王子璇

（山東省臨沂市第一中學(xué)，山東 臨沂 276000）

航空模型制作心得體會

王子璇

（山東省臨沂市第一中學(xué)，山東 臨沂 276000）

航空模型活動在培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動手實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力方面發(fā)揮著積極作用，是對進行科普教育，參與科技實踐活動的最直接方式，能磨練意志，促進完備的情感、態(tài)度、價值觀的形成，是對進行科學(xué)態(tài)度和崇高理想教育的有效途徑。通過介紹航模制作由來，心得體會，動力原理，激發(fā)更多同學(xué)參與航模制作中來。

航模;能力;發(fā)展

航空模型活動是一項具有相當長歷史的科技實踐活動項目，在中小學(xué)校中有著廣泛和堅實的活動基礎(chǔ)，也深受廣大中小學(xué)生的喜愛。

一、航模制作由來

我國古代思想家和科學(xué)家墨子，同三百個學(xué)生一起用木頭和竹片做了會飛的鳥；魯國能工巧匠還做了會飛的木鵲；東漢科學(xué)家張衡也做過“機關(guān)-開動”就能飛起來的木鳥。漢朝王莽時代，一個獵人在長安表演扇動羽毛做的雙翅，從高臺跳下滑行幾百步遠。在國外，九百多年前，英國國王也曾試過插上翅膀飛行，結(jié)果從塔上往下飛摔死。1670年，法國鎖匠用發(fā)條做動力，制作了“飛行十字架”，曾飛越小河。他們都為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。小的時候我就對小模型、小玩具很感興趣，自己做過紙質(zhì)的各種模型，小學(xué)的時候做過一個電動浮船，記得那是從單放上拆下來的馬達，用撿來的泡沫削成船體，螺旋槳是用膠粘的，由于沒有安裝漿葉且電池太重導(dǎo)致最終只能在水池中慢慢悠悠的打轉(zhuǎn)，現(xiàn)在想起來還真是有意思，這學(xué)期來終于在公選課中選下了航模設(shè)計與制作這門課，雖然課時不長，但通過這次可得學(xué)習讓我了解了不少航海、航空以及其他模型制作的基本知識而且增強了我的模型制作興趣。

二、模型制作與空氣動力學(xué)關(guān)系

空氣動力學(xué)是十分重要的，這一點每個人似乎都知道。特別是當我們的速度越來越快的時候。如果你不信在當今的遙控車比賽中，空氣動力學(xué)扮演一個重要的角色，你可以試試不用車殼裸跑，就會發(fā)現(xiàn)巨大的差別。但不幸的是，空氣動力學(xué)所包含的物理學(xué)和數(shù)學(xué)知識是非常復(fù)雜的。在早期的產(chǎn)品造型設(shè)計中，為了生產(chǎn)加工的簡單方便，多設(shè)計成直方形，而隨著科學(xué)技術(shù)的進步流線型在越來越多的產(chǎn)品上得到了用運。你是否留意過，現(xiàn)在汽車變的越來越曲線化呢，有著柔和的表面和渾圓的邊角，就連我們經(jīng)常觸及的電子數(shù)碼產(chǎn)品也是這樣。這種進化的原因是因為所有有突出的形狀或者鋒利的邊角的東西都會產(chǎn)生阻力，這種阻力會使車船飛機變慢，不利于移動。

外部形狀是空氣動力學(xué)的一個重要方面。一般來說，水滴形狀是最好的，也就是說它產(chǎn)生最小的空氣阻力。近代的研究指出，企鵝形狀的物體阻力甚至更小。無論什么形狀，其重點是：空氣在形狀平緩的物體的表面流動，是最有效率的。

平緩的表面，使空氣在流動時不會破裂成很多小旋渦?；旧?，任何尖銳、突出形狀的物體都會產(chǎn)生旋渦。旋渦會帶走能量，因為空氣會自由流動，而不依附于車子的表面。本來這些在空氣摩擦中損失的能量是可以用于加速車子的。所以在設(shè)計制造模型是要特別注意這一點，特別是在航空航海的模型制作中。

