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談航模制作中的物理學(xué)原理論文
【摘要】航空模型制作活動(dòng)是一項(xiàng)益智類的動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)校在航空模型活動(dòng)組織中鼓勵(lì)學(xué)生培養(yǎng)自己的實(shí)踐觀察能力和動(dòng)手創(chuàng)新能力。我作為一名熱愛航空模型活動(dòng)的學(xué)生，在航空模型活動(dòng)中應(yīng)接受更多的科普實(shí)踐知識(shí)教育。本文簡(jiǎn)要總結(jié)我在航空模型制作活動(dòng)中的一些心得體會(huì)。
【關(guān)鍵詞】航空模型；活動(dòng)；實(shí)踐；創(chuàng)新；科普教育
航空模型活動(dòng)能夠有效提高自己的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力，對(duì)個(gè)人的意志磨煉和科學(xué)情感、態(tài)度培養(yǎng)具有重要作用。我在學(xué)校航空模型社團(tuán)活動(dòng)中掌握了較多關(guān)于航空模型制作的物理知識(shí)，通過與社團(tuán)成員在航空模型制作中的交流、合作也掌握了許多關(guān)于航空模型制作的的方法和技巧。對(duì)于我在航空模型制作中的一些心得和體會(huì)，現(xiàn)總結(jié)如下。
一、模型外形與空氣阻力
通常水滴的形狀較適應(yīng)空氣動(dòng)力學(xué)，因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)生的空氣阻力最小，最利于飛行器的飛行。但是我們?cè)诤娇漳Ｐ椭谱髦杏捎诩夹g(shù)、材料以及其他航空參數(shù)要求并不能將其外部形狀設(shè)計(jì)、制作為水滴形狀。[1]但是根據(jù)這一點(diǎn)，我在航空模型設(shè)計(jì)中傾向于將模型外部線條流線化，光滑界面更加有利于減少空氣阻力、提高飛行速度。這主要是因?yàn)榭諝庠谄交缑媪鲃?dòng)不產(chǎn)生破裂性旋渦，空氣摩擦損耗的能量較少，從而能夠更好的保持航空模型的速度。因而在航空模型制作中通過襟翼設(shè)計(jì)幫助把流動(dòng)空氣“鏟”向上方，減少空氣向下壓力，在作用力和反作用力下促進(jìn)航空模型的飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生向上的飛行升力。
二、航模制作中的外形設(shè)計(jì)和流體分割關(guān)系
在航空模型制作中需要注意將模型鋒利的邊角部分和明顯的突出部分予以去除、磨圓，否則這些贅余部分將會(huì)造成一定的空氣阻力，繼而影響正常的飛行試驗(yàn)，使航空模型飛行速度變慢，甚至難以移動(dòng)直至墜落。航空模型制作中要注意模型低速飛行時(shí)，流體在不同平直層流動(dòng)，不同層相互不干擾，無旋渦產(chǎn)生，這種層狀流動(dòng)能量損耗較小，但流速大于臨界值時(shí)會(huì)有小漩渦在附面層產(chǎn)生，能量損耗加大。機(jī)翼迎角過大或過快的空氣速度，均會(huì)導(dǎo)致流體分割的產(chǎn)生，因而對(duì)于航空模型特定機(jī)翼提供的下壓力控制，需要防止迎角過大，否則機(jī)翼的飛行效率降低，影響飛行速度。
三、機(jī)翼的空氣動(dòng)力學(xué)
