航模入门常识

中南大学航模协会第一次培训学习资料

中南大学航模协会换届培训

——第一环节

致航协的各位同学：

本次培训资料是本人自己在网上整理的，不涉及任何学术论文，第一环节内容比较详细，不过就我个人看来有些地方说的比较ls，本来想全部删掉，但是涉及各位会员能力不同，所以自己有选择的看吧。本环节全部内容均为航模基础常识，希望各位同学能打印并全部掌握（基本要求）。

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1.有哪几种固定翼（航模与无人机）飞机？怎么确定空速针管的安装位置？

从舵面布局的角度出发，有三类固定翼飞机：常规布局（无舵面混控，带有升降舵面、左副翼舵个差动舵面）和V 尾布局（升降方向混控，带有两个差动舵面）。“舵面”和“混控”的概念参见下文。其中，无副翼布局（一是没有舵面混控，也没有副翼舵面；二是无混控且有副翼舵面，但闲置不用）也归类为常规布局。飞翼布局可分为两个子类：飞翼布局带方向舵，飞翼布局不带方向舵。V 尾布局也可分为两个子类：V 尾布局带副翼，V 尾布局不带副翼。从螺旋桨的安装位置出发，还可以分为前拉式和背推式两种飞机类型。上图所示的常规布局机型，螺旋桨装在机头位置，那么它就是前拉式飞机.螺旋桨带起的涡流，会影响空速（即飞机飞行时相对于空气的速度）测量的精确性，而空速针管（空气从此处进入机体内，并作用于飞行控制处理器上的空速传感器）必须与飞机纵轴垂直，指向前方，所以对前拉式飞机而言，空速针管只能装在机翼上。对背推式飞机，空速针管可以装在机翼上2对背推式飞机，空速针管还可以装在机头空速测量的问题，以后再讲，这里暂时略过。还有其他分类，如涵道和非涵道等，与固定翼航拍这个主题关联不大，不再赘述。如需深究，请自行.查阅相关技术资料。

2.什么是舵面？什么是混控？舵面有哪些使用规则？

行业习惯：以机头方向为准（即机头为前）来区分前后左右。对常规布局机型，所谓舵面就是机翼后侧和机尾后侧可以自由转动的部

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分。其中升降舵面是水平尾翼后侧的可以上下转动的部分，方向舵面是垂直尾翼后侧的可以左右转动的部分（垂尾在平尾上方，为上单翼飞机，垂尾在平尾下方，为下单翼飞机）；左副翼舵面就是左机翼后侧的可以上下转动的部分，右副翼舵面就是右机翼后侧的可以上下转动的部分，一般而言，左右副翼舵面遵守“同时等幅反向转动”的使用规则，即：左副翼舵面以某个转动角向上运动，同时右副翼舵面必须以同等大小的转动角向下运动，左副翼舵面以某个转动角向下运动，同时右副翼舵面必须以同等大小的转动角向上运动。对飞翼布局机型，可以把两个差动舵面当一个升降舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的使用规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向上转动或同时以某个转动角向下转动；也可以把两个差动舵面当两个副翼舵面来用，即左差动舵面相当于左副翼舵面而右差动舵面相当于右副翼舵面，此时依然遵守“同时等幅反向转动”的使用规则。飞翼布局机型如果带方向舵，使用规则与常规布局时相同。对V 尾布局机型，可以把两个差动舵面当一个升降舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向上转动或同时以某个转动角向下转动；也可以把两个差动舵面当一个方向舵面来用，遵守“同时等幅同向转动”的规则，即两个差动舵面同时以某个转动角向左转动或同时以某个转动角向右转动。V 尾布局机型如果带副翼，使用规则与常规布局时相同。

