祥云橡筋动力直升机的制作原理与飞行研究.docx

    祥云橡筋动力直升机的制作原理与飞行研究    胡耀征+胡跃真+李建飞摘  要 航模制作比赛是中小学科技活动的重要内容研究橡筋动力直升机的制作和飞行的原理和技巧，得到本航空模型较好的制作和放飞经验，也重点强调学生的实际动手操作能力，是理论联系实践的实际案例Keys 橡筋动力直升机;航空模型;螺旋桨;迎风角G875.3    ：B：1671-489X（2015）03-0132-022014年秋季，临沂市兰山区义堂中学参加了山东省第三届无线电模型大赛其中有祥云橡筋动力直升机这个项目，拿到训练器材才发现橡筋直升机并非全国都在使用的猛虎桨实际测试发现飞得很不好，高度不过10米，留空不过七八秒钟如此情景如何参赛？马上静下心投入到对祥云的研究经过近一个月的研究、训练，终于取得不小的突破，在省赛祥云项目，义堂中学几乎包揽了男女组的前三名在此把前期的研究资料进行总结，以免散乱遗弃如图1所示，话说橡筋动力直升机，最先看到它的人，一般都以为就是玩具，但是若以留空计时赛来看，则是标准的航空模型无论是制作还是放飞，都大有学问1 实测数据及结论常规的制作和放飞方法不再赘述，重点研究影响成绩的主要因素研究的方法主要是通过实验来验证，下面通过几个方面来进行。

猛虎和祥云螺旋桨的差异对比性实验  重量对比，手感祥云螺旋桨比猛虎的要重，实测结果一对桨的质量：猛虎4.3克，祥云5.2克所以后期减重是必须要做的猛虎和祥云的螺旋桨的实测飞行对比数据如表1所示结论：在不对螺旋桨做任何改动的情况下，猛虎桨比祥云桨效率要高，主要原因是猛虎桨比祥云桨要轻所以必须对祥云桨进行打薄减重橡筋的极限测试  由于直升机的动力来源于扭紧的橡筋，所以应尽可能地把橡筋绕到最大圈数祥云套装里有深色和浅色两根橡筋，需要对它们进行极限测试，相关数据如表2所示结论：深色橡筋极限在440圈左右，浅色橡筋极限在465圈左右，浅色橡筋比深色橡筋的拉伸倍数要大所以实际比赛中应尽可能选用浅色橡筋桨尖迎风角测试  螺旋桨的桨尖处的线速度最大，减小此处的诱导阻力是必要的把桨尖的迎风角减小是有效的手段为此做对比试验，使用同一副桨，每次螺旋桨的70%处迎风角保持20°，改变桨尖的角度来进行对比，如表3所示结论：桨尖处的诱导阻力对能量的消耗是比较大的，桨尖处迎风角维持10°较好测试螺旋桨迎风角对留空时间的影响  角度大则阻力大，角度小则阻力小要避免大马拉小车或者是小马拉大车的情况出现，就一定要研究最佳迎风角。

实验结果如下准备三根相同的浅色橡筋，同样做预拉伸，每次都是绕到400圈并且使用相同的一副螺旋桨螺旋桨经过打薄减重，并且桨尖处迎风角维持在10°左右，保证不同角度下的可比性，如表4所示结论：在绕到400圈左右时，螺旋桨的最佳迎风角是20°左右要明确的是最佳迎风角的大小和橡筋绕数有关，和橡筋的种类、质量有关，所以并非不变，需要随时依据实情来进行调整但是在这个比赛项目中调整到20°就可以了以上主要是通过实验来获取一些理想数据，实际制作、调整、飞行中还有需要注意的一些事项2 实飞注意事项关于阻力板  首先要确定阻力板在机身上的位置通过实验发现，必须仔细调整阻力板的安装位置，使得飞机既能稳定上升，又能翻滚降落这里涉及重心和阻力中心，调整时重心位置应该在阻力中心的上边，飞机才能竖直稳定上升，如图2所示橡筋的选择、保养、预拉伸、清洁、润滑等工作注意事项  橡筋动力模型飞机的代号是p1b或者f1b，是用扭转的橡筋带动螺旋桨转动，螺旋桨产生拉力使得模型爬升或者保持平飞橡筋释放完毕，螺旋桨停止转动，模型转入滑翔动力时间越长，模型滑翔时间越长，飞行的总时间越长橡筋动力飞机的爬升是靠橡筋带动螺旋桨实现的，橡筋储存的能量越多，模型可以爬升的高度就越大，所以怎样使得橡筋获得更多的能量，是模型飞机研究的重点。

平时训练的时候橡筋应该选择单位质量能高、拉伸倍数大、残余形变小、均匀性较好、耐久性较好的橡筋新橡筋首次使用必须做预拉伸，这样橡筋才会比较均匀，可以得到较好的性能，也能增加可绕圈数如果不做预拉伸，容易老化，性能下降快，寿命短清洗：可以用洗手液搓洗后用清水漂干净润滑：最好是用蓖麻油来进行润滑机头的处理  实际制作中发现，螺旋桨插入桨窝里，左右两根桨的迎风角是不一致的，这点在猛虎桨身上同样存在，所以必须对桨窝进行处理，才能使两根桨的迎风角保持一致掏挖的时候要注意大小合适3 结语制作和训练中的研究和结论基本情况就是以上内容，实际比赛还有许多的细节需要注意通过一个小小的看似玩具的橡筋直升机，花费了笔者和航模组学生一个月的休息时间，除了比赛取得好成绩外，也理解了一般橡筋动力模型的构造、原理，学会了熟练组装橡筋动力飞机模型，掌握了橡筋动力直升机模型的飞行方法和注意事项在过程和方法上，通过对橡筋动力直升机模型的组装和放飞，体验到模型制作的过程，体会科学知识在实际应用中的作用通过动手实践，切身感受知识的学有所用，理论和实践紧密结合的重要性再有在情感态度和价值观上，通过近一个月对橡筋动力直升机模型的组装和放飞，提高了动手操作能力，培养了科技创新意识和创造能力，形成一丝不苟的科学探究精神和认真严谨的做事态度，这对于中学生科学素养的提高有着重要的意义。

Reference[1]刘文章.飞向蓝天：航空模型制作[M].天津：天津科技翻译出版公司，1997：48-62.endprint  -全文完-。