航模发动机
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2023年3月18日发(作者：中元节是什么意思)航模的基本原理和基本知识
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一、航空模型的基本原理与基本知识
1)航空模型空气动力学原理
1、力的平衡
飞行中的飞机要求手里平衡，才能平稳的飞行。如果手里不平衡，依
牛顿第二定律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加
速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图
1-1﹞。升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，
阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称x与y方
向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，
飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向
合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故
y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。
推力
阻力
升力
重力
圖1-1
图1-1
弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，X轴弯矩不平
衡飞机会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会
俯仰﹝如图1-2﹞。
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X軸
Z軸
Y軸
(俯仰軸)
(偏航軸)
(滾轉軸)
圖1-2
图1-2
2、伯努利定律
伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越
大，静压力越小，速度越小，静压力越大，流体一般是指空气或水，
在这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，
机翼下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力﹝如图1-3﹞，
于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来，以前的理论认为两个相
邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一
个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞，
经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该
无法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质
点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图
1-5﹞。
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圖1-3
图1-3
圖1-4
图1-4
圖1-5
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图1-5
升力的錯誤理論
圖1-6
真空
升力的錯誤理論
圖1-7
升
力
阻
力
3、翼型的种类
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全對稱
半對稱
克拉克Y
內凹翼
S型翼
圖3-2
１全对称翼：上下弧线均凸且对称。
２半对称翼：上下弧线均凸但不对称。
３克拉克Y翼：下弧线为一直线，其实应叫平凸翼，有很多其它平凸
翼型，只是克拉克Y翼最有名，故把这类翼型都叫克拉克Y翼，
但要注意克拉克Y翼也有好几种。
４S型翼：中弧线是一个平躺的S型，这类翼型因攻角改变时，压力
中心较不变动，常用于无尾翼机。
５内凹翼：下弧线在翼弦在线，升力系数大，常见于早期飞机与牵引
滑翔机，所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。
基本航模的翼型选测规律：
１薄的翼型阻力小，但不适合高攻角飞行，适合高速机。
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２厚的翼型阻力大，但不易失速。
