灵宝市青少年学生校外活动中心航模课教案 2012.3.1
航模教师培训课程
张 岩
第一节 航空模型基础知识
一、教学目的：
1、巩固提高航空模型的基础知识，了解开展航空模型活动的作用及一些常用术语；
2、丰富航模知识，激发学习兴趣，增强参与意识
二、教学重难点：
重点：了解航模基础知识，培养兴趣
难点：常用术语在航模制作中的作用
三、教学过程：
（一）、什么叫航空模型。 国际航联制定的竞赛规则里明确规定“航空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有发动机的，不能载人的航空器，就叫航空模型。其技术要求是： 最大飞行重量同燃料在内为五千克；最大升力面积一百五十平方分米； 最大的翼载荷100克/平方分米； 活塞式发动机最大工作容积10亳升。
1．什么叫飞机模型 一般认为不能飞行的，以某种飞机的实际尺寸按一定比例制作的模型叫飞 机模型。
2、什么叫模型飞机
一般称能在空中飞行的模型为模型飞机，叫航空模型。
（二）、开展航空模型活动的作用
航空模型是各种航空器模型的总称。它包括模型飞机和其他模型飞行器。
航空模型活动从一开始起就引起人们浓厚的兴趣，而且千百年来长盛不衰．主要原因就在于它在航空事业的发展和科技人才的培养方面，起着十分重要的作用。
1．航空模型是探索飞行奥秘的工具
人类自古以来就幻想着飞行。昆虫、岛禽、风吹起树叶和上升的炊烟，都曾引起过人类飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生药而飞上月宫的美妙故事。这反映了古人对飞行的追求和向往。
在载人的航空器出现之前，人类就创造了许多能飞的航空摸型。不断地探索着飞行的奥秘。距今两千多年前的春秋战国时期．我们的祖先就制作出能飞的木鸟模型。《韩非子》记载着：“墨子为木鸢，三年而成，飞一日而败。”宋朝李昉等人编的《太平御宽》中也有“张衡尝作木鸟，假以羽翩，腹中施机，能飞数里”的记载。另外，还制作出种类繁多的孔明灯、风筝和竹蜻艇等。 唐代以后，我国的风筝传到国外，在世界上流传开来。西方有人用风筝敢飞行试验，探索制造飞机的可能。美国的莱特兄弟是世界上第一架飞机的制作者，他们的飞机在1908年12月17日试飞成功。他们就是先用大风筝进行种种试，然后制造出滑翔机，解决了升降，平衡，转弯等问题，最后才把飞机制造成功的。在飞机发明之前，航空模型具有强烈的探索性质，在飞机发明之后，航空模型仍然是研究航空科学的必要工具。每一种新飞机的试制，都要先在风洞里用模型进行试验，甚至连航天飞机这样先进的航天器，也要经过模型试验阶段，取得必要的数据，才能获得成功。飞机和模型飞机之所以能飞起来，是因为机翼的升力克服了重力。机翼的升力是机翼上下空气压力差形成的。当模型在空中飞行时，机翼上表面的空气流速加快，压强减小；机翼下表面的空气流速减慢压强加大(伯努利定律)。这是造成机翼上下压力差的原因。
机翼上下流速变化的原因有两个：a、不对称的翼型；b、机翼和相对气流有迎角。翼型是机翼剖面的形状。机翼剖面多为不对称形，如下弧平直上弧向上弯曲(平凸型)和上下弧都向上弯曲(凹凸型)。对称翼型则必须有一定的机翼和水平尾翼除产生升力外也产生阻力，其他部件一般只产生阻力。
（三）、模型飞机的组成
模型飞机一般与载人的飞机一样，主要由机翼、尾翼、机身、起落架和发动机五部分组成。
1、机翼––是模型飞机在飞行时产生升力的装置，并能保持模型飞机飞机飞行时的横侧安定。
2、尾翼––包括水平尾翼和垂直尾翼两部分。水平尾翼可保持模型飞机飞行时的俯仰安定，垂直尾翼保持模型飞机飞行时 的方向安定。水平尾翼上的升降舵能控制模型飞机的升降， 垂直尾翼上的方向舵可控制模型飞机的飞行方向