空氣動力學(xué)的另一重要方面是下壓力。下壓力是一個偉大的發(fā)現(xiàn)，在汽車外型上它可以使車胎產(chǎn)生更多的抓地力，而無須增加車的重量。這樣你可以用更快的速度過彎。但是其缺點是：更多的下壓力通常意味著更多的阻力。擾流器、風翼、傾斜的車鼻……所有這些東西都是為了把空氣“鏟”向上方。空氣被抬起，車子就被向下壓，因為“作用力=反作用力”。所以更大的表面積，或者更傾斜的角度，可以產(chǎn)生更多的下壓力。而在飛機機翼外形上是相反的，就成為了飛機機翼產(chǎn)生升力；升力或者反向升力，是由于風翼上下表面的不同壓強所產(chǎn)生的。通過物理公式：“壓力=壓強x面積”就更容易理解了，面積大的一面受到的作用力就大，所以更大的壓強差，或者更大的表面積，可以增加汽車下壓力或飛機機翼的升力。我們看到風翼的上表面比較平直，而下表面比較彎曲。這意味著空氣在上表面流動的路徑，比在下表面更直，也更短。下表面空氣被迫沿著曲線流動，因此走了更長的距離。根據(jù)柏努利定理，一定體積的流體總能量是守恒的（除非加熱流體，或者機械的改變流體的體積）。如果假定空氣的流動方向不是改變太多的話，我們可以近似的認為：如果空氣（或者其他流體）速度增加，其壓強就會下降。簡單地說就是在風翼的下表面，空氣在相同的時間內(nèi)走了更長的距離，其速度就更快，導(dǎo)致壓強下降。上下表面的壓強差產(chǎn)生一個反向的作用力。所以，如果你要找什么適當形狀的東西來產(chǎn)生更大的作用力的話，就找傾斜的，或者向一面彎曲的，當然是在一定的范圍之內(nèi)的情況下的。

另外流體分割也是個重要方面。“流體分割”，顧名思義，就是描述“流體”如何在物體表面上“分割”。在低速時，我們可以把流體看作是沿著不同的“層”流動的，每層是比較平直的流動，且沒有旋渦產(chǎn)生，各層也不互相擾亂。從能量的角度來說，這種情況是非常有益的，因為層狀流動只損耗很小的能量。當流速超過臨界速度的時候或者流體的密度和粘稠度開始下降的時候，但著種情況不會在我們制作的遙控模型中發(fā)生，附面層開始產(chǎn)生小旋渦。當流速越來越大的時候，就會變成徹底的湍流，湍流會損耗很多的能量。在風翼的情況中，當空氣速度過快，或者風翼的迎角太大，就會產(chǎn)生流體分割。如果風翼安裝成一個很大的角度(迎角)。當速度達到一定值時，流經(jīng)風翼下表面的空氣會掙脫風翼表面以直線行進；而不會沿著風翼的輪廓流動，并填補在風翼后緣下方產(chǎn)生的低壓區(qū)。流體從風翼表面分離出來，低壓區(qū)的壓力不再低至足以把空氣向上吸。這意味著：風翼已經(jīng)失去了它的空氣動力效率。風翼后緣下方的區(qū)域，本來是低壓區(qū)的地方，現(xiàn)在已經(jīng)充滿了小旋渦。所以每一個特定的風翼只可以提供一定的下壓力，如果您安裝的迎角過大，或著車的速度過高，風翼效率就會變得非常低。這時候您需要的是一個更大的風翼。

三、結(jié)語

綜上所述，可知不管是在航模制作中還是在實際應(yīng)用中空氣動力學(xué)都起著一個重要的作用。只有充分的利用好這些原理，才能讓我們設(shè)計出的產(chǎn)品發(fā)揮出它應(yīng)有的性能效果。

王子璇(1999-)，女，山東省臨沂市第一中學(xué)學(xué)生。