現在飛機的設計製造成本正在急劇增加。在真正進行生產之前,應用模型進行飛行驗證必不可少。那麼,驗證機應該怎麼設計才能真正反映一架真實飛機的飛行性能?

模型飛機在空氣動力上有和真飛機有很多相似之處,但是它們之間又不完全相同,存在“動力相似”問題。不管是根據真飛機設計模型飛機,還是用模型飛機做試驗來設計真飛機,都需要根據“動力相似”進行修正。

一、模型飛機與真飛機動力相似的條件

要想用模型飛機來進行有關真飛機的試驗,首先要注意動力相似問題。不論是模型飛機還是真飛機,在飛行時不但有升力還有重力(地球的萬有引力)。所以慣性力(如升力)與重力(表現爲飛機的重量)的比值,對於飛機和模型都應一樣。

升力與大氣密度、速度平方及機翼面積成比例,物體重量可以認爲等於物體質量乘以重力加速度。

1、幾何尺寸

模型要在外形上與真飛機類似,縮小的比例可以根據條件而定。設比例爲R,

需要注意比例R不宜太小,否則模型太小,雷諾數太小,在氣動力相似上要遇到很大困難。

2、模型飛機飛行高度和真飛機飛行高度的關係

真飛機飛行高度一般比較高,一般爲8000到10000米,空氣比較稀薄,空氣密度爲0.050kgs2/m4,而模型飛機一般都靠近地面2-300米以下,空氣比較稠密,密度爲0.125kgs2/m4。模型飛行高度的大氣密度與真飛機飛行的大氣密度的比值用字母表示,如比例爲2.5,製作模型時要先決定這個比值,然後再根據這個比值決定模型飛機的重量。

3、模型的重量

由前面有:

4、模型的速度

爲了動力相似,應該有:

5、模型飛行的時間

做相同的動作時,模型飛機所需要的時間與真飛機的不一樣:

因此,用模型飛機進行試驗會遇到一個很大的困難,就是模型反應太快。同樣的動作,真飛機需要時間長,模型飛機需要時間短。

6、模型的角速度

7、轉動慣量

8、模型所用發動機的功率

由於發動機需要帶動螺旋槳,總的推進效率很難按比例達到,所以模型需要的功率應保證能達到前述模型的速度爲準,要用多大的功率就用多大的功率。

如按照1:10的比例,翼面積爲爲1/100,要求模型重量只有真飛機的1/400,但是由於速度較快,大氣密度也比較高,所以模型升力正好爲飛機的1/400。

9、結論

因此,僅僅用外形相似的模型飛機來模擬仿真飛機是遠遠不夠的,如果能動力相似,試飛結果可能給人一個假象,甚至會得到錯誤的結論。模型飛機的操縱比真飛機還困難,動力相似的模型反應比真飛機快。

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