中国自由飞老教练闲聊 弹射模型滑翔机 (随时聊 随时增补信息截屏)

王培才

   天津陈康生 老教练  引发了话题 :
   弹射模型飞机翼展200mm的规则应该改改了！要说为了适应学校操场小场地，那还可以，但是再小的场地好的弹射横型飞机照样能飞出学校操场！我认为规则改为最大翼展不得大于250毫米，才能更好地发挥其性能，例如翼尖加"好扭"，再加偏转的方向舵，可以使模型垂直滚转上升，弹得高还容易吃上升气流！参考国外的弹射模型飞机翼展都大于200毫米。

                    

王培才

王培才

       

zyue2002

翼展200对应8英寸的
翼展300对应12英寸的
还有翼展19英寸的，人家也是分不同级别的。

丹顶鹤

                   vv   

徐志满

P1T-2限翼展不大于300mm.

zyue2002

“好扭”本质是，防止翼尖失速，又或者利用“翼尖失速”？

lgq5106

弹射飞机的爬升高度问题，本质上是能量的转化问题。初始能量就是橡筋的弹性势能，如果每一次橡筋的拉伸变形的储存能量相同，则转化为飞机爬升的初始动能（1/2mV1^2）是相同的。飞机爬升到最高点转入滑翔时仍旧具有动能(1/2mV2^2)和重力势能(mgh)，其余能量消耗在爬升途中克服阻力做功（W=FS）。即，1/2mV1^2=1/2mV^2+mgh+FS。根据这个能量关系，如果阻力做功距离认为就是爬升高度（h），则h=1/2m（V1-V2）^2/（mg+F）。飞机起飞和在最高点的动能是不变的，即决定飞机高度的因素有两个——飞机质量m和飞行阻力F，也就是说上式的分子部分不变，分母越小，飞机的高度越高。飞机质量越小，飞行阻力越小，最终达到的高度也就越高。
在橡筋储存的能量和飞机的质量不变时，减小阻力是提高飞机弹射高度的关键。在飞机的刚度达到飞行受力要求 的前提下，减小飞机的质量也能提高飞机的弹射高度。因此，我的观点是，在设计制作弹射飞机时，要尽量把飞机做到够轻，同时设法减小飞机的飞行阻力，这是争取弹射高度的关键。
对于留空时间而言，将飞机弹射得越高越好，但是，飞机的设计和制作中，也要考虑升阻比问题。相同高度滑翔降落，时间的长短决定于下沉速度（飞在竖直方向的速度）的大小，而下沉速度的大小决定于升阻比，翼载荷和升力系数这几个因素。翼载荷越小，下沉速度越小，升阻比越大，下沉速度越小，升力系数越大，下沉速度越小。翼载荷一定的情况下，升阻比和升力系数的平方根乘积（功率因素）最大时，下沉速度最小，此时对应的飞行迎角为经济迎角。经济迎角略大于有利迎角（升阻比最大对应的迎角）。所以，对于一个制作好的飞机而言，关键在于把飞机调整在经济迎角飞行，以获得更长的留空时间。
一个弹射飞机从设计到调整放飞，需要考虑的问题非常多。还要根据实际条件情况，在一些地方做出适当的取舍，采用优秀的气动布局，精心制作和调整，最后用最佳的弹射方式发射，才能让它飞得最好。搞清楚一个弹射飞机，很多模型飞机涉及的问题也都基本弄清了，因此，用弹射飞机作为模型飞机的普及，它的意义和作用都是不可忽视的。

lgq5106

天梭一号弹射飞机能竖直弹射的原因，我做了简单的分析，和论坛中的模友天穹在一个q群里讨论的，见5楼的截图。过去，我们做的弹射飞机都采用平板翼型尾翼，而天梭一号则有不同，是凹凸翼型。经过我的研究，机翼和尾翼的升力系数是随着速度改变而发生变化的，而且尾翼的变化更快，使飞机高速弹射时具有了“推杆”的作用效果。毕竟不是学航空的，也可能有不对的地方，希望有人能更深入地解释这一个问题。如果有错误，也希望模友给予指正。

