多大的動力能認為是足夠大的動力呢?以飛機平飛為例,飛機收到四個力的作用,豎直方向有重力和升力,二力平衡,水平方向有動力和阻力,也是二力平衡。

要正確理解動力和飛機的飛行關係

一般航模飛機的整機升阻比(升力和阻力的比值)都是大於6的,根據上面的受力圖示可以知道,如果一個模型飛機的重量是100克,則平飛昇力也是100克,升阻比如果是8,則阻力的大小為12.5克,即平飛需要的動力大小為12.5克。這個就是飛機平飛時需要的最小動力,只要我們配置給飛機的動力大於這個數值,理論上飛機都能飛機。考慮到飛機爬升時要克服重力的一部分分量,所以實際需要的動力比這個數值要大。如果飛機最大爬升角度為30度,那麼,重力沿飛行方向的分量大小等於重力的1/2,即50克,則需要的動力約為63克。

要正確理解動力和飛機的飛行關係

上圖就是一個30的角,你想象一下,平時我們的飛機有經常以這樣的角度爬升嗎(特技飛行除外)?

這裡我們引入推重比的概念——推力(動力)和重力的比值。上面的例子中推重比就是63:100,用百分數表示為63%,或用小數表示為0.63。例子中的平飛推重(最小)比為0.13,最大推重比為0.63。由此可見,一架模型飛機飛不起來,如果滿足了它需要的推重比要求,那就不是動力不足的問題了,而應該考慮其他影響飛行的因素。

引入推重比後,我們知道,要能很好地做特技飛行,就避免不來飛機要豎直爬升,因此,推重比必須大於1。只有這種飛行需求,我們才有必要將推重比選擇到大於1。要獲得大推重比,有兩種途徑:增大推力和減小重量。

我看到很多人做航模飛機,覺得推重不夠大,然後就是選擇大功率電機,增加電池的容量,以獲取更大的動力,這就是第一種方式——增大推力。這種方法對於大飛機來講影響不大,因為改電機和電池後,電機重量和電池重量增加了,但相對整個飛機的飛行重量來講佔的比重不大,但對小飛機來講就不一定是好方法了。

例如,一個小飛機的飛行重量是60克,發動機輸出動力是30克,要增大推重比為1,有人就認為雙發動機就可以解決問題了,其實這是錯誤的。理由是,增加一個發動機,重量增加,耗能也增加,飛行時間縮短,如果要保持原來的飛行時間,電池容量增加一倍。假設單發動機重量是5克,原來電池是10克,改雙發動機後,飛行重量變成了90克,總推力是60克,實際推重比由0.5增大為0.67,並不是我們想象的增大為1。如果要真正達到推重比為1,估計飛行重量要增加一倍才行。這樣,飛機的翼載荷增加為原來的2倍,飛的平飛最小速度變為原來的1.4倍,即如果原來是10米/秒,則變成了14米/秒,這樣的飛機,動力大飛行速度快,對很多人來講就不一定好控制了。

另一個增大推重比的方法就是減重。動力不變,對飛機進行減重,保證足夠的強度為前提,減掉一切不必要的廢重。

比如我將48cm 的手拋機改為遙控時,如果不減重處理,只是把設備安裝到飛機上,結果是,空泡沫機38克,挖孔裝設備算減少2克,全部增加電裝設備是17克,最大推力是23克,則推重比為0.43。實際製作時我做了減重處理,空機26克,電裝重量不變,推力不變,飛行重量43克,推重比為0.53。在動力不變的情況下,推重比增加了0.1,而重量減少了10克,翼載荷變為原來的81%,平飛速度變為原來的0.9倍。一增一減一的結果是,推重比增大,飛機爬升性能增加,翼載荷減小,飛行速度變慢,所以,我這個手拋機只用720空心杯電機和55mm槳,就能做筋斗動作,也可以距離地面高度不到1米慢速低飛盤旋,飛行性能大大改善。

總結:做航模要綜合考慮動力大小的需要,不要一味追求大動力;增大推重比有利於飛機的大角度爬升性能改善,但要結合飛機、設備綜合考慮採用那種方式更好,兩種方式可以結合使用。當飛機的推力大小沒問題時,飛機飛行出現不良狀態,不要急著增加動力,要從根本上解決問題,找出原因並加以修正。

來源:AEROMODELLING 航模

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