淺議航模制作中的物理學(xué)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(dòng)，這項(xiàng)活動(dòng)既是學(xué)習(xí)也是娛樂(lè)，學(xué)校也十分的鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展這種活動(dòng)。所以，現(xiàn)在的高中同學(xué)就可以通過(guò)制作航空模型豐富自己的業(yè)余時(shí)間，有效的學(xué)習(xí)其中所蘊(yùn)含的知識(shí)。筆者作為一名喜歡制作航空模型的高中學(xué)生，有著較為豐富制作航空模型的經(jīng)驗(yàn)，希望將我的一些淺見(jiàn)提供給有意學(xué)習(xí)制作航空模型的同學(xué)，為他們提供有用的啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】? 航空模型 實(shí)踐動(dòng)手 科普教育 物理學(xué)原理

【中圖分類號(hào)】? G633.7 ? ?? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A ? ? 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2019）01-246-01

通過(guò)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(qiáng)自己的實(shí)踐動(dòng)手與觀察能力，從而提升自身的綜合素質(zhì)。對(duì)磨練自己的意志、培養(yǎng)自己科學(xué)求真的態(tài)度以及科學(xué)態(tài)度有著至關(guān)重要的影響。筆者在有關(guān)航空模型制作的相關(guān)活動(dòng)中積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)，也學(xué)會(huì)了許多有關(guān)航空模型制作的物理知識(shí)，有關(guān)我在制作中學(xué)會(huì)的物理知識(shí)和制作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)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?cè)谠O(shè)計(jì)航空模型的外形時(shí)，所使用技術(shù)和材料都不適合將其外形設(shè)計(jì)為水滴形。所以，我們就要對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)整，可以將航空模型的外部線條設(shè)計(jì)為流線化的線條，同時(shí)航空模型的表面可以選擇比較光滑的材料進(jìn)行制作，這樣可以進(jìn)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(huì)因?yàn)榭諝饽Σ恋脑虺霈F(xiàn)破裂性旋渦，還可以減少因?yàn)榭諝饽Σ翆?duì)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(shè)計(jì)和流體分割關(guān)系

在制作航空模型的過(guò)程中，需要注意的一點(diǎn)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(huì)對(duì)航空模型的飛行造成影響，這是因?yàn)檫@些部分很難產(chǎn)生較大的空氣阻力，航空模型在飛行中的速度也會(huì)受到很大的影響，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致航空模型難以起飛或者是起飛之后很快墜落。同時(shí)，在制作航空模型的過(guò)程中，要充分考慮到在航空模型低速飛行的過(guò)程中，由于流體會(huì)不斷的在不同平直層流動(dòng)，就要主要保證航空模型的不同層要不會(huì)相互造成干擾，這樣就不會(huì)產(chǎn)生旋渦，并且這種層狀流動(dòng)不會(huì)造成過(guò)大的能量損失。然而，一旦流速超過(guò)臨界值，那么就會(huì)有小漩渦出現(xiàn)在附面層，這就會(huì)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(guò)空氣速度或者是機(jī)翼迎角過(guò)大，那么這兩種情況都會(huì)造成流體分割的出現(xiàn)。所以，就需要在設(shè)計(jì)航空模型的機(jī)翼時(shí)有意識(shí)的控制其下壓力，并且要避免出現(xiàn)迎角過(guò)大的問(wèn)題，這樣就可以有效提升機(jī)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(jī)翼的空氣動(dòng)力學(xué)