丹顶鹤

       


土特产—麻秆弹射模型飞机（附 照片 图纸） [color=rgb(102, 102, 102) !important][color=rgb(102, 102, 102) !important][复制链接]


美好的飞行情趣终生难舍 （上） [color=rgb(102, 102, 102) !important][color=rgb(102, 102, 102) !important][复制链接]

dgxchy

正像老前辈们说的那样，越简单的越不简单。小小的一架弹射模型飞机，结构简单、制作周期短。但是制作、粘接、调试的每个环节都不能马虎哦。

王培才

   

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lgq5106

老教练们都没有注意到张教练说的问题，天梭一号是通过翼型的气动特点来保持飞机的的直线爬升的。开始我也忽略了这个飞机的尾翼的翼型，看了张教练发的文章后，我才开始反思这个问题，因为测试产品时张岳已经提示了我竖直弹射，是我忽略了。我先用软件进行分析，见上图。得到了结果后再进行实际弹射，而且这几天都在测试。稍后我把今天下午大雨后马上做的测试视频发群里，弹射时是拉尽了橡筋弹射的，而且，如果我还发现，如果不全力弹射，这个飞机根本就做不了直线爬升。弹力越大，飞机直线向上的爬升距离越大，轨迹很直，到最后才向左侧偏航并改为盘旋飞行改出。在这里我先把其中一个视频的起飞阶段截图发上来，看看飞机是不是做直线爬升。

lgq5106

从视频中截取了6个图片，第六个图飞机开始向左偏航，即将进入左盘旋状态。最下面这个是前6张图的合成，可以看到飞机几乎就在一条直线上往上爬升。

zyue2002

lgq5106 发表于 2021-6-24 23:30
从视频中截取了6个图片，第六个图飞机开始向左偏航，即将进入左盘旋状态。最下面这个是前6张图的合成，可 ...

太细致了

lgq5106

佘教练讲的低头力矩是存在的，而且随速度的变化也很大，但是，他少考虑了机翼的抬头力矩变化也很大。如果翼型升力系数不随速度改变，从升力公式可以知道，抬头力矩和低头力矩虽然都随速度改变，但力矩总是平衡的。也就是说，飞机不论以什么角度弹射，都会不会翻筋斗。实际上，普通平板尾翼的弹射飞机就不能这样飞行，翻筋斗是必然的事实，也就是机翼的抬头力矩随速度增大而增大，并且大于了水平尾翼产生低头力矩，破坏了原有的平衡关系。所以之谈尾翼低头力矩而不谈机翼抬头力矩，是不全面的。
我模拟的结果显示了机翼和尾翼的升力系数都随着速度而改变，并且尾翼的升力系数改变比较快一些，但是它们的变化差异不大。而在实际弹射中，飞机也没有出现很大的弧形爬升轨迹，基本上前半段是沿着直线高速爬升的，只是在接近最高点，速度减慢后，飞机才开始左滚转为盘旋飞行，这个过程的轨迹也是顺滑的，没有突变。也就是说，在高速爬升中，机翼和尾翼的力矩都在增大，但力矩的差异不大，没有明显使飞机抬头或低头，机翼的抬头力矩和尾翼的低头力矩基本上还是保持着平衡状态，这就是天梭一号飞机能高速竖直弹射的原因。
为了验证佘教练的观点，今天我对天梭一号做了大力弹射，改变了弹射橡筋，飞机的弹射高度是昨天的2倍，飞机最高达到了50米。确实飞机出现的爬升低头现象，但一开始仍旧达到了30多米，比昨天要高出10米左右，已经超过了我们学校的宿舍楼和教学楼一大截。主要表现为爬升中途飞机往前“扑”出去，在仍具有相当高的速度时就改为平飞，进而转入滑翔。后来我把竖直弹射，改为稍微倒扣的状态起飞，即飞机略微向后上放弹射，飞机前扑现象明显减弱，一下就窜上了50米高，而且在头顶的前上方一点转为盘旋改出。这说明正升力尾翼在高速爬升时确实存在低头作用，但没有佘教练说的那么严重，飞机仍旧是可以全力弹射的。如果把水平尾翼的翼型弧度减小一些，机头再配一些重量使飞机重新达到平衡，这样就不需要向后弹射，飞机仍旧可以竖直爬升。今晚把飞机再改一下，明天我再做这个验证。