3、机身––将模型的各部分联结成一个整体的主干部分叫机身。同时机身内可以装载必要的控制机件，设备和燃料等。
4、起落架––供模型飞机起飞、着陆和停放的装置。前部一个起落架 ，后面两面三个起落架叫前三点式；前部两面三个起落架，后面一个起落架叫后三点式。
5、发动机––它是模型飞机产生飞行动力的装置。模型飞机常用的动力装置有：橡筋束、活塞式发动机、喷气式发动机、电动机。
（四）、航空模型技术常用术语
1、翼展––机翼（尾翼）左右翼尖间的直线距离。（穿过机身部分也计算在内）。
2、机身全长––模型飞机最前端到最末端的直线距离。
3、重心––模型飞机各部分重力的合力作用点称为重心。
4、翼型––机翼或尾翼的横剖面形状。
5、翼弦––前后缘之间的连线。
6、展弦比––翼展与平均翼弦长度的比值。展弦比大说明机翼狭长。
（五）、关于航模的一些基本问题
1、升力和阻力 飞机和模型飞机之所以能飞起来，是因为机翼的升力克服了重力。机翼的升力是机翼上下空气压力差形成的。当模型在空中飞行时，机翼上表面的空气流速加快，压强减小；机翼下表面的空气流速减慢压强加大(伯努利定律)。这是造成机翼上下压力差的原因。机翼上下流速变化的原因有两个：
a、不对称的翼型；
b、机翼和相对气流有迎角。翼型是机翼剖面的形状。机翼剖面多为不对称形，如下弧平直上弧向上弯曲(平凸型)和上下弧都向上弯曲(凹凸型)。对称翼型则必须有一定的迎角才产生升力。
升力的大小主要取决于四个因素：
a、升力与机翼面积成正比；
b、升力和飞机速度的平方成正比。同样条件下，飞行速度越快升力越大；
c、升力与翼型有关，通常不对称翼型机翼的升力较大；
d、升力与迎角有关，小迎角时升力(系数)随迎角直线增长，到一定界限后迎角增大升力反而急速减小，这个分界叫临界迎角。机翼和水平尾翼除产生升力外也产生阻力，其他部件一般只产生阻力。
2、平飞 水平匀速直线飞行叫平飞。平飞是最基本的飞行姿态。维持平飞的条件是：升力等于重力，拉力等于阻力。由于升力、阻力都和飞行速度有关，一架原来平飞中的模型如果增大了马力，拉力就会大于阻力使飞行速度加快。飞行速度加快后，升力随之增大，升力大于重力模型将逐渐爬升。为了使模型在较大马力和飞行速度下仍保持平飞，就必须相应减小迎角。反之，为了使模型在较小马力和速度条件下维持平飞，就必须相应的加大迎角。所以操纵(调整)模型到平飞状态，实质上是发动机马力和飞行迎角的正确匹配。
3、爬升 前面提到模型平飞时如加大马力就转为爬升的情况。爬升轨迹与水平面形成的夹角叫爬升角。一定马力在一定爬升角条件下可能达到新的力平衡，模型进入稳定爬升状态(速度和爬角都保持不变)。稳定爬升的具体条件是：拉力等于阻力加重力向后的分力(F="X十Gsinθ)；升力等于重力的另一分力(Y=GCosθ)。爬升时一部分重力由拉力负担，所以需要较大的拉力，升力的负担反而减少了。 和平飞相似，为了保持一定爬升角条件下的稳定爬升，也需要马力和迎角的恰当匹配。打破了这种匹配将不能保持稳定爬升。例如马力增大将引起速度增大，升力增大，使爬升角增大。如马力太大，将使爬升角不断增大，模型沿弧形轨迹爬升，这就是常见的拉翻现象。
4、滑翔 滑翔是没有动力的飞行。滑翔时，模型的阻力由重力的分力平衡，所以滑翔只能沿斜线向下飞行。滑翔轨迹与水平面的夹角叫滑翔角。稳定滑翔(滑翔角、滑翔速度均保持不变)的条件是：阻力等于重力的向前分力(X=GSinθ)；升力等于重力的另一分力(Y=GCosθ)。 滑翔角是滑翔性能的重要方面。滑翔角越小，在同一高度的滑翔距离越远。滑翔距离(L)与下降高度(h)的比值叫滑翔比(k)，滑翔比等于滑翔角的余切滑翔比，等于模型升力与阻力之比(升阻比)。 Ctgθ="1/h=k。 滑翔速度是滑翔性能的另一个重要方面。模型升力系数越大，滑翔速度越小；模型翼载荷越大，滑翔速度越大。调整某一架模型飞机时，主要用升降调整片和重心前后移动来改变机翼迎角以达到改变滑翔状态的目的。