在航空模型設(shè)計(jì)中結(jié)合空氣下壓力原理需要用到物理公式“P=F/S”，航空模型機(jī)翼部分的面積越大則受到的作用力也越大。因而我與其他社團(tuán)成員討論后決定適當(dāng)增加航空模型機(jī)翼表面積，提高其升力。一般機(jī)翼上表面彎曲而下表面平直，從而導(dǎo)致空氣上表面流動(dòng)路徑不如下表面空氣流動(dòng)路徑短、直，這主要是因?yàn)闄C(jī)翼上表面空氣屬于曲線流動(dòng)，流動(dòng)路徑更長(zhǎng)。伯努利定理強(qiáng)調(diào)體積一定的流體具有能量守恒的特點(diǎn)，不改變空氣流動(dòng)方向的情況下，大氣壓下降，航空模型機(jī)翼上下表面空氣流速，產(chǎn)生大氣壓差不同，這種上下壓強(qiáng)差的合力與航模重力平衡，使得航模能保持在空中。這就要求在航空模型制作中要處理好機(jī)翼上下表面的光滑度差。
四、機(jī)身設(shè)計(jì)與荷載力
航空模型在起飛與著陸時(shí)的存在沖擊和過載，在設(shè)計(jì)制作中對(duì)于不同動(dòng)力裝置、機(jī)翼和構(gòu)件部分的受力和傳力情況均要預(yù)留安全裕度并綜合考慮。機(jī)身零部件、機(jī)身結(jié)構(gòu)以及部物件質(zhì)量在重力因素影響下容易導(dǎo)致模型飛行狀態(tài)失穩(wěn)，因而在機(jī)身結(jié)構(gòu)、重量以及內(nèi)部構(gòu)件制作中要計(jì)算好相關(guān)參數(shù)。另外機(jī)身受到直接氣動(dòng)力作用，機(jī)身飛行時(shí)直接受到蒙皮傳來的氣動(dòng)力荷載，機(jī)身總體結(jié)構(gòu)同時(shí)受到扭轉(zhuǎn)荷載、水平荷載和垂直彎曲荷載影響，大多數(shù)場(chǎng)合下機(jī)身本身結(jié)構(gòu)等同于機(jī)翼與機(jī)身連接的梁。承受彎曲垂直荷載時(shí)可以當(dāng)做梁來計(jì)算。認(rèn)為重力為均布載荷，氣動(dòng)載荷按集中力來計(jì)算。在無凈轉(zhuǎn)動(dòng)矩的情況下危險(xiǎn)點(diǎn)大致總是出現(xiàn)在重心附近，此處加強(qiáng)設(shè)計(jì)即可。
五、尾翼設(shè)計(jì)與受力分析
航空模型尾翼部分與機(jī)翼部分的平面形狀比較相似，通常為梯形、長(zhǎng)方形或橢圓形，飛機(jī)水平尾翼的平面形狀大多是帶有圓角的梯形。在航空模型尾翼設(shè)計(jì)中垂直尾翼部位應(yīng)混合梯形和橢圓形的設(shè)計(jì)，應(yīng)用圓角部分削弱飛機(jī)飛行中受到的空氣阻力。水平部分的尾翼展弦比為3或4，垂直部分的尾翼展弦比為1.5或2，尾翼迎角為負(fù)時(shí)可以忽略誘導(dǎo)阻力問題。
結(jié)語
在航空模型制作中我學(xué)習(xí)更多的課外物理學(xué)知識(shí)，鞏固了課本的知識(shí)；同時(shí)在與社團(tuán)成員的合作交流也使自己充分意識(shí)到航空模型制作不是簡(jiǎn)單的手工操作活動(dòng)，對(duì)于航空模型外形設(shè)計(jì)以及內(nèi)部構(gòu)造等均要在共同討論中，應(yīng)用和遵循空氣動(dòng)力學(xué)原理，不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和操作改進(jìn)。航空模型制作中也使我更加深刻地認(rèn)識(shí)到要充分應(yīng)用物理原理和科學(xué)知識(shí)，就要在模型設(shè)計(jì)、制作中端正學(xué)習(xí)態(tài)度、提高動(dòng)手能力，把相關(guān)的知識(shí)學(xué)以致用。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉江淮.讓航�；顒�(dòng)為青少年插上科學(xué)的翅膀[J].中國(guó)校外教育,2012,(26):12.
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