互动科普

航模全拆解

根据动力系统的不同，航模可分为电动、油动、涡轮喷气、火箭助推和无动力滑翔这几类。限于篇幅，这里我们只介绍前3种动力系统。

有些爱好者为自己的航模搭载了内燃式航模发动机。这类发动机包括甲醇机（燃料为甲醇和蓖麻油）、汽油机（燃料为汽油）和涡轮喷气发动机（燃料一般为柴油），也是各有特点。其中，甲醇发动机多用在中小型飞机上，排量也较小；汽油发动机一般用在大型飞机上，因为汽油发动机小型化以后工作会不稳定；涡轮喷气式发动机则模仿真实的飞机喷气发动机，能够为大型喷气式飞机模型提供足够的动力以及仿真度，并让很多玩家痴迷于它所发出的震撼音效，但价格比较昂贵。

与此相对，电动航模则是现在更主流的选择，因为它的安装调试和保养都非常简单，对飞机结构抗震性和强度方面的要求也低。其中，用于模仿现实中的喷气式飞机的航模一般会采用涵道动力※，其内部仍然是直径较小的螺旋桨，只是叶片数量比较多（从微型涵道的3叶桨到大型涵道的10多叶桨不等）。包裹在管道中的螺旋桨，能比同等规格的孤立风扇产生出更大的推力，但即便如此，涵道的功效仍是较低的。

以笔者制作的波音747为例，电动航模的设备包括电机、电子调速器（电调)、舵机、电池等，相关的设备则有充电器、遥控器及配套的接收机。

作者制作的波音747航模的设备布局图

航模遥控器一般使用FM频段及2.4G赫兹频段。因为后者遥控器的接收机天线短、抗干扰性强，目前已是主流选择。这里顺便介绍一下遥控器的常用操作手法，可以分为“日本手”、“美国手”和其他，其中前两种是主流。所谓日本手，操作是右手摇杆的上下控制动力、左右控制副翼；左手摇杆的上下控制降升、左右控制方向舵。而美国手则是左手摇杆的上下控制动力、左右控制方向舵；右手摇杆的上下控制降升、左右控制副翼。比较高级的遥控器可以自定义各种操作手法，以顺应各人的习惯。

电动航模之所以会出现目前的繁荣，与无刷电机的普及和锂电池的广泛应用是密不可分的。无刷电机寿命长、效率高、噪声小，没有易磨损的电刷，但要搭配电子调速器才能运行。无刷电机的型号往往跟它的性能参数有关，比如2212电机，就是指它内部的线圈组部件的直径为22毫米、长度为12毫米。即便是同型号的电机，也可能会有不同的KV值，它表示电机在空载的情况下，电子调速器每提升1伏输出电压时，电机转速提高的量值。一般来说，高KV值电机搭配小直径的螺旋桨，低KV值电机则搭配较大的螺旋桨。有关螺旋桨和电机的搭配、以及电调和电机搭配的知识，玩家可以在网上找到不少的测试数据。在选择电调时，有一点要注意，那就是一定要选择大于电机最大工作电流的才好。

电动航模多采用聚合物锂电池（简称锂电池）供电，少数也有使用镍氢或铁锂电池的。锂电池重量很轻，但携带的电能却很多，足以满足电动航模的苛刻要求。根据航模的大小和动力要求，可以自行选用大小、重量各不相同的电池。通常，玩家可以买到2S～6S的锂电池。电池的参数决定了它的性能，以3S 2200mAh 30c为例，3S代表电池组是由3组电池芯串联而成；2200mAh代表电池的容量是2200毫安时，即以2200毫安的电流持续放电1小时的电量；30c表示锂电池的放电倍率能力。对于2200毫安时的电池来说，1c就是2200毫安，也就是说，此电池最多能够以30倍率的电流（即2200毫安×30倍=66000毫安=66安）持续放电。但请注意，放电倍率越高，电池的有效工作时间就越短。例如始终持续以30倍的电流放电，那么那块电池只能坚持2分钟（60分钟/30=2分钟）。在电池上有两个插头，一个用来给飞机供电，一个用来充电。由于锂电池的充放特性决定了它不能过充以及过放（单片电压不超过4.2伏，也不能低于3.3伏。实际飞行时，一般单节电压不低于3.7伏），所以为它充电的锂电池平衡充电器是专用的，可以单片、单独地调整充电电流并精确保证充电电压，因而不能用普通充电器代替。

