一、前言
1.课题来源
作为一名初中生，我对航模的制作和航天技术充满了好奇和兴趣。在学习过程中，我了解到滑流效应对航模的稳定性和气动特性影响重大。1然而，我也得知传统的机身造型和螺旋桨分布存在一些问题，需要进一步研究和改进。这引发了我对一个新的课题的思考：是否有更简单、更可靠的机身结构可以提高航模飞行时稳定性和安全性？于是，我开始寻找相关信息并进行探索。
图1 滑流扭转对飞机的影响
2.研究背景与意义
从首架飞机上天至今，螺旋桨飞机是航空界功臣，涡桨飞机拉力大且省油，仍广泛使用3。但螺旋桨转动产生扭转气流，与机翼气流混合影响飞行状态1。如右转螺旋桨飞机，滑流会推机头向左，大飞机飞行员可踩舵调整，航模却无法实时抵消影响，新手玩航模易因滑流转偏炸机，影响入门体验。因此，解决航模滑流扭转问题对青少年玩航模和做科创意义重大。
目前，螺旋桨研究多集中于大飞机，科学家用电脑模拟、风洞实验等研究其气动性能和滑流效应3,5。也有学者进行小型螺旋桨实验，分析桨叶数对拉力的影响2，研究桨翼干扰带来的侧推力、振动问题4，但针对航模滑流扭转的实验较少，更缺乏通过调整桨叶数量、加装类蜂窝结构解决问题的研究。
基于此，决定采用实验法研究：搭建测试平台，测试单叶到六叶不同桨叶数、不同参数的类蜂窝结构对航模拉力、侧推力和振动的影响。实验多次测量取平均值以减少误差，最终找出抑制滑流扭转、让航模飞行更稳的最佳配置。
该研究一方面能为航模设计提供简便方法，降低新手入门难度，使航模飞行更稳；另一方面，可为小型螺旋桨飞行器改进提供参考2,4。
3.研究目的
本次研究的对象是航模飞行时滑流效应的力学特性，目标是评估类蜂窝结构对削弱