第二节 航模飞机制作
一、项目介绍：
通过制作杆身飞机模型，让学生了解飞机的飞行原理，同时提高他们动手实践的能力。
二、教学目标：
1.实践目标：了解飞机的飞行原理，让学生在实践中探索。
2.技能目标：通过学生自己动手操作，制作出一架简单的飞机模型，锻炼动手能力，培养创新精神和实践能力。
3.德育目标：通过相关领域介绍，培养学生的爱国情感。
三、教学方式：
1.教师引导：教师引导学生探讨飞机的起源、分类以及飞机的飞行原理，总结讲解飞机的飞行原理。
2.制作：学生动手制作无动力式飞机模型。
3.指导试飞：学生制作完毕后，集体到固定场地试飞，检验劳动成果。
4.分组调试：学生制作的飞机不能保证每架都能有很好的飞行效果。针对出现问题的飞机，教师指导，学生集体讨论，分析问题的来源，然后进行调试，使飞机达到最佳的飞行效果。
5.总结心得：项目结束之后，学生坐在一起谈谈个人的收获、心得。
四、教学过程：
1.引入课程：
通过飞机相关领域介绍，从人们对飞行的幻想，一次次失败的经历，直到公元1903 年12 月17 日，美国的莱特兄弟制造出了人类历史上的第一架飞机，这标志着人类飞行史的开始。到现在的飞机，介绍各种军用，民用飞机，由此激发学生兴趣，引入航模制作活动。
２.介绍飞机的构造及飞行原理。
要制作模型飞机，必须了解飞机的构造及飞行原理。接下来就此方面做如果介绍。
⑴飞机的主要部件及各部件的作用。
①机身——机身的主要功用是装载乘务员、旅客、武器、货物和各种设备，它可以将飞机的其他部件如机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体。
②机翼——机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，同时也起到一定的稳定和平衡作用。机翼上一般安装有副翼和襟翼，操纵副翼可使飞机滚转，放下襟翼可使升力增大。机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。不同用途的飞机其机翼形状、大小也各有不同。机翼制作的好坏直接影响到飞机的飞行质量。
③尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，有的高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。尾翼的作用是操纵飞机俯仰、偏转，保证飞机的平稳飞行。
通过图片，模型实物来介绍飞机的各个部件。
⑵飞机的升力和阻力。
飞机是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的。在了解飞机升力和阻力的产生之前，还要认识空气流动的特性，即空气流动的基本规律。
流动的空气就是气流，一种流体，这里要用到两个流体定理：连续性定理和伯努利定理。飞机的升力绝大部分是由机翼产生，尾翼通常产生负升力，飞机其他部分产生的升力很小，一般不考虑。从上图可以看到：空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合，向后流去。机翼上表面凸出，流管较细，说明流速加快、压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样，重于空气的飞机借助机翼上获得的升力，克服自身因地球引力形成的重力，就可以翱翔在蓝天上了。