购买整套成品飞机模型的玩家一般不需要考虑设备的搭配问题，可以尽情享受飞行的快乐，专注于飞行技术的提高。而DIY爱好者们则享受着模型的制作乐趣，纠结于各种设备名目繁多的性能指标之间。这里有一些小提示，可供DIY初学者参考。第一，要根据设备造模型，而不是模型造好了再去找设备。这就是说，根据动力系统产生的推力大小来设计飞机的尺寸，将推力和飞机重量(重力）控制在一个合理的范围。当推力达到飞机重量的70%～80%时，可以满足绝大多数航模的要求，特技机则要达到100%（1:1）甚至更高，而滑翔机则可以适当降低；至于喷气式航模则要根据涵道动力与模型喷管或发动机吊舱的大小比例来设计飞机。第二，根据动力系统推力的要求，以及机型的特点来选择合适的电机和螺旋桨，再搭配相应的电池，具体方案可以在网上找。

航模有别于玩具，具有一定的危险性，而且价格也比较昂贵，所以保证人身和模型的安全就显得尤为重要。起飞前，首先要做地面检查。第一步是测试遥控器和接收机之间的通信是否正常，必要时进行拉距测试（拉开二者距离，确定最大可靠通信距离的测试），以免飞机飞出操控范围。第二步是检查电池的电压，确保电量充足；检查舵机是否工作正常，有无异常声音，中立点是否漂移，舵机及其拉杆连接是否可靠；电机是否松动。第三步是手持或用其他方法固定飞机，逐渐加大油门，检查螺旋桨安装是否稳固，是否会脱出。第四步，还要检查各个通道的操作反应是否正常。为了尽可能避免发生失控的情况，飞行前一般先打开遥控器电源，再给飞机通电，飞行结束后则先断开飞机电源，再关闭遥控器。

新手怎样入门？

新玩家不要急于购买遥控器或飞机，因为任何错误的飞行尝试都可能带来损失。飞机模型不同于船舶和车辆模型，后者的操作错了可以停下来，而飞行时的失误直接导致的就是坠机甚至飞丢。所以在操作真的模型飞机之前，有必要在电脑中用飞行模拟器来练习一下飞行技巧，熟练掌握操控动作。建议购买那种带USB接口遥控器的飞行模拟器，其中自带的机型各式各样，从室内轻型飞机到大型涡喷飞机，它都可以逼真地模拟出其飞行时的物理特性。最重要的是，即便是在模拟器中摔掉100架飞机，你也不会损失一分钱。

不论是在模拟器中练习还是操控真实的航模，都应该从初级练习机开始。这一类飞机通常是上单翼、机翼有上反角、舵面较小、飞行较慢较稳的机型。速度慢的飞机有助于改善操作动作的协调性，延长操作的反应时间。其次，飞机越大越好飞，飞机越小越难于控制。大飞机看上去飞得比较慢，飞远了也能看得见，抗风性也比较强。另外，后推式练习机也是新手的首选，粗暴降落时不会损坏螺旋桨。

对于喜爱自己动手DIY的玩家，要本着由易而难、循序渐进的原则，多看资料图纸、多思考、多实践，从简单低成本的飞机着手，根据详细的模型制作教程一步步学着做，不要闭门造车想当然地乱来，否则会走很多弯路，损失宝贵的时间和金钱。 

到现在，航模玩家们已经逐渐分化出多个兴趣方向，每个方向都有很多乐趣。比如，喜爱像真机的，逐渐发展为航空史考据派，努力在航模上真实还原飞机的每个历史细节；喜爱竞技的，逐步走向了专业化，将各种飞行特技反复练习到炉火纯青的地步，醉心于提高飞机的各个参数性能，并积极参加各类比赛；喜爱DIY的，努力将飞机造得更大或更小、更轻、更像真或更另类；喜欢飞行感觉的，逐步走向FPV（第一人称飞行），或航拍各处风景；喜欢新鲜感的，不停地添置新机型，以体验不同的操作感。

尽管如此，他们往往会有共同的偶像，那就是“世界喷气模型飞机大师赛”(Jet World Masters）的冠军们。两年一届的赛事，汇聚了全世界航模爱好者和制造者中的高手同场竞技，比外形、比细节、比飞行、比操作，淋漓尽致地展现了航模界的最高科技水平和最诱人的魅力。

你还在犹豫什么呢？来吧，一起加入这个快乐的航模大家庭吧！ 

（本文发表于《科学世界》2013年第11期）