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1、设计制作一架KT板像真电动模型飞机作者：戴瀚苏2009-7-4、前言用KT板制作模型飞机的优点是重量轻，成本低，工艺简单，耐摔且容易修复，因此KT板模型飞机受到了模友们的广泛青睐。目前，用 KT板制作模型飞机呈现出两种趋势， 其中主流趋势是仿照运动机（如Extra330, Su-26, Yak-54等）外形制作尺寸小（翼展800mm以下），重量轻（起飞重量低于 500g）的轻型特技模型飞机或室内超轻型特技飞机模型，如 图1,这类模型飞机翼载轻，操纵效率高，动力强劲，因此可以很容易完成各种特技飞行动 作，是初学者练习特技飞行的尚佳选择；然而最近另一种趋势正在悄然兴起，那就是仿照战斗机（如F-18
2、、F-22、Su-27等）外形制作尺寸中小（翼展 700mm到1000mm之间），重量 较重（起飞重量大于 500g）的像真模型飞机，如图2,这类模型飞机机翼展弦比和机翼面积 较小，动力充沛，因此飞行速度快并且具有较强的机动能力，给喜爱像真模型飞机的朋友们带来了刺激和乐趣。图1 KT板轻型特技模型飞机图2 KT板像真模型飞机然而，KT板像真模型飞机在展现速度与激情的同时也存在着不少问题和难点，首先， KT板像真模型飞机的滑翔性能欠佳。按照真实战斗机缩比制作的模型飞机机翼的展弦比和 面积很小，前缘后掠角很大，导致飞机低速性能恶化，着陆速度过快。其次，KT板像真模型飞机的重心位置是比较难解决的问题
3、。出于制作简单的考虑，用KT板制作机翼时通常采用平板翼型，这种翼型很容易失速，加上细长前机身和边条翼的影响，导致整机气动中心变化范围较大并且难以确定，因此必须将重心调整到适当位置以保证充足的纵向稳定裕度。再次，KT板像真模型飞机的动力选择也比较讲究。为了提高速度和仿真度，KT板像真模型飞机通常采用中高转速推进式螺旋桨作为动力，又由于电机位置应尽量靠近重心，因此螺旋桨通常位于机身中部， 这就要求螺旋桨的直径不能超过中机身的最大宽度，在螺旋桨直径受到限制的情况下，必须选择合适的桨距和电机转速来实现理想的推力。由此看来设计一架 KT板像真模型飞机远比设计一架普通的KT板特技模型飞要难，但是执着的航模
4、发烧友们从没有停止过对 KT板像真模型飞机的探索和追求，笔者就是其中之一。 在经历过几次失败之后，笔者终于试制出一款KT板Mig-29像真电动模型飞机，如图 3。多次试飞证明该模型飞机具有良好的俯仰稳定性、操纵性和滑翔性能，甚至还能完成筋斗、横滚、大迎角飞行等机动动作，是一款成功的 KT板像真模型飞机。本文将整个设计、制作、试飞过程记录下 来，并将成功的经验与大家分享。图3制作完成的KT板Mig-29像真电动模型飞机、构思在设计之初慎重选择参照机型是决定成败的关键。制作KT板像真模型飞机总要以某种战斗机外形做为参考， 但是世界上现有的战斗机种类繁多，外形迥异，并不是所有的型号都适合作为参照机型
5、来临摹。通常，机翼展弦比较大，前缘后掠角较小，根稍比不太大的外形比较适合于速度相对很低的航模飞行。笔者将各国现役主力战斗机的相关数据统计如下：战斗机型号展弦比A前缘后掠角/跟梢比综合指标IF-146.6419.53.17291.9F-152.5945.04.9019.8F-163.7440.03.6756.0F-183.5126.02.86157.3F-222.3941.06.6212.6F-353.0833.53.8849.0F-1171.9868.05.139.3Su-273.3842.53.5351.8Mig-293.3942.04.0938.6FC-12.5145.04.9119.2J
6、-102.6246.56.3612.9Mirage20001.8861.015.112.3Rafale2.2549.56.769.5Typhoon2.1852.06.219.9JAS-392.1952.07.557.6表1常见战斗机外形数据统计表机翼完全展开状态为了更好的评估和比较各战斗机外形作为航模参照机型的潜力，笔者将这些外形参数简单地换算成一个综合指标，其定义如下：1000 AI 2该指标反映了某种战斗机外形作为KT板象征模型飞机参照机型的适合程度，数值越高越适合，图4展示了各种机型按照综合指标由高到低排列的情况。虽然该公式没有严格理论依据，但在初步设计的时候可以提供必要的参考。二11_
7、 型营- 匚口 OLIdAL EE口 MsEI J上一WInE不言 理工图4各种机型综合指标对比通过对比，同时也处于个人喜好，笔者选择了Mig-29作为参照机型。确定参照机型以后，笔者又从网上下载了Mig-29战斗机的详细图纸和精美图片（如图5）,为设计和制作做好准备。图5 Mig-29战斗机详细图纸和精美图片KT板强度、刚度和单张接下来是确定模型飞机的起飞重量、翼展和推重比。受到 展板尺寸限制（KT展板尺寸大约为900m诉12000mm）,模型飞机的起飞重量不宜过重,KT初步定为500600g,尺寸也不宜过大，初步确定翼展700800mm。根据经验初步拟定最大推力600700g,推重比介于1
