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第 41 届 XX 市青少年科技创新大赛 小学生科技创新成果竞赛项目研究报告 一种可变机翼安装角的 电动自由飞模型 作 者：
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2019 年 11 月 18 Fl 摘要 电动自由飞模型飞机作为“飞向北京一飞向太空〃全国航空模 型竟赛“竟时〃项目的机种，也是我们东城小学航模校队训练的重 要器材之一。
但自由飞模型一旦出手就不能再控制，在狭小的场地或者有 风的天气飞行时，很容易因为飞得太高而丢失。
我们发明了一种可变机翼安装角的电动自由飞模型，通过调 整机翼安装角，可以有效的控制飞行高度，实现多种玩法。在小 场地或室内飞行时，模型以出手高度盘旋飞行，可以作为回旋飞 机玩，而在大场地飞行时，模型急速爬高，又可以作“竟时”比 赛飞机玩。
关键词 电动自由飞 可变机翼安装角 飞行高度 课题的提出 学校航模课，有一次老师发给我们一架“猎鹰”电动自由飞 模型，这是我第一次接触这种飞机，安装好后，兴奋的拿到操场试飞, 投出去后，看着飞机稳定的盘旋爬升，别提多高兴了。慢慢的飞机飞 到了五层楼高，逐渐飞出了视野，飞机飞丢了，我真的很难过，从那 时开始我就想设计一款，可以控制飞行高度的电动自由飞飞机，这样 就不会飞丢了。
研究目的和基本思路 目 的：防止电动自由飞模型飞丢。
基本思路：设计一个能控制电动自由飞的飞行高度的装置。
该项目的研究过程 1. 模型的设计 (1) 构思 我与航模校队的另外两名同学彭伟铭、胡胤楷在李霞老师的指导 下一起探究控制电动自由飞模型的飞行高度的问题。
我们上网查寻，了解到想要控制电动自由飞模型的飞行高度主要 有 两种方法，一是限制充电量，但电压的高低，对电动机动力的大小 有很大的关系，冲少了模型飞机可能飞不起来，冲多了模型容易飞高、 飞远找不到。二是通过调整升降舵舵面来控制飞行高度，自由飞模型 的升降舵只能通过手动调整，既无法确保精确，也不能长期保持，调 少了飞机低头坠地，调多了容易导致失速。我们就想有没有一种更好 的方法来控制自由飞模型的飞行高度呢？ 在航模课上，李霞老师提到了机翼安装角（机翼翼弦与机身 度量用的基准线的夹角）它对升力系数、零升力角、失速迎角和巡航 阻力均有所影响。
（图一） 受此启发，我们觉得如果设计一种机翼安装角可以调整自由飞模 型不就可以控制灵活的控制模型的飞行高度了吗？ （2） 画图 首先我们确定了该模型采用翼展为 35Omm 的后掠式机翼，这种机 翼能增加横侧安定性，飞行效果较好。根据翼展长度，我们按比例换 算出机翼弦长、水平尾翼大小、垂直尾翼大小以及机身长度。
然后我们用 Cad 画图，在设计完模型飞机机翼、机身、尾翼等结 构之后，又在机身上画出了四条相互之间间隔 3mm 的鱼刺形机翼固定 卡槽。并给机翼设计了一个安装柱，柱子上方有个十字形翼台，可以 纵向翼台让机翼保持兼顾爬升和滑翔的翼型，横向翼台使机翼有 6 度 上反角，增加模型飞机的横侧安定性。
柱子下方留有两个 2m 方形碳纤维杆插栓安装孔。这种设计使得 机翼获得了两个安装位，在一号安装位时，机翼安装角为 O 度，在二 号安装位时机翼安装角为 6 度。
2. 模型的制作 （1） 准备材料 设计完图纸后，爸爸从网上给我买的制作材料也到了。机翼和尾 翼使用的是 2mm 的魔术板，它很轻，而且可以弯折，不容易断裂，很 适合折出机翼的翼型。机身采用的是 5mm 的魔术板,尾杆使用的 1.5mm 方形碳纤维杆。动力设备使用的 3. 7v 锂电池和 716 的空心杯电机以 及 4. 6mm 螺旋桨。