3.什么是通道？RC 发射机的舵机通道有什么特点？

在航模中使用RC 发射机，来控制飞机各舵面的动作。其中，

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“RC（remote control）”，即“遥控”的英文缩写。从用户接口的角度出发，RC 发射机上比较重要的部件有舵机摇杆（Stick）、舵机微调(Trim)和开关(Switch)。舵机摇杆有两个，一左一右，每个摇杆都能上下转动和左右转动。假设对常规布局机型，摇杆动作满足以下使用规则：左摇杆上下转动时，升降舵面上下转动，左摇杆左右转动时，副翼舵面上下转动，右摇杆上下转动时，螺旋桨的转动速度发生变化，右摇杆左右转动时，方向舵面左右转动。此时称：“左摇杆上下转动时，控制升降通道；左摇杆左右转动时，控制副翼通道，右摇杆上下转动时，控制油门通道，右摇杆左右转动时，控制方向通道”。在这里可以这样简单理解“通道”的概念：一个通道对应一个(或一组)控制接口和一个（或一组）被控制设备，以及一个（或一组）控制功能，如，升降通道对应于升降摇杆（即上下转动时的左摇杆）和升降舵面，以及升降舵面的转动，即控制接口是升降摇杆，被控制对象是升降舵面（实际上是升降舵机，下文详细展开），控制功能是使升降舵面发生转动。同样，一个两段开关（有两个可移动位置，即拨上和拨下）可以对应于一个降落伞舵机通道。开关拨上为开伞，开关拨下为关伞。此时该通道只有有限个（两个）控制状态，称之为开关通道。而在升降通道中，升降舵面可以转过许多角度（如10.1 度，10.2 度，11 度，20 度等），实际可对应于无数个状态，这样的通道一般称之为比例通道。RC 发射机上的每个旋钮，也可以对应于一个比例通道。但在本文中，旋钮用处不大，所以不作详细展开。RC 发射机上有四个基本舵机通道：副翼通道、升降通道、油门通道和方向通道，行业习惯

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将之定义为：CH1=AIL，CH2=ELE，CH3=THR，CH4=RUD，其中，AIL 是aileron 缩写，即副翼舵机，ELE 是elevator 的缩写，即升降舵机，THR 是throttle 的缩写，即油门，RUD 是rudder 的缩写，即方向舵。CH 是channel 的缩写，即通道。RC 发射机上的四个微调开关，与四个基本舵机通道相对应，用于调节每个通道的舵机中立位（在下文展开）。按照上面假设的摇杆动作使用规则，在上图的上图，即“RC 发射4机接口示意图”中，从左到右，四个微调分别是：副翼微调（水平放置）、升降微调（垂直放置）、油门微调（垂直放置）和方向微调（水平放置）。注意到，关于摇杆的使用，有“美国手”、“日本手”等不同定义，即左摇杆左右运动时，可能对应方向通道而非副翼通道，也可能对应副翼通道而非方向通道。具体情况因RC发射机厂家技术标准和用户个人习惯的不同而不同，此处不做展开。★为简单起见，本文从头到尾都遵从上面假设的摇杆使用规则，即：“左摇杆上下转动时，控制升降通道；左摇杆左右转动时，控制副翼通道，右摇杆上下转动时，控制油门通道，右摇杆左右转动时，控制方向通道”。★关于摇杆动作和舵面运动的关系，有几个必须遵守的行业习惯：