机翼升力的产生主要靠上表面吸力的作用，而不是靠下表面正压力的作用，一般机翼上表面形成的吸力占总升力的60%～80%，下表面的正压形成的升力只占总升力的20%～40%。飞机飞行在空气中会有各种阻力，阻力是与飞机运动方向相反的空气动力，它阻碍飞机的前进，这里也需要对它有所了解。按阻力产生的原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力。
①摩擦阻力——空气的物理特性之一就是黏性。当空气流过飞机表面时，由于黏性，空气同飞机表面发生摩擦，产生一个阻止飞机前进的力，这个力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小决定于空气的黏性、飞机的表面状况以及同空气相接触的飞机表面积。空气黏性越大，飞机表面越粗糙，飞机表面积越大，摩擦阻力就越大。
②压差阻力——人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。
③诱导阻力——升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。其产生的过程较复杂，这里就不再详细叙述。
④干扰阻力——它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。
以上四种阻力是对低速飞机而言，至于高速飞机，除了也有这些阻力外，还会产生波阻等其他阻力。
⑶影响升力和阻力的因素。
升力和阻力是飞机在空气之间的相对运动中（相对气流）产生的。影响升力和阻力的基本因素有：机翼在气流中的相对位置（迎角）、气流的速度和空气密度以及飞机本身的特点。
①迎角对升力和阻力的影响——相对气流方向与翼弦所夹的角度叫迎角。在飞行速度等其他条件相同的情况下，得到最大升力的迎角，叫做临界迎角。在小于临界迎角范围内增大迎角，升力会增大，超过临界迎角后，再增大迎角，升力反而减小。迎角增大，阻力也越大，超过临界迎角，阻力急剧增大。
②飞行速度和空气密度对升力阻力的影响——飞行速度越大，升力、阻力越大。升力、阻力与飞行速度的平方成正比，即速度增大到原来的2 倍，升力和阻力增大到原来的4倍；速度增大到原来的3倍，升力和阻力会增大到原来的9 倍。空气密度大、空气动力大，升力和阻力自然也大。空气密度增大为原来的2 倍，升力和阻力也增大为原来的2 倍，即升力和阻力与空气密度成正比。
③机翼面积，形状和表面质量对升力、阻力的影响——机翼面积大、升力大，阻力也大。升力和阻力都与机翼面积的大小成正比。机翼形状对升力、阻力有很大影响，从机翼切面形状的相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝的位置到机翼结冰，都对升力、阻力影响较大。飞机表面光滑与否对摩擦阻力也会有影响，飞机表面相对光滑，阻力相对也会较小，反之则大。
⑷本项目的重点。
由于要完成一个复杂的飞机模型需要花费很多的时间和精力，而且受到材料和场所的限制，因此要从简单的杆身飞机模型开始，了解飞机的飞行原理。
◆制作
1.在制作过程中由于一个人的能力有限，因此需要分组合作完成，这样做不但能培养学生的实践能力，更能锻炼学生的集体合作意识。
2.在制作模型前，先对已经成形的飞机模型进行观察，学习其他同学制作模型的优秀之处，而对于不足之处需要小组讨论，加以改进。这不但能使学生的飞机模型达到最佳的效果，更能锻炼学生的观察能力。
◆指导试飞