lgq5106

今天又是大雨后马上去试飞。没有人帮拍摄，只拍到了飞机的滑降过程。飞机在高于楼房的空中滑翔很好，到了楼边受到下沉气流影响就降落很快。加上拿手机开始拍摄这段时间，整个飞行过程大约40秒。

lgq5106

天梭一号弹射飞机能竖直爬升确实是水平尾翼的翼型原因。弹射的力量越大，起飞速度越高，尾翼翼型需要的弯度越小。飞机的爬升和改出跟F1B相似，一个左盘，一个是右盘，一个爬升速度快，一个爬升速度慢一些，轨迹是相似的。
前面用软件研究分析的结果是，弹射飞机高速运动时，如果抬头力矩和低头力矩平衡，飞机就保持直线飞行。飞机向上爬升，速度逐渐减小，机翼和尾翼的升力系数都在减小，但尾翼的升力系数减小更快一些，抬头力矩平衡就被打破了， 飞机改变飞行的轨迹和姿态而改出。这个过程和F1B的改出也是相似的。采用改变机翼安装角的F1B飞机，起飞爬升的初始阶段机翼安装角小，飞机直线上升，然后机翼安装角恢复正常角度，飞机改出，盘旋爬升，此过程也是飞机的抬头力矩从和低头力矩平衡，变为抬头力矩大于低头力矩，跟天梭一号的力矩变化是相同的。区别是天梭一号是通过尾翼的雷诺数随速度减小，使升力系数减小，从而减小低头力矩，使得抬头力矩大于低头力矩，而F1B是通过增大机翼安装角，使飞行迎角增大，增大机翼升力系数，是抬头力矩大于低头力矩。两者变化情况不同，但本质是一样的，结果都是改变了原来的平衡状态，使得抬头力矩和低头力矩的差值增大。
因为尾翼的低头力矩大小和变化随速度改变，采用尾翼的气动特点使飞机做竖直爬升，必然和弹射力度，飞机起飞速度相关。只要调整得好，同样可以大力弹射，而不是不能全力弹射。
今天，张文义教练在微信群里说，还有三个问题没有深入挖掘：
1、为什么没有任何装置，会垂直直线爬升？
2、弹射橡筋如何使用会弹的更高？
3、如何改进会提高成绩？
希望高手老师继续深入探讨。
第1个问题，我做了以上的探索，结论不一定正确，也希望高手和老师们继续探讨。
第3个问题我认为减小飞机的寄生阻力是关键。寄生阻力随速度增加而增大，是爬升过程中消耗能量的主要原因。消耗能量越多，飞机弹射得到的高度越小，减小阻力是提高成绩的一个关键。天梭一号飞机是平板泡沫材质机翼，厚度约为2mm，高速弹射的过程中，压差阻力很大，如果将机翼的前缘和后缘都改薄，阻力会大大减小。其次是刚度问题，高速运动时可能会造成机翼的震颤，泡沫材质的强度可能差一些，不利于飞机的高速爬升，加强机翼应该也会对提高成绩有帮助。
第2个问题比较麻烦，需要做专门的测试装置，以保证每一次的弹射情况尽可能相同，如橡筋的拉伸长度，弹射的角度等。只靠人直接弹射，很难控制，偶然性大，得到的结果说服力差。

丹顶鹤