３练习机用克拉克Y翼或半对称翼，因浮力大。
４特技机用全对称翼，因正飞或倒飞差异不大。
５斜坡滑翔机用薄一点翼型以增大滑空比。
６3D特技机用前缘特别大的翼型以便高攻角飞行。
4、飞行中的阻力
一架飞行中飞机阻力可分成四大类：
１磨擦阻力：空气分子与飞机磨擦产生的阻力，这是最容易理解的阻
力但不很重要，只占总阻力的一小部分，当然为减少磨擦阻力
还是尽量把飞机磨光。
２形状阻力：物体前后压力差引起的阻力，平常汽车广告所说的风阻
系数就是指形状阻力系数﹝如图3-3﹞，飞机做得越流线形，
形状阻力就越小，尖锥状的物体形状阻力不见得最小，反而是
有一点钝头的物体阻力小，读者如果有机会看到油轮船头水底
下那部分，你会看到一个大头，高级滑翔机大部分也有一个大
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头，除了提供载人的空间外也是为了减少形状阻力。
圖3-3
３诱导阻力：机翼的翼端部因上下压力差，空气会从压力大往压力小
的方向移动，部份空气不会规规矩矩往后移动，而从旁边往上
翻，因而在两端产生涡流﹝如图3-4﹞，因而产生阻力，这现象
在飞行表演时，飞机翼端如有喷烟时可看得非常清楚，你可以
注意涡流旋转的方向﹝如图3-5﹞，﹝图3-6﹞是NASA的照
片，可看见壮观的涡流，因为这种涡流延伸至水平尾翼时，从
水平尾翼的观点气流是从上往下吹，因此会减小水平尾翼的攻
角，也就是说水平尾翼的攻角实际会比较小，﹝图3-6﹞只不过
是一架小飞机，如像类似747这种大家伙起飞降落后，小飞机
要隔一阵子才能起降，否则飞入这种涡流，后果不堪设想，这
种阻力是因为涡流产生，所以也称涡流阻力。
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氣流流向
往後上翻的氣流
圖3-4
圖3-5
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４寄生阻力：所有控制面的缝隙﹝如主翼后缘与副翼间﹞、主翼与尾
翼与机身接合处、机身开孔处、机轮与轮架、拉杆等除本身的
原有的阻力以外，另外衍生出来的阻力﹝如图3-7，3-8﹞。
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寄生阻力
圖3-7
副翼
機翼後緣
寄生阻力
圖3-8
一架飞机的总阻力就是以上四种阻力的总合，但飞机的阻力互相影响
的，以上的分类只是让讨论方便而已，另外诱导阻力不只出现在翼端，
其它舵面都会产生，只是翼端比较严重，磨擦阻力、形状阻力、寄生
阻力与速度的平方成正比，速度越快阻力越大，诱导阻力则与速度的
平方成反比﹝如图3-9﹞，所以要减少阻力的话，无动力飞机重点在
减少诱导阻力，高速飞机重点在减少形状阻力与寄生阻力。
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速度
阻
力
總阻力
磨擦、形狀、寄生阻力
誘導阻力
圖3-9
5、机翼负载
翼面负载就是主翼每单位面积所分担的重量，这是评估一架飞机性能
很重要的指针，模型飞机采用的单位是每平方公寸多少公克
﹝g/dm2﹞，实机的的单位则是每平方公尺多少牛顿﹝N/m2﹞，翼
面负载越大意思就是相同翼面积要负担更大的重量，如果买飞机套件
的话大部分翼面负载都标示在设计图上，计算翼面负载很简单，把飞
机﹝全配重量不加油﹞秤重以公克计，再把翼面积计算出来以平方公
寸计﹝一般为简化计算，与机身结合部分仍算在内﹞两个相除就得出
翼面负载，例如一架30级练习机重1700公克，主翼面积30平方
公寸，则翼面负载为56.7g/dm2。
练习机一般在50~70左右，特技机约在60~90，热气流滑翔机
30~50，像真机110以内还可忍受，牵引滑详机约12~15左右，
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6、展弦比
从雷诺数的观点机翼越宽、速度越快越好，但我们不要忘了阻力，短
而宽的机翼诱导阻力会消耗你大部分的马力。飞机要有适合的展弦
比，展弦比A就是翼展L除以平均翼弦b(A=L/b)，L与b单位都是
cm，如果不是矩形翼的话我们把右边上下乘以L，得A=L2/S，S
是主翼面积，单位是cm²，这样不用求平均翼弦，一般适合的展弦比
在5~7左右，超过8以上要特别注意机翼的结构，药加强记忆强度，
否则，一阵风就断了。滑翔机实机的展弦比有些高达30以上。
如前所述磨擦阻力、形状阻力与速度的平方成正比，速度越快阻力越
大，诱导阻力则与速度的平方成反比，所以高速飞机比较不考虑诱导
阻力，所以展弦比低，滑翔机速度慢，采高展弦比以降低诱导阻力，
最典型的例子就是U2﹝如图3-15﹞跟F104﹝如图3-16﹞，U2为
高空侦察机，为长时间翱翔，典型出一次任务约10~12小时，U2
展弦比为10.5，F104为高速拦截机，速度达2倍音速以上，展弦
比4.5，自然界也是如此，信天翁为长时间遨翔，翅膀展弦比高，隼
