中国学术杂志网

谈航模制作中的物理学原理

 论文栏目:物理学论文     更新时间:2017/12/6 11:06:20   

【摘要】航空模型制作活动是一项益智类的动手实践活动,学校在航空模型活动组织中鼓励学生培养自己的实践观察能力和动手创新能力。我作为一名热爱航空模型活动的学生,在航空模型活动中应接受更多的科普实践知识教育。本文简要总结我在航空模型制作活动中的一些心得体会。

【关键词】航空模型;活动;实践;创新;科普教育

航空模型活动能够有效提高自己的实践操作能力和创新能力,对个人的意志磨炼和科学情感、态度培养具有重要作用。我在学校航空模型社团活动中掌握了较多关于航空模型制作的物理知识,通过与社团成员在航空模型制作中的交流、合作也掌握了许多关于航空模型制作的的方法和技巧。对于我在航空模型制作中的一些心得和体会,现总结如下。

一、模型外形与空气阻力

通常水滴的形状较适应空气动力学,因为这时产生的空气阻力最小,最利于飞行器的飞行。但是我们在航空模型制作中由于技术、材料以及其他航空参数要求并不能将其外部形状设计、制作为水滴形状。[1]但是根据这一点,我在航空模型设计中倾向于将模型外部线条流线化,光滑界面更加有利于减少空气阻力、提高飞行速度。这主要是因为空气在平滑界面流动不产生破裂性旋涡,空气摩擦损耗的能量较少,从而能够更好的保持航空模型的速度。因而在航空模型制作中通过襟翼设计帮助把流动空气“铲”向上方,减少空气向下压力,在作用力和反作用力下促进航空模型的飞机机翼产生向上的飞行升力。

二、航模制作中的外形设计和流体分割关系

在航空模型制作中需要注意将模型锋利的边角部分和明显的突出部分予以去除、磨圆,否则这些赘余部分将会造成一定的空气阻力,继而影响正常的飞行试验,使航空模型飞行速度变慢,甚至难以移动直至坠落。航空模型制作中要注意模型低速飞行时,流体在不同平直层流动,不同层相互不干扰,无旋涡产生,这种层状流动能量损耗较小,但流速大于临界值时会有小漩涡在附面层产生,能量损耗加大。机翼迎角过大或过快的空气速度,均会导致流体分割的产生,因而对于航空模型特定机翼提供的下压力控制,需要防止迎角过大,否则机翼的飞行效率降低,影响飞行速度。

三、机翼的空气动力学

在航空模型设计中结合空气下压力原理需要用到物理公式“P=F/S”,航空模型机翼部分的面积越大则受到的作用力也越大。因而我与其他社团成员讨论后决定适当增加航空模型机翼表面积,提高其升力。一般机翼上表面弯曲而下表面平直,从而导致空气上表面流动路径不如下表面空气流动路径短、直,这主要是因为机翼上表面空气属于曲线流动,流动路径更长。伯努利定理强调体积一定的流体具有能量守恒的特点,不改变空气流动方向的情况下,大气压下降,航空模型机翼上下表面空气流速,产生大气压差不同,这种上下压强差的合力与航模重力平衡,使得航模能保持在空中。这就要求在航空模型制作中要处理好机翼上下表面的光滑度差。

四、机身设计与荷载力

航空模型在起飞与着陆时的存在冲击和过载,在设计制作中对于不同动力装置、机翼和构件部分的受力和传力情况均要预留安全裕度并综合考虑。机身零部件、机身结构以及部物件质量在重力因素影响下容易导致模型飞行状态失稳,因而在机身结构、重量以及内部构件制作中要计算好相关参数。另外机身受到直接气动力作用,机身飞行时直接受到蒙皮传来的气动力荷载,机身总体结构同时受到扭转荷载、水平荷载和垂直弯曲荷载影响,大多数场合下机身本身结构等同于机翼与机身连接的梁。承受弯曲垂直荷载时可以当做梁来计算。认为重力为均布载荷,气动载荷按集中力来计算。在无净转动矩的情况下危险点大致总是出现在重心附近,此处加强设计即可。

五、尾翼设计与受力分析

航空模型尾翼部分与机翼部分的平面形状比较相似,通常为梯形、长方形或椭圆形,飞机水平尾翼的平面形状大多是带有圆角的梯形。在航空模型尾翼设计中垂直尾翼部位应混合梯形和椭圆形的设计,应用圆角部分削弱飞机飞行中受到的空气阻力。水平部分的尾翼展弦比为3或4,垂直部分的尾翼展弦比为1.5或2,尾翼迎角为负时可以忽略诱导阻力问题。

结语

在航空模型制作中我学习更多的课外物理学知识,巩固了课本的知识;同时在与社团成员的合作交流也使自己充分意识到航空模型制作不是简单的手工操作活动,对于航空模型外形设计以及内部构造等均要在共同讨论中,应用和遵循空气动力学原理,不断进行数据计算和操作改进。航空模型制作中也使我更加深刻地认识到要充分应用物理原理和科学知识,就要在模型设计、制作中端正学习态度、提高动手能力,把相关的知识学以致用。

参考文献:

[1]刘江淮.让航模活动为青少年插上科学的翅膀[J].中国校外教育,2012,(26):12.

作者:田明昊 单位:北京市第三十五中学

学术网收录7500余种,种类遍及
时政、文学、生活、娱乐、教育、学术等
诸多门类等进行了详细的介绍。

物理学论文
@2008-2012 学术网
出版物经营许可证 音像制品经营许可证
主机备案:200812150017
值班电话
0825-6697555
0825-6698000

夜间值班
400-675-1600

投诉中心
13378216660
咨询电话
唐老师:13982502101
涂老师:18782589406
文老师:15882538696
孙老师:15982560046
何老师:15828985996
江老师:15228695391
易老师:15228695316
其它老师...
咨询QQ
89937509
89937310
89903980
89937302
89937305
89937307
89937308
业务
综合介绍
在线投稿
支付方式
常见问题
会员评价
官网授权
经营许可
关于我们
网站简介
版权声明
友情链接
人员招聘
联系我们