做好了一架飞机后，应该知道如何去调整它，使它变得更完美。首先，观察垂直尾翼，看是否跟大机翼的一条中线对齐。如果还没对齐，就应动脑筋去修理。修理好后，再找重心。要是头太重了，就把大机翼往前移；头过于轻了，就把大机翼往后移。待移好后，去试飞一下，看看轻重。重新调好重心后，接着就要再去试飞一下，观察它的飞行姿势怎么样，如果飞行姿势不好的话。就得再花一点儿工夫去调整水平尾翼。调好后再飞一下，飞行姿势要是很平稳了，一架飞机就制成了
第三节 直线距离科目
一、教学目的：
了解飞机的飞行原理，在实践中探索
二、教学难点、重点
飞机的重心调节，
教具准备
秒表
三、教学过程：
（一）、三种飞行方式
本科目是在限定宽度条件下比赛往返手掷飞行距离。决定成绩的因素有三个：a、投掷技术；b、模型的滑翔性能；c、模型的直线飞行性能。飞行方式有以下三种：
1、自然滑翔直线飞行：出手速度和模型的滑翔速度相同，出手后模型沿滑翔轨迹直线滑翔，飞行距离取决于出手高度和滑翔比，一般在6一10米之间。
2、水平前冲直线飞行：出手速度稍大于模型的滑翔速度，出手后模型先水平直线前冲一段距离后过渡到自然滑翔。这种方式比自然滑翔距离可能提高2一5米。
3、爬升前冲直线飞行：以更大的速度出手并且可以有小的出手角。出手后模型沿小角度直线爬升，然后转入滑翔。这种方式可能比自然滑翔距离提高5一10米以上。第一种方式成绩较低，但容易掌握，成功率高。后两种方式飞行距离远，但放飞、调整技术难度大、成功率较低。因为(a)方向偏差和飞行距离成正比，增大飞行距离后模型飞出边线机率增加(飞出边线后成绩无效)；(b)前冲特别是爬升前冲容易使模型失速下冲或改变航向飞出边线。因此，为了取得好的成绩，就需要了解更多的飞行调整知识，提高体能，熟练地应用投掷技巧。
（二）、模型的调整
1、滑翔性能。滑翔性能是飞出较大直线距离的基础。调整时应注意两个问题。一个是最大限度的减小阻力，模型表面要保持光滑，零部件采用流线形(也括配重)，前后缘打磨为圆形，翼面平整不要扭曲等，减小阻力可以增大升阻比，即可以增大滑翔比。
第二点是调整到有利迎角。迎角由升降调整片来控制。不同迎角模型的升阻比不同，有利迎角升阻比最大，同一高度的滑翔距离最远。正常滑翔后，还需微调升降调整片，找到一个最佳舵位。
2、模型的配重。许多人有一种印象，似乎模型越重越飞不远。其实不然。模型的滑翔比和重量无关。另一方面，重量小模型的动能就小，克服阻力的能力就小，手掷距离反而小。轻飘飘的稻草扔不远也是这个道理。所以，手掷直线距离项目的模型，在规则允许的范围内，应适当增大重量，以加大模型的动能。
3、机翼的刚性。手掷模型的初速较大，机翼承受弯曲力矩大，容易变形甚至颤振而影响飞行性能。为此，制作时要小心操作，不让翼面出现折痕。如刚性仍不足，就要适当加强。方法是在翼根和机身接合处抹胶水，也可在翼根部单面域双面贴加强务(如胶带纸)。
4、直线飞行的调整
a、理想的直线飞行是模型既没有方向不平衡力矩又没有横侧不平衡力矩，即垂直尾翼没有偏角(方向调整片中立位置)，左右机翼完全对称(没有副翼作用)。这种情况不但阻力最小，而且能适应速度的变化。
b、实际上模型一般总是转弯的，原因不外乎机翼不对称(多数情况是机翼扭曲)，产生了滚传力矩，或是垂直尾翼有偏角产生了方向力矩。遇到这种情况最好查明原因“对症下药”，以达到接近理想的直线飞行。我们把这种调整方法叫做“直接调整法”。
c、还有一种调整方法，例如由于机翼扭曲产生向左滚转的力矩，模型向左倾斜，升力向左的分力使模型左转弯。这种情况不直接纠正机翼的扭曲，而是给一点右舵，也可以使模型直飞。这种调整方法叫“间接调整法”。间接调整虽然也能实现直线飞行，但这种直线飞行是有缺陷的：一是增大了阻力，降低了滑翔性能；二是难于适应速度的变化，不少模型前一段基本上能保持直线，后一段转弯偏航，其原因多半是间接调整造成的。因此，应尽量采用“直接调整法”，避免“间接调整法”。