为掠食性动物，为求高速、灵活，所以展弦比低。
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滑翔机没有动力，采取高展弦比以降低阻力是唯一的方法，展弦比高
的机翼一般翼弦都比较窄，雷诺数小，所以要仔细选择翼型，避免过
早失速，另外高展弦比代表滚转的转动惯量大，所以也不要指望做出
滚转的特技了。
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7、翼面
翼平面即是主翼平面投影的形状，当我们已假定飞机重量、翼面负载
后，主翼面积即可算出，展弦比亦已大致决定，这时就要确定主翼平
面形状，考虑的因素有1失速的特性、2应力分布、3制作难易度、
4美观，模型飞机的速度离音速还差一大截，不须考虑空气压缩性，
也没有前后座视野的问题，所以后掠翼不需考虑，当然为美观或像真
机除外，常见的平面形状与特性如下：
１矩形翼：﹝如图4-1﹞从左至右翼弦都一样宽，练习机常用的形状，
因为制作简单，失速的特性是从中间开始失速，失速后容易补
救。
圖4-1
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２和缓的锥形翼：﹝如图4-2﹞从翼根往翼端渐缩，制作难易度中等，
合理的翼面应力分布，缓和的翼端失速，特技机最常见的意形
式。
圖4-2
３尖锐的锥形翼：﹝如图4-3﹞同样从翼往翼端渐缩，但翼端极窄，
恶劣的的翼端失速。
圖4-3
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４椭圆翼：﹝如图4-4﹞制作难度高，最有效率的翼面应力分布，翼
端至翼根同时失速，这也是天上最优美的翼面形式。
圖4-4
机翼先失速的位置跟局部升力系数与平均升力系数的比值有关，比值
大的地方先失速，另因升力分布于所有翼面，机翼的剪应力与弯矩应
力会从翼端往翼根处累积，所以飞机结构失败在空中折翼都在靠机身
处，矩形翼结构应力分不就很不经济，靠翼端处结构过强，增加无谓
的重量，锥形翼、椭圆翼就比较经济，此外从图面也可看出矩形翼的
诱导阻力比较大，即使翼端的面积大效率也不好。
尖锐的锥形翼翼端极窄，雷诺数小，且因为翼弦短，同样精度下制作
时攻角误差大，翼端很容易失速，翼端失速后就从先失速的一端先往
下掉，而且不见得救得回来，所以做Ju87像真机那类飞机要特别注
意。
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主翼平面形状不需要一成不变的为锥形翼或椭圆翼，可以依需求、制
作难易度与美观采取各种组合。
2）遥控系统
随着我们身边的电子产品的不断更新我们身边的电子讯号干扰日
趋严重对航模业来影响越来越严重之前的遥控器和遥控模型之
间是采用100MHz以下的频度来通讯的现在的电子讯号对低频段
的干扰是很严重的而且100MHz的通讯距离有限。数字无线通讯
技术的不断发展越来越多的航模厂商的把目光投向ISM频段尤其
是全球免费频段2.4G的数字无线传输模块上。而传统的模拟低频无
线航模远控系统日益受到信号干扰严重、通讯间隔有限、同场信道少
等缺点的制约。
飞机模型的无线电遥控,是指利用无线电波传送操作者对模型动作的
指令模型根据指令做出各种飞行姿态。用无线电技术对模型进行飞行
控制的史，可以追溯到第二次世界大战以前。不过，由于当时民间。
用无线电制航模面临十分复杂的法律手续，而且当时的遥控设备既笨
重又极不可，因此，遥控航模未能推广开来到了本世纪60年代初期，
随着电子技术发展，各种应用于航模控制的无线电设备也开始普与，
时至今日，无线遥控设备已广泛地用于各种航空、航海和陆上模型。
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以四通道比例遥控设备系统为例，它由发射机、接收机、舵机、电
源等部分组成。
图l所示的，是4通道比例遥控设备发射机的外型和各部分名称。在
发射机的面板上，有两根分别控制l、2通道和3、4通道动作指令的
操纵秆，以与与操纵杆动作相对应的4个微调装置。在发射机底部，
设置有4个舵机换向开关，分别用于变换舵机摇臂的偏转方向。
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图2所示的，是接收机和舵机以与接收机电源装置，其中接收机用来
接收从发射机传来的指令信号，经处理后，指挥舵机作出与发射机指
令相对应的动作。电池组给接收机和舵机提供工作能源，它由4节普
通5号干电池串联而成。如果是电动航模则将其中一个舵机换为电子
调速器（俗称电调）。电子调速器连接电源和电机，而且接收机也直
接由电子调速器连接的电源供电。
所谓比例控制，简单说来，就是当我们把发射机上的操纵杆由中
立位置向某一方向偏移一角度时，与该动作相对应的舵机摇臂也同时
偏移相应的角度，舵机摇臂偏转角度与发射机操纵杆偏移角度成比例.