8、.0和1.4之间。三、选材1 . KT板：选用废弃的KT展板作为主要材料，优点是价格低廉，原料充足；缺点是表面喷绘层比较重，不过撕去喷绘层是很容易的事，而且如果个别部件需要加强，那么保留喷绘层的KT板可以提供不错的强度和刚度。2 .螺旋桨：前面提到，由于螺旋桨直径受到中机身宽度的限制，因此动力系统的选择应该从这一限制出发寻找最优方案。根据模型飞机翼展和比例尺可以估算出中机身宽度,了保证前后机身的连接强度，螺旋桨直径的选择应当留有余量，初步估计螺旋桨直径大约为8英寸（203.2mm）。8英寸螺旋桨可以有不同的桨距，市面上最常见的有 8060和8040两种,旋桨，采用电机直接驱动螺旋桨的动力方案转
9、速较高,应该选择高速螺旋桨；而采用电机通桨距的最终确定和电机的选取有关。需要注意的是，不同的驱动方式应该采用不同类型的螺应该选择低速螺旋桨， 图6和图7分别展示了两图7低速螺旋桨过减速器驱动螺旋桨的动力方案转速较低, 种不同类型螺旋桨外形上的差异。图6高速螺旋桨3 .电机：选定螺旋桨直径以后，再结合最大推力就可以基本确定电机型号。在选购电测试参数一般包括被测机时，负责的商家会将各种型号电机的测试结果列出以供买家参考,电机KV值，测试电压（或锂电池串联片数），螺旋桨型号，最大电流，最大转速和最大拉或推力。KV值是选择电机的最关键参数，它直接影响电机最大转速和最大电流，通常尺寸 相同电机KV值高的
10、电机最大转速高，最大推力大，但是最大电流也大， 而且耗电量和发热量也随之上升，工作效率（一般指推力与功率之比）下降，所以KV值的选择必须充分权衡最大转速和耗电量等因素。由于KT板像真模型飞机对飞行速度有较高要求，因此螺旋桨转速不宜过低，因为在静态推力一定的情况下，如果转速较低，其推力会随着来流速度的增加而迅速下降，从而只能达到较低的临界（最大）平飞速度；如果转速较高，则可以使推力随 速度增长下降缓慢，从而获得较高的飞行速度。为了形象地说明转速随飞行速度变化关系， 图8给出了螺旋桨推力随飞行速度变化的理论曲线，曲线是根据著名的螺旋桨推力计算公式艾伯特公式推广得到的。600500 g 400 U
11、LT 300 - 200 - 100 -700A 00102030405060708090100V0(kph)图8螺旋桨推力-飞行速度理论曲线图中黑色曲线表示模型飞机平飞阻力，它随着速度增长而非线性增长。A、B、C、D四点分别是不同型号螺旋桨在特定转速下的推力-飞行速度曲线和平飞阻力曲线的交点，它们的横坐标代表了选用该型螺旋桨所能达到的临界（最大）平飞速度。从图中不难看出在静态推力相等的情况下，螺旋桨转速对临界平飞速度所起到的决定性作用。在权了衡最大转速、电流的诸多因素后，电机KV值被锁定在13001500rpm/v范围内。经过对市场上同类产品性能、 价格的对比，笔者最终选择新西达A2212外
12、传子无刷电机（如图 5）, KV值1400rpm/v,该电机使用GWS不同型号螺旋桨的测试数据如下表：螺旋桨电压/v电流/A转速/rpm推力/g电压/v电流/A转速/rpm推力/gGWS1047RS8186380775715.15860650GWS1060HD815.27220670712.76560553GWS9050HD1118.997209031015.49240816GWS8060HD1117.8102501015.49660GWS8040HD1112.611800700101111000606表2新西达A2212外传子无刷电机测试数据根据测试数据，使用新西达 A2212外传子无刷电机
13、（KV1400 ）直接驱动GWS8040HD螺旋 桨（如图9）是不错的选择，既达到了静推力的要求又具备较高的转速，而且电流相对来说 很低。图9新西达A2212外传子无刷电机（KV1400 ）和GWS8040HD螺旋桨3 .电池：电池的选择主要根据三个重要参数，分别是电压（或者锂电池串联片数）、容量和放电倍率。因为测试电压为11v,所以锂池电压理所应当与之接近，3片锂电池串联电压11.1v,是比较合适的选择。事实上，很多商家在做动力系统测试时，为了消除不同品牌 电池质量差异造成的误差，通常采用稳压电源而非锂电池作为供电设备，因此测试数据也是在电压恒定条件下得到的结果，这显然与真实情况下锂电池持续
14、放电过程中电压不断下降有一定差距，所以在参考测试数据时应当持谨慎态度。好在普通3片串联锂电池充满电时电压一般为12.6v,相比测试电压有一定裕量，所以实际情况中达到甚至超过测试数据中的推力 值还是有可能的。电池容量主要影响飞机起飞重量、放电时间和最大放电电流，1300mAh的锂电池大约105g,比较适合起飞重量为 500g的KT板像真模型飞机。放电倍率主要根据 最大电流来选取，如果放电倍率选择10C,那么最大放电电流为 10X1300mA=13A ,而电机在11v电压下最大电流为12.6A,显然，电池工作在最大油门时会比较吃力，而且很有可能 因为过放电导致电池损坏。目前市场上高放电倍率的锂电池屡见不鲜，15C, 20C放电倍率锂电池已经非常普及并且价格适中，因此从电力充沛和电池安全的角度考虑，选择电池放电倍率为20C。4 .调速器：调速器选用 20A或25A无刷电子调速器即可，由于笔者有现成的60A无刷电子调速器，因此没有再花钱另购，但却不得不为此付出了增重20g的代价。5 .接收机：一般来说有效距离、抗干扰能力和兼容性是衡量接收机的重要指标。笔者 选择了某知名厂商生产白二次变频锁相环6通道接收机，该接收机的最大特点是可以搜索并锁定72MHz频段内的任何发射频率而无需使用接收机晶体，同时它也具备普通二次变频接 收机灵敏度高，抗
