浅议航模制作中的物理学原理

朱轶瑶

【摘要】  制作航空模型是一种十分有益身心的益智类活动，这项活动既是学习也是娱乐，学校也十分的鼓励学生开展这种活动。所以，现在的高中同学就可以通过制作航空模型丰富自己的业余时间，有效的学习其中所蕴含的知识。笔者作为一名喜欢制作航空模型的高中学生，有着较为丰富制作航空模型的经验，希望将我的一些浅见提供给有意学习制作航空模型的同学，为他们提供有用的启发。

【关键词】  航空模型 实践动手 科普教育 物理学原理

【中图分类号】  G633.7             【文獻标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2019）01-246-01

通过制作航模，不仅可以有效的锻炼自己的思维能力，还可以增强自己的实践动手与观察能力，从而提升自身的综合素质。对磨练自己的意志、培养自己科学求真的态度以及科学态度有着至关重要的影响。笔者在有关航空模型制作的相关活动中积累了比较丰富的经验，也学会了许多有关航空模型制作的物理知识，有关我在制作中学会的物理知识和制作经验，现总结如下。

一、航空模型的外形和空气阻力

众所周知水滴的形状空气阻力最小，十分有利于飞行器的飞行。然而，我们在设计航空模型的外形时，所使用技术和材料都不适合将其外形设计为水滴形。所以，我们就要对其进行合理的调整，可以将航空模型的外部线条设计为流线化的线条，同时航空模型的表面可以选择比较光滑的材料进行制作，这样可以进一步的减小空气阻力，从而提升飞行速度。并且，航空模型的表面比较光滑的不会因为空气摩擦的原因出现破裂性旋涡，还可以减少因为空气摩擦对能量造成损耗，这就可以使航空模型保持匀速飞行。

二、航空模型外形的设计和流体分割关系

在制作航空模型的过程中，需要注意的一点就是，要去除或者是磨圆比较明显的突出部分以及比较锋利的边角部分，不然这些部位就会对航空模型的飞行造成影响，这是因为这些部分很难产生较大的空气阻力，航空模型在飞行中的速度也会受到很大的影响，严重的情况下甚至会导致航空模型难以起飞或者是起飞之后很快坠落。同时，在制作航空模型的过程中，要充分考虑到在航空模型低速飞行的过程中，由于流体会不断的在不同平直层流动，就要主要保证航空模型的不同层要不会相互造成干扰，这样就不会产生旋涡，并且这种层状流动不会造成过大的能量损失。然而，一旦流速超过临界值，那么就会有小漩涡出现在附面层，这就会极大的增加能量的损耗。需要注意的是，如果航空模型的速度超过空气速度或者是机翼迎角过大，那么这两种情况都会造成流体分割的出现。所以，就需要在设计航空模型的机翼时有意识的控制其下压力，并且要避免出现迎角过大的问题，这样就可以有效提升机翼的飞行效率，从而保证航空模型的飞行速度。

三、航空模型机翼的空气动力学

在进行航空模型的设计时，必然要考虑到空气动力学，主要需要使用的物理公式就是压强的公式“压强=压力÷受力面积”。由此可以得知，航空模型的机翼面积越大，那么其所承受的压力必然也会随之增加。所以，在设计航空模型的时候，要根据航空模型的实际体积，注重控制航空模型的机翼表面积，使其升力可以更加的科学合理。通常在设计机翼的时候，都是将其设计为上表面弯曲下表面平直，这样设计的好处就是空气在上表面流动的路径要比下表面的流动路径长、弯，造成这种大现象的发生是因为机翼上表面的空气流动是曲线流动，这就造成其流动路径更长。并且，航空模型机翼上下两面的产生大气压的差和空气流速都有着很大的区别，机翼在上下压强差的合力之下就可以很好的和航空模型的整体重量相平衡，从而使其可以保持在空中的飞行。这就更加需要控制航空模型机翼上下表面的光滑度，这也是设计中的重点问题。

四、航空模型机身的设计和荷载力

在航空模型起飞阶段和降落的阶段都会出现冲击与过载的现象，因此在设计和制作航空模型的过程中，要综合考虑使用的机翼、构件以及动力装置等各种关键部件的受力和传力情况，还要留下预留安全裕度。特别是航空模型的机身结构、部物件以及机身零部件的质量，要考虑其是否会因为重力因素的影响，造成航空模型在飞行状态下出现失稳的问题，所以就要合理选择机身结构所使用的各种零部件，还要在制作其内部构件时，对其各方面参数准确的计算。同时，航空模型会遭受直接气动力作用，所以航空模型在飞行的过程中就会受到其蒙皮传递的气动力荷载，这样就会使其结构都会受到多种荷载的影响，因此就要保证荷载可以在机身均匀荷载，在一些重点部位进行加强设计。

五、航空模型尾翼的设计和受力分析

在设计航空模型的尾翼时，可以参考其机翼的设计方式，可以将其设计成为椭圆形、体型或者是长方形，通过笔者的多次试验发现，航空模型的水平尾翼最好设计成梯形带圆角的形状，其垂直尾翼最好设计为混合椭圆形和梯形的设计，之所以这两者都要带上圆角，是因为圆角可以有效的减小空气阻力。同时，可以将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，这样设计的好处就是尾翼迎角为负数的时候，就可以最大限度的减小诱导阻力，不会对航空模型的飞行产生较大影响。

六、结束语

通过制作航空模型可以充分的学习到有关物理的各种知识，并将其有效的应用到实践之中，从而有效地加深自己的理解。所以，制作航空模型是一项十分有益的活动，现代高中学生可以通过这种方式进行学习和娱乐，不仅可以提升学习的积极性，还能提升自己的动手操作能力。

[ 参  考  文  献 ]

[1]王革.浅议高中物理教学中物理模型构建与应用策略[J].社会科学：引文版：00206-00206.

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

[3]郑康.浅议ARCS动机模型在中学物理教学中的应用[J].物理通报，2016（9）：125-128.