（1）副翼摇杆往左打，左副翼舵面向上偏转而右副翼舵面向下偏转，副翼摇杆往右打，左副翼舵面向下偏转而右副翼舵面向上偏转。

（2）升降摇杆往上打，即“推杆”，升降舵面向下偏转，升降摇杆往下打，即“拉杆”，升降舵面向上偏转。

（3）油门摇杆往上打，螺旋桨转速加快，油门摇杆往下打，螺

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旋桨转速减慢。

（4）方向摇杆往左打，方向舵面向左偏转，方向摇杆往右打，方向舵面向右偏转。

（5）舵面混控时，同时遵从前文所述的舵面使用规则和上面的四条行业习惯，即：①当升降舵面用时，升降摇杆往上打，两个差动舵面同时向下等幅偏转，升降摇杆往下打，两个差动舵面同时向上等幅偏转；②当方向舵面用时，方向摇杆往左打，两个差动舵面同时向左等幅偏转，方向摇杆往右打，两个差动舵面同时向右等幅偏转；③当副翼舵面用时，两个差动舵面同时反向等幅偏转，即：副翼摇杆往左打，左差动舵面向上偏转而右差动舵面向下偏转，副翼摇杆往右打，左差动舵面向下偏转而右差动舵面向上偏转。根据舵机安装位置的不同，以及RC 发射机设置的不同，有可能出现不符合上述行业习惯的情况，此时必须进行一个很重要的操作，即舵面反向设置（下文展开）。

4.开始时飞机水平直飞，所有舵面在中立位上，此时舵面运动与飞机运动有什么关系？

如果读者无法把上文的摇杆动作和舵面运动相关的行业习惯背下来，那么，这里再深入展开一个简单的力学分析，解释该行业习惯的来龙去脉，以帮助大家更好的理解其中的道理。所谓舵面中立位，一般是与机翼或机尾处于同一平面的位置，即舵面没有发生偏转。除油门摇杆（把摇杆推到某个位置，松开摇杆，摇杆保持原位不动而不会自动归中）外，升降摇杆、副翼摇杆和方向摇杆，推到某个位置，

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松手后，它们都会自动归中，即回到中间位置。平衡性能较好的飞机，放开摇杆后，一般都能水平直飞，否则可以使用微调进行校正。5对上图所示的上单翼常规布局机型：螺旋桨转动，给飞机一个向前的动力，这样，空气相对于飞机，从机头朝机尾运动，被机体阻隔后形成一股上层气流和一股下层气流。其中上层气流对飞机施加向后、向下的作用力，下层气流对飞机施加向后、向上的作用力。

（1）升降摇杆往上打，升降舵面向下偏转，此时下层气流起主导作用，对飞机产生向上、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向上转动，而机头则相应地绕机体重心向下转动。

（2）升降摇杆往下打，升降舵面向上偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向下、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向下转动，而机头则相应地绕机体重心向上转动。

（3）方向摇杆往左打，方向舵面向左偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向右、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向右转动，而机头则相应地绕机体重心向左转动。

（4）方向摇杆往右打，方向舵面向右偏转，此时上层气流起主导作用，对飞机产生向右、向后的作用力，机尾就会绕机体重心向左转动，而机头则相应绕机体重心向右转动。

（5）副翼摇杆往左打，左副翼舵面向上偏转而右副翼舵面向下偏转，上层气流对左副翼舵面施加向下、向后的作用力，而下层气流对右副翼舵面施加向上、向后的作用力，于是左机翼绕机体重心向下转动同时右机翼绕机体重心向上转动。

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（6）副翼摇杆往右打，左副翼舵面向下偏转而右副翼舵面向上偏转，下层气流对左副翼舵面施加向上、向后的作用力，而上层气流对右副翼舵面施加向下、向后的作用力，于是左机翼绕机体重心向上转动同时右机翼绕机体重心向下转动。结合上下文，简单叙述为：“升降摇杆推杆，机头下沉，升降摇杆拉杆，机头上抬；方向摇杆往左，机头左转，方向摇杆往右，机头右转；副翼摇杆往左，左机翼下沉，副翼摇杆往右，右机翼下沉；油门摇杆往上，螺旋桨转快，油门摇杆往下，螺旋桨转慢。”这是每个航模玩家实际手动操作时必须知道的操作规则。或者称之为更为简明实用的“行业习惯”。习惯上把通过RC 发射机控制飞机的方式称之为手动模式（Manual Mode）。强烈建议读者自行分析，把手动模式下，摇杆动作、舵面运动和机体运动三者之间的相互关系理解透彻，并能在不看任何相关资料的前提下随时复述出来。

