航天模型原理与结构—5.模型飞机与真飞机的“动力相似”

第五节  模型飞机与真飞机的“动力相似”    模型飞机在空气动力上有和真飞机有很多相似之处，但是它们之间又不完全相同，存在“动力相似”问题。不管是根据真飞机设计模型飞机，还是用模型飞机做试验来设计真飞机，都需要根据“动力相似”进行修正。一、模型飞机与真飞机动力相似的条件    要想用模型飞机来进行有关真飞机的试验，首先要注意动力相似问题。不论是模型飞机还是真飞机，在飞行时不但有升力还有重力（地球的万有引力）。所以惯性力（如升力）与重力（表现为飞机的重量）的比值，对于飞机和模型都应一样。   升力与大气密度、速度平方及机翼面积成比例，物体重量可以认为等于物体质量乘以重力加速度。1、几何尺寸    模型要在外形上与真飞机类似，缩小的比例可以根据条件而定。设比例为，    需要注意比例不宜太小，否则模型太小，雷诺数太小，在气动力相似上要遇到很大困难。2、模型飞机飞行高度和真飞机2行高度的关系    真飞机飞行高度一般比较高，一般为8000到10000米，空气比较稀薄，空气密度为，而模型飞机一般都靠近地面1－300米以下，空气比较稠密，密度为。模型飞行高度的大气密度与真飞机飞行的大气密度的比值用字母表示，如比例为2.5，制作模型时要先决定这个比值，然后再根据这个比值决定模型飞机的重量。3、模型的重量    由前面有：4、模型的速度    为了动力相似，应该有：5、模型飞行的时间    做相同的动作时，模型飞机所需要的时间与真飞机的不一样：    因此，用模型飞机进行试验会遇到一个很大的困难，就是模型反应太快。同样的动作，真飞机需要时间长，模型飞机需要时间短。6、模型的角速度    模型飞机的速度比真飞机慢，但做同一动作时，模f用的时间比真飞机短。如果同样使飞机和模型飞机转360度，真飞机需要时间长，即角速度慢；模型需要时间短，它的角速度就快。两者需要时间的比值是，所以飞机角速度与模型角速度的比值是。7、转动惯量    模型的重量如果按照前面所说的比例确定后，还有一个重量如何分配的问题。如果把模型飞机大部分重量用一块铅来代替并把这块放在重心附近，t就和真飞机的重量分布不一样，飞机在空中的飞行特性也就模拟不了。衡量这方面的特性通常用飞机绕三轴转动的关心大小来决定，这惯性大小称为转动惯量。转动惯量使飞机质量和一定长度的平方的乘积。这个“一定长度”与飞机各部分重量分布有关。所以模型飞机的转动惯t也一定要按着关系求出比值。质量的比值是，长度平方的比值是，于是飞机转动惯量与模型转动惯量的比值是。为达到预期要求的比例关系，在很多时候需要在模型的翼尖、机头、机尾内配重，同时总重量仍满足前面的要求。8、模型所用发动机的功率    由于发动机需要带动螺旋桨，总的推进效率很难按比例达到，所以模型需要的功率应保证能达到前述模型的速度为准，要用多大的功率就用多大的功率。如按照1:10的比例，翼面积为为1/100，要求模型重量只有真飞机的1/400，但是由于速度较快，大气密度也比较高，所以模型升力正好为飞机的1/400。9、结论    因此，仅仅用外形相似的模型飞机来模拟仿真飞机是远远不够的，如果能动力相似，试飞结果可能给人一个假象，甚至会得到错误的结论。模型飞机的操纵比真飞机还困难，动力相似的模型反应比真飞机快。