在進(jìn)行航空模型的設(shè)計(jì)時(shí)，必然要考慮到空氣動(dòng)力學(xué)，主要需要使用的物理公式就是壓強(qiáng)的公式“壓強(qiáng)=壓力÷受力面積”。由此可以得知，航空模型的機(jī)翼面積越大，那么其所承受的壓力必然也會(huì)隨之增加。所以，在設(shè)計(jì)航空模型的時(shí)候，要根據(jù)航空模型的實(shí)際體積，注重控制航空模型的機(jī)翼表面積，使其升力可以更加的科學(xué)合理。通常在設(shè)計(jì)機(jī)翼的時(shí)候，都是將其設(shè)計(jì)為上表面彎曲下表面平直，這樣設(shè)計(jì)的好處就是空氣在上表面流動(dòng)的路徑要比下表面的流動(dòng)路徑長(zhǎng)、彎，造成這種大現(xiàn)象的發(fā)生是因?yàn)闄C(jī)翼上表面的空氣流動(dòng)是曲線流動(dòng)，這就造成其流動(dòng)路徑更長(zhǎng)。并且，航空模型機(jī)翼上下兩面的產(chǎn)生大氣壓的差和空氣流速都有著很大的區(qū)別，機(jī)翼在上下壓強(qiáng)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(jī)翼上下表面的光滑度，這也是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題。

四、航空模型機(jī)身的設(shè)計(jì)和荷載力

在航空模型起飛階段和降落的階段都會(huì)出現(xiàn)沖擊與過(guò)載的現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)和制作航空模型的過(guò)程中，要綜合考慮使用的機(jī)翼、構(gòu)件以及動(dòng)力裝置等各種關(guān)鍵部件的受力和傳力情況，還要留下預(yù)留安全裕度。特別是航空模型的機(jī)身結(jié)構(gòu)、部物件以及機(jī)身零部件的質(zhì)量，要考慮其是否會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩氐挠绊懀斐珊娇漳Ｐ驮陲w行狀態(tài)下出現(xiàn)失穩(wěn)的問(wèn)題，所以就要合理選擇機(jī)身結(jié)構(gòu)所使用的各種零部件，還要在制作其內(nèi)部構(gòu)件時(shí)，對(duì)其各方面參數(shù)準(zhǔn)確的計(jì)算。同時(shí)，航空模型會(huì)遭受直接氣動(dòng)力作用，所以航空模型在飛行的過(guò)程中就會(huì)受到其蒙皮傳遞的氣動(dòng)力荷載，這樣就會(huì)使其結(jié)構(gòu)都會(huì)受到多種荷載的影響，因此就要保證荷載可以在機(jī)身均勻荷載，在一些重點(diǎn)部位進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

五、航空模型尾翼的設(shè)計(jì)和受力分析

在設(shè)計(jì)航空模型的尾翼時(shí)，可以參考其機(jī)翼的設(shè)計(jì)方式，可以將其設(shè)計(jì)成為橢圓形、體型或者是長(zhǎng)方形，通過(guò)筆者的多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，航空模型的水平尾翼最好設(shè)計(jì)成梯形帶圓角的形狀，其垂直尾翼最好設(shè)計(jì)為混合橢圓形和梯形的設(shè)計(jì)，之所以這兩者都要帶上圓角，是因?yàn)閳A角可以有效的減小空氣阻力。同時(shí)，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(shè)計(jì)的好處就是尾翼迎角為負(fù)數(shù)的時(shí)候，就可以最大限度的減小誘導(dǎo)阻力，不會(huì)對(duì)航空模型的飛行產(chǎn)生較大影響。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)制作航空模型可以充分的學(xué)習(xí)到有關(guān)物理的各種知識(shí)，并將其有效的應(yīng)用到實(shí)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(xiàng)十分有益的活動(dòng)，現(xiàn)代高中學(xué)生可以通過(guò)這種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和娛樂(lè)，不僅可以提升學(xué)習(xí)的積極性，還能提升自己的動(dòng)手操作能力。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]王革.淺議高中物理教學(xué)中物理模型構(gòu)建與應(yīng)用策略[J].社會(huì)科學(xué)：引文版：00206-00206.

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

[3]鄭康.淺議ARCS動(dòng)機(jī)模型在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理通報(bào)，2016（9）：125-128.