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第7章 国际级线操纵特技模型飞机发展的综合措施(1)

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)项目是一个完成规定动作的特技项目,由5名评分裁判评分。模型飞机由两条近20米长的钢丝操纵,在一个以运动员为中心的半径20多米的半球内飞行,完成规定的16个动作,类似于“空中体操”。

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)项目的训练包括:模型飞机的准备,动力系统的调整与匹配,飞行训练,后备人才的培养等。

第一节 模型飞机的技术准备

对于航空模型项目来说,模型飞机是基础,是最基本的保障。我们选手所用的飞机,全部是自己设计、自己制作的。模型飞机首先要保证的是飞行性能,要求它有良好的气动特性。

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)的特点是在低空、小场地飞行。它的最低飞行高度是1.5米,最高22米,飞行速度可达80千米/时。完成一个飞行动作平均为5秒,而每个飞行动作平均要操纵舵面20次,最快的操纵时间要求0.005秒,最慢也要0.02秒。完成动作时的最大过载可达到5。还容易受外界湍流的影响。因此,线操纵特技模型飞机不仅要求有非常好的操纵性、稳定性和抗失速性能,还要求有非常出色的强度。

要达到以上要求,首先要在机翼翼型上做文章。我们采取加大相对厚度和前缘半径的方法。

早期的F2B模型飞机机翼最常用的翼型是NACA0015。由于该项目模型飞机在做特技动作时,俯仰变化非常剧烈。国际级线操纵特技模型飞机(F2B)竞赛规则要求方角动作(包括三角动作)的转角半径须在1.5~2.1米之间。为确保模型飞机在特技飞行中有良好的飞行稳定性和良好的失速性能。高水平的运动员将机翼的相对厚度逐步加大,由1992年的15%~18%逐步提高到现在的20%~21%。

随着机翼相对厚度的逐步增加,模型飞机的飞行性能有所改善。但机翼翼型的相对厚度不能无限制地增加。在对多架机翼相对厚度一样的模型飞机的对比飞行中发现,并不是每一架模型飞机的飞行性能都有相同的改善和提高,还出现过机翼相对厚度大的模型飞机的飞行性能不及机翼相对厚度小的模型飞机的现象,即模型飞机的机翼相对厚度的增大,并不等于模型飞机的综合飞行性能也在同步地增加。

要达到改善性能的要求,还要加大机翼的前缘半径。前些年牛安林同志专门做过前缘半径的试验。做了两架模型飞机,它们的机翼翼型的相对厚度相同、几何尺寸相同、共用一张图样,因机翼翼型的不同(主要是前缘半径的改变)而导致飞行性能发生较大的变化。前缘半径较大的模型飞机飞行性能较好。

经过多年的改进,现在已经找到了合理的尺寸范围。

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)项目的飞行是一个最“贴近”裁判的项目。它的飞行场地是一个半径30米的圆圈,评分裁判在飞行圈的边上。模型飞机的外观、美化、细致程度、制作工艺均会影响到裁判的评分。

所以多年来,我们确定了模型飞机仿真化的方向。我们飞机的原型均选用历史上比较著名又外形美观的螺旋桨式飞机,再根据F2B的飞行特点在气动布局上进行改造,使之适合F2B的飞行。制作完成后,再根据特技飞行的特点及中国队的传统风格,对模型飞机的图案进行设计和涂装。

现在,我们的模型飞机是以二战时期苏联和英国的著名战斗机作为原型机。

第二节 动力系统的调整与匹配

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)的动力系统可以分为发动机、螺旋桨、供油系统三部分。

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)对发动机的要求非常苛刻。主要要求工作稳定、对油压变化反应适当、工作容积大、工作功率调整范围宽、重量轻、耐用。由于现代航空模型比赛具有全天候、大动态的特点,要求模型飞机具有很好的抗干扰能力。发动机的剩余功率要大,这样,当模型飞机垂直爬升时有足够的功率维持模型飞机的上升。

20世纪70年代和80年代,我国选手使用的发动机有国产的湘江、上海队自制9毫升发动机等,进口发动机有OS40、OS45、OS50、“超级虎”46等。

进入90年代,我们国家队选手开始使用意大利生产的“超级虎”60发动机。2000年,国家队选手张伟开始使用乌克兰生产的“探索”Retro-60发动机。2004年,韩新平和牛安林开始使用SAITO-FA56四行程发动机。2006年韩新平和牛安林使用SAITO-FA56四行程发动机,张伟使用SAITO-FA82a四行程发动机。

国际级线操纵特技模型飞机(F2B)的发动机在调整上均比较特殊,它的工况要求在某一个偏富油的工作点上。

模型飞机在飞行中,会有爬升和俯冲的情况。从比赛的要求来讲,模型飞机要在各种情况下尽量保持速度均匀。

由于国际级线操纵特技模型飞机(F2B)不能在飞行中对发动机进行操纵,所以要建立一个发动机自我调节机制。方法是将平飞时发动机工况调整在一个偏富油的位置。当飞机爬升时,由于油箱在发动机下方,受重力影响发动机的供油有所减少,发动机马力开始增加以弥补爬升时所增加的动力消耗。当飞机俯冲时,由于油箱在发动机上方,受重力影响发动机的供油有所增加,发动机马力开始减少,抵消了俯冲时的加速。

如何将发动机的油门调整在合适的点上,要经过大量的实践。过去,我们进行地面调整的依据是发动机工作的声音。这是一个弹性很大的参照,调整精度不高。从1994年开始我们以发动机的地面转速为基准,同时参照其他因素(温度、气压、湿度、声音等)对发动机进行调整。基本做到了满足各种条件下比赛的需要。

以前我们一直使用较小直径和较大螺距及较大桨叶面积的螺旋桨。过去的理论认为模型飞机在头顶时,由于线操纵飞机的特点,此时几乎没有升力。这时要靠发动机的拉力。大螺距和大桨叶面积可以产生较大拉力。然而事物总是一分为二的。这样的螺旋桨虽然拉力大,但是在大风天气45度线以下容易产生较大加速, 45度线以上螺旋桨容易失速使飞机松线失去控制。现在我们开始采用螺距较小和桨叶较为细长的螺旋桨,它的特点是爬升时马力增加较快,而俯冲时又产生一定阻力,比较适合国际级线操纵特技模型飞机(F2B)的飞行特点。

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