5.在爬高、转弯、压线等典型情况下，摇杆、舵面与飞机运动三者之间有哪些相互关系？

在理解一般情况（摇杆动作比较小，飞机基本处于水平直飞状态）下摇杆、舵面与飞机运动三者之间的相互关系后，还要对典型情况下的位置控制（即如何精确控制飞机从一处飞到另一处）进行简单分析，为后面深入研究固定翼航拍的自动控制原理打下基础。主要分为：油门控制、高度控制、转弯控制和航线控制四个部分。实际操作中，按飞手的个人习惯，细节会有所不同。这里只按理想状态（即近乎自动控制时的效果）下的情况展开叙述。为了简单起见，依然以常规布局

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机型为例展开叙述。

（1）油门控制

假设机头上抬，或下沉角度不大，螺旋桨的转动必定会产生向上的作用分力。此时油门摇杆向下打，螺旋桨转速变慢，向前运动的速度变小，向上的作用分力就会明显变小，而相对空气的作用力也明显变小，根据牛顿力学第三定律，空气对飞机的作用力也明显变小，于是重力起到的作用就会显著增大，飞机掉高度乃至“自由”坠落的可能性就会增大。典型的情况是，飞机机头抬得太高，甚至接近于垂直向上，此时空气对其产生的作用力中，向下的分量占主要部分，如果螺旋桨转速太慢，无法提供足够的向上的作用分力，飞机就会在空气向下作用力分量和重力的联合作用下，失速坠落。一般而言，在飞机的正常飞行中，油门不能太低，机头也不能长时间维持太大的向上俯仰角（那样消耗的油量或电能太大）。

（2）高度控制

飞机要从低处飞往高处，首先要对升降摇杆进行拉杆操作，使机头上抬，但不要抬太高，然后适当加点油门，使螺旋桨转快点，增加一些向上的动力。可以一边爬升，一边减小机头6的上抬幅度，即把升降摇杆往上打一点，同时减小油门，即把油门摇杆往下打一点。这样，飞机到达目标高度后，就能很快变成水平直飞的状态。飞机要从高处飞往低处，首先要对升降摇杆进行推杆操作，使机头下沉，但不要沉太多，然后适当减点油门，使螺旋桨转慢点，减小一些向下的动力。可以一边俯冲，一边减小机头的下沉幅度，即把升降摇杆往下打

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一点，同时增加油门，即把油门摇杆往上打一点。这样，飞机到达目标高度后，就能很快变成水平直飞的状态。

（3）转弯控制

①使用副翼舵面还是方向舵面来转弯？首先注意到，既可以使用副翼舵面来转弯，也可以使用方向舵面来转弯。为简单起见，一般只使用副翼舵面来转弯，或只使用方向舵面来转弯。如果飞机带有较大的机翼上反角，则使用方向舵面来转弯，那么转弯时，飞机受到的向外侧滑的作用力较大，转弯半径就会变大，此时空气作用力、螺旋桨动力和重力的合力为飞机提供圆周运动所需的向心力。由于向下的作用分力较小，飞机不容易掉高度。如果飞机没有机翼上反角或上反角较小，则使用副翼来转弯，那么，转弯时，飞机受到的向内侧滑的作用力较大，转弯半径就会变小，此时空气作用力、螺旋桨动力和重力的合力为飞机提供圆周运动所需的向心力。由于向下的作用分力较大，飞机容易掉高度，所以需要对升降摇杆进行拉杆操作，使机头上抬，适当补偿一些高度。中间的受力情况比较复杂，这里不再展开叙述。只要知道，机翼上反角较大，使用方向舵面来转弯，机翼上反角较小，使用副翼舵面来转弯就好了。另：如果没有副翼舵面，或没有能当副翼来用的差动舵面，就只能使用方向舵面来转弯；而如果没有方向舵面，也没有能当方向舵面来用的差动舵面，就只能使用副翼舵面来转弯。

②具体转弯操作过程第一步，先给出一个坡度，即如果左转弯，就使左机翼下沉，如果右转弯，就使右机翼下沉。一般而言，要转过

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