5、克服前冲失速的方法
前面提到前冲和前冲爬升可以大幅度提高飞行成绩，但同时又存在失速下冲和失速转向的危险。因此克服前冲失速是提高成绩的关键。
克服前冲失速的措施是提高俯仰安定性。具体做法是适当配重前移重心，同时相应加大机翼，水平尾翼的安装角差，以保持俯仰平衡。这样当模型前冲抬头机翼逐渐接近失速时，水平尾翼因按装角小尚未失速，水平尾翼仍有足够的低头力矩使模型转入滑翔。
克服前冲失速的另一个办法是用较小的迎角飞行。事实证明，迎角越大越容易失速下冲，迎角越小越不容易进入失速下冲。
失速转弯是机翼扭曲造成的，机翼扭曲时，必有一侧安装角交大(另一侧变小），接近失速时这一半机翼先失速，并使模型倾斜转弯。前面提到的间接调整的缺陷尤其表现在这种情况，所以机翼的扭曲必须彻底纠正。
（三）、投掷技巧
模型调好之后，决定飞行成绩完全取决于投掷技巧了。好的技巧能充分发挥模型的飞行性能，甚至可以弥补模型的某些缺陷。所以，并不是一投了事，要反复练习掌握要领：
1、助跑、投掷的动作要协调，使模型保持平稳，忌 抖动和划圆弧。
2、恰当的出手速度。出手速度不是固定不变的，不 同的调整状况，不同的飞行方式，不同的风速风向要求有不同的出手速度。争取做到随心所欲，准确无误。
3、恰当的出手角度。一般自然滑翔方式出手应有一个很小的负角；水平前冲方式的出手角一般为零度(水平)；爬升前冲方应有一个适当的正角(仰角)。
4、出手点和出手方向：如果模型是完全直线飞行的，在无风情况下，运动员应在起飞线的中点向正前方出手，这样成功率最高。但事实上转弯的模型占绝大多数，侧风放飞的情况也占大多数。聪明的运动员善于利用出手点和出手方向的变化来修正由于侧风和模型转变引起的偏差。例如右转弯模型如果在起飞线正中放飞就可能从右方飞出边线，如果又碰上左侧风，情况就更严重。假如换一个方法——出手点选在起飞线左侧，出手方向有意识左偏。这样前半段模型可能在空中飞出左边线，而后半段可能绕回来在场内着陆，使成绩有效。 5、风与投掷时机：风对飞行的影响有不利的一面，另外也有有利的方面。例如顺风能增大飞行距离；逆风则减小飞行距离，侧风有时加剧偏航，有时又减小偏航。风一般是阵性的，风速和风向在不断变化。要善于捕捉最佳出手时机。例如顺风时最好大风瞬间出手，逆风时在弱风瞬间出手.
第四节 飞机飞行测试
一、教学目的：
了解飞机的飞行原理，在实践中探索
二、教学难点、重点
飞机的重心调节，
三、教具准备
秒表
四、教学过程：
（一）、测试方法
1．每位选手可飞三轮，每轮30秒为满分，取其中两轮较高成绩之和为个人成绩，两轮满分者，不再加时赛。
2．每轮允许有一次重飞，条件是不满10秒（含10秒），以重飞成绩为准。
（二）、马上行动
学生调试飞行，记录飞行时间。
（三）、放飞时注意周围的环境：风向，要遵守纪律，不要乱跑。
第五节 赛车的组装
一、教学目标： 1、 了解电动赛车的制作过程，学习有关工具的使用。
2、 掌握电动机的接线方法。
3、 培养学生一丝不苟的工作习惯。
二、教学重点： 准确掌握组装方法，学习有关工具的使用，线路接触良好。提醒学生铁片易伤手。
三、教学难点： 电池夹的两极安装如果不妥行驶中电池易跳出来，木片钻孔易裂开。
四、器材准备： 剪刀、尖嘴钳、锤子、螺丝刀、冲钉、垫木快、尺
学法指导： 实践——修正——再实践
五、教学过程：
1、结构和工具使用介绍：
2、赛车零件和安装方法讲解：
木片钻孔、铁片冲孔指导。
用铁片固定电动机方法指导。
3、后轮的安装：
4、学生动手制作，教师巡视指导。