（2） 切割魔术板 然后我们把材料和图纸一起交 给了唐老师。老师把魔术板放入激 光切割机中，按下按钮，听见嗤嗤 嗤的响声，激光头快速的切割起来。
看到一张完整的魔术板顷刻间变成 了与设计图相同的形状，我真的体 会到了科技的力量。
（图 （图 （3） 安装模型飞机 我们先装好了尾翼和尾杆，再把尾杆插入机身，然后安装电子设 备，最后安装机翼。
（图五） （4） 飞行调试 在试飞的过程中，我们发现调好方向舵之后，机翼在一号安装 位时（机翼安装角 O 度），电动自由飞模型以略微高出出手高度 1 到 2 米的高度盘旋飞行；在二号安装位时（机翼安装角 6 度），模型飞 行迎角增大，开始快速盘旋爬升。至此，一架通过改变机翼安装角而 控制飞行高度的电动自由飞模型终于完成了。
该项目应用了哪些科学方法、科学原理 我们主要运用了调查、分析、组合式创新等科学方法和空气动力 学原理来完成本课题的研究。
该项目的主要贡献（创新部分） （1） 运用独特的鱼刺形卡槽结构，使机翼有两个安装位，可以方 便调整机翼安装角，结构简单、牢固安全。
（图六） (图七) (图八) (2) 能控制电动自由飞模型的飞行高度，不但有效的避免模型飞 机容易飞丢的问题而且还可以在室内飞行。
(3) 使一架飞机有两种玩法，既能作回旋飞机玩，又能作“竟时” 比赛玩。
他人同类研究的情况调査 通过网络查询，没有发现他人研究同类产品。
进一步完善该项目的设想 “可变机翼安装角度电动自由飞模型”做成后，我们发现如果更 换不同的电池，导致飞机重心改变后，现有的两个机翼安装位就可能 不适合了，如果可以任意调节安装角度，自由飞模型可以获得更好的 飞行效果。胡胤楷同学大胆提岀可以参考伸缩雨伞的设计，使用大小 两个碳纤维管套接起来，在粗的杆子上打一个孔，再配上螺丝就可以 更灵活的调节机翼安装角了。因条件有限，不能进一步完善设想，等 设备齐全以后，我们再完善设计。
集体项目中申报者各自的工作分工 刘钟荫主要负责图纸设计，彭伟铭主要负责试飞及记录飞行情 况，胡胤楷主要负责收集资料及挑选制作材料，我们共同制作，既分 工又合作。
研制体会 我们在设计和研制过程中，阅读了大量课外书籍，很多不知道的 困惑，在这里可能都会迎刃而解，比玩游戏要有意思得多。
在设计模型飞机之余，我们还利 用 SCratCh 少儿编程软件，编写了方 便计算模型飞机各部分比例计算的 程序，只要输入飞机翼展长度即可， 为校队的其他同学带来了方便。
在研究过程中，由此令我们感悟到，创新的空间也很大，只要你 不违背科学规律，按人们的需求去认真琢磨，大胆设计某一事物，就 可能创新出某一与众不同的新事物。
我们在设计与试飞中，经过反复的磨合调整过程，而且每一次的 失败，都将为再设计提供新的正确方案，前前后后我们一共设计了 11个版本的图纸。如果因为某次失败而放弃，那就永远体会不到成 功的快乐了。所以，我们认为科学技术固然很重要，人的毅力和执着 也同样重要。人的才干、能力都是在创新实践中逐步提高的。
由此，我们将再接再厉，认真学习科学文化知识，积极参与各项 有益的实践活动，不断提升自己的才干和综合能力，让自己能成为一 个有用于社会的人！ 鸣谢 在研制过程中，我们得到了学校领导、科学老师的精心指导和全 力帮助，得到了爸爸妈妈和航模校队所有同学的大力支持。在此对他 们表示深深的感谢！ 参考文献 [1] 《遥控飞机入门》航模工业岀版社。
[2] 《航空模型的设计与制作》电子工业岀版社。
[3] 《微小飞机设计与制作-渐进教程》北京航天航空大学出版社。
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