图3显示了发射机执行舵机与飞机模型舵面的动作关系。当发射机操
纵杆(或对应的微调杆)往左、右偏转或回复中立时，执行舵机的摇臂
也随之相应地往左、右偏转或回复中立,带动模型的舵面往左,右偏转
或回复中立，操纵杆(或微调杆)、舵机摇臂、模型舵面偏转的角度大
小成比例。
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4通道的比例遥控设备,可以同时对模型进行四个不同动作(例如油
门、升降舵,方向舵,副翼)的比例控制。这样的控制已十分接近载人飞
机的操纵了。因此，如果能熟练地运用遥控设备和充分地掌握模形飞
行的原理，经过一段时间的刻苦练习,操纵者可象驾驶载人飞机一样
控制模型在天空自由飞翔。
发射机的组成如图4所示,它基本上是由操纵器、编码电路、开关电
路、高频电路组成。。操纵器与可变电位器电路连接可变电位器又信
号发生电路—编码器连接，编码鸡器发生的信号搭载在高频无线电波
上由天线发送出去,这个过程有点像用火车运载货物,操纵者相当于货
运调度员,动作指令信号相当于货物，而高频无线电波相当于火车，
把"货物"搬上"火车"的过程称为调制。
4通道遥控发射机发出的无线电波如图5所示,Ta_d操纵杆用脉
冲信号与Ts矩形波(共5个信号)组成一个周波，在1秒时间内大约
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自动重复出现30个周波。Ta_d分别与和操纵杆连接的可变电位器
相对应，当操纵杆运作时,Ta_d的信号随之改变其时间宽度，促使与
接收机连接的舵机边做出相应成比例的动作.Ts信号不是用于操纵
杆的、短有较长的时间宽度，当接收机由于杂音信号干扰而引起信号
排列紊乱时，它能自动整形。在脉冲信号之间的To是没有无线电信
号的间隔期，它能使接收机可靠地区别多个信号。
接收机组成如图6所示，它基本上可分成接收电路、译码电路等部分。
从接收电路出来的低频输出通过译码电路就能分别独立地取出由发
射机发出的操纵杆动作信号Ta_d。这个过程有点像货物运达目的地
车站后；把货物卸下来并分类送给不同的使用者。接收电路相当于接
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货、卸货人员，她们把“货物”卸下来后，由货物分类人员(译码电
路)把“货物”送给不同的用户—各个执行舵机。
舵机的组成如图7所示。舵机由能够取出与发射机操纵杆动作成比
例的信号的电路和能够作出与该信号相对应动作的马达和齿轮减速
机构组成。作为发射机操作杆动作与模型动作之间的动作媒介，舵机
的可靠性是极为重要的。舵机动作摇臂常用的形状如图8所示。这
些摇臂因用途不同而具有不同的形状、力臂半、半径、强度。
六通道遥控器电路如图
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3）动力系统
航空模型的动力，根据能量来源的不同分为电动和油动。本航模采用
电动，所以着重介绍一下电机。
油动机主要的能量是来源于燃料，如煤油、甲醇等，燃料在内燃机或
者是喷气发动机中燃烧，从而带动飞机前进。
电动则不明思议是有电池或只是蓄电池提供电力有电机将电能转化
为机械能。电机主要有有刷电机和无刷电机两类。当下航空模型中主
要使用无刷电机，也有一部分使用有刷电机。
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有刷电机电机工作时线圈和换向器旋转磁钢和碳刷不转线
圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。有刷
电机和无刷电机有很多区别从名字上可以看出，有刷电机有碳刷无刷
电机没有碳刷。
1、无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成是一种典型的机电一
体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的所以不会象变频
调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组也不会在
负载突变时产生振荡和失步。
2、有刷电机是指电机是直流电输入控制它的控制器只给它提供大
小电流就可以调速了;而无刷电机其实就是个三相交流电机靠控制
器把直流电转换成三相交流电并根据电机里的传感器霍尔元件进
行换相使电机正常运转。直接来说无刷电机比有刷电机寿命长、起
步有劲省电但是控制器却比有刷控制器成本高。
无刷电机常识：
无刷电机上标有2212KV1400等参数，前面的四位数是电机形状
的参数，22表示直径，12表示电机的长度。而kv1400则表示该电
机在1V电压下每分钟的转速为1400转，如果是在10V电压下工
作则转速时14000转每分钟。2208KV2200则表示电机直径
22mm，长度8mm，1V电压下工作每分钟转速为2200转。计算
公式为：电机的转速（空载）=KV值X电压；例如KV1000的电机
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在10V电压下它的转速（空载）就是10000转/分钟。电机的KV
值越高，提供出来的扭力就越小。
电机与浆的搭配：
3S电池下；KV900-1000的电机配1060或1047浆，9寸浆也可
KV1200-1400配9050（9寸浆）至8*6浆
KV1600-1800左右的7寸至6寸浆
KV2200-2800左右的5寸浆
KV3000-3500左右的4530浆
2S电池下；KV1300-1500左右用9050浆
KV1800左右用7060浆
KV2500-3000左右用5X3浆
KV3200-4000左右用4530浆
各型号电机与不同桨组合的推力测试数据：
A2212KV930：
GWS1047桨：11V12.1A6430转788克；10.5V11.6A
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6270转750克；10V10.9A6130转710克；9.5V10.1A
5900转650克。
GWS1060HD桨，11V9.9A,7130转，推力650克。10V8.6A，
6690转，推力575克。
A2212，KV1000：
GWS1047RS桨，11V15.6A,6810转，推力886克。10V14A，
6530转，推力820克。
GWS1060HD桨，11V13.1A，7630转，推力745克。10V
11.6A，7260转，推力675克。（450－550克的3D配置，3S12
－15C1000－1500mAh）
GWS9050HD桨，11V10.5A8430转，推力681克。10V9.2A
7900转，推力603克。（300－400克的3D配置，3S10－12C
800－1200mAh）
A2212，KV1400：
GWS1047RS桨，8V18A，6380转，推力775克。7V15.1A，
5860转，推力650克。（400－450克的3D配置，2S12—15C
1200－1500mAh）
GWS1060HD桨，8V15.2A，7220转，推力670克，7V12.7A，
6560转，推力553克。
GWS9050HD桨，11V18.9A，9720转，推力903克，10V，
15.4A,9240转，推力816克。
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GWS8040HD桨，11V12.6A，11800转，推力700克。10V
11A，11000转，推力606克。
GWS8060HD桨，11V17.8A，10250转（破桨了），10V，
15.4A,9660转。（600克级别的电动3A普通固定翼的配置）
A2212，KV1750：
2S锂电，适合HY8×4.3桨；3S锂电，适合7×3～7×5的桨（售
缺）
A2212，KV2200：
5043桨，11V21.1A，18800转，10V19.1A，17600转。（400
－650克级别，高速飞翼后推像真机用的配置。3S15－20C
1500－2000mAh）
一般来说，浆越大对飞机所产生的反扭力越大，所以浆的大小与机的
翼展大小有着一定关系，但浆与电机也有着上面所讲的关系。
例如用1060浆，机的翼展就得要在80CM以上为合适，不然的
话机就容易造成反扭；又如用8*6的浆翼展就得在60以上。在选择
玩什么机型的时候就要注意这4者的关系，尤其是新手选择机型，一
定要看这机型翼展大小选择配电机、浆、电池，特别要注意的是，不
能用大浆配高KV的电机，否则烧电机还影响了电池，有可能连电调
也烧掉。
航模的基本原理和基本知识
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4）能量来源
时下航空模型的动力来源主要分为电动和油动。
油动自然是由发动机燃烧燃料提供动力。现在比较流行的燃料有很
多，常用的燃料是煤油和乙醚和甲醇。依据的原理是内燃机。
电动则是由电流驱动电机提供动力，航模的充电电池的种类比较多，
但是用于航模之上要求能量密度大，重量轻，放电电流大，目前主要
使用镍铬电池、镍氢电池和锂离子电池。充电电池的内阻低，使用时
谨防短路，否则可能引起烫伤、火灾。
镍镉电池（Ni-CD）的主要特点是优异的大电流放电性能，满足
航模短时间高功率要求。充电电池一个重要的性能指标是放电倍率。
所谓放电倍率，就是指电池的最大连续放电电流与其标称容量电流
（C）的比值。C代表的是以一小放电完毕的电流或者说是标称容量
的电流为1C。通常在容量C前加一个数字表示。例如某种1800毫
安电池的放电倍率为10C，即表示它的最大连续放电电量为18A，
可见放电倍率是衡量电池急放电性能的重要指标。由于生产工艺和结
构上的差异，不同品牌电池的放电倍率往往不同。国产镍隔电池一般
为6C~12C，进口电池通常要高一些，尤其是模型飞机专用动力电
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池，往往可达20C左右，优秀的三洋电池甚至高40C以上。选择
电池首先就是选挥高放电倍率的电池。
但是镍镉电池的能量密度小，并且有记忆效应，废旧电池对环境
污染比较大，将很快被淘汰，目前只用于特大电流输出的场合。镍氢
电池(Ni-MH)是一种环保型的充电电池，使用性能和充电方式同镍铬
电池一样，标称电压也是1.25伏，但是功率密度更大，目前已经在
相当多的场合取代了镍铬电池，只是在大电流放电性能方面尚不与镍
铬电池，一般在7C左右。镍铬电池和镍氢电池有相同系列的型号，
常用的主要有F型、D型、C型、SC型、A型、AA型（5号）、AAA
型（7号）AAAA型等。扣式，方型，口香糖型，此外还会有一些特
殊型号的电池，它们通常是由标准电池型号规格衍生出来的加长或缩
短型号。电池单体（电池芯）有时也直接以电池尺寸为标示，如
18650、1848，它们标示的是直径18毫米，长度分别为65毫米和
8毫米的单体电池。航模中电机以与接收机都要使用电源，它们的电
压一般都在5伏以上，动力组一般都在9~12伏以上，这需要多节电
池串联，一般用镍片点焊连接。业余制作可以用用铜片锡焊，不过要
注意焊接时间短，避免电池受损。
锂离子聚合物电池(Li-Poly)是今后充电电池发展的方向。它已
经广泛的是用在手机等掌上电子产品上面。锂离子聚合物的单体电压
高达3.6伏，能量密度大，质量轻，没有记忆效应。但是锂离子电池
的充放电要求比较高，也很难做到大电流放电，一般在3C左右，否
航模的基本原理和基本知识
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则非常容易损伤电池。而航模专用的锂离子聚合物电池的放电能力已
达10C，同时锂离子聚合物电池的安全性已经不成问题，但需要专
门的充放电保护电路保护。锂离子聚合物电池的封装形式非常多，多
数为扁的长方体，并且带有每块电池专用的保护电路，在放电电压低
于一定时间或放电电流高于一定时间都会自动保护，很多电池保护电
路还带有充电保护功能。锂离子聚合物电池在结构上采用铝塑软包
装，有别于早期液态电芯的锂离子电池(Li-ion)的金属外壳，一旦发
生安全隐患，液态电芯容易爆炸，而聚合物电芯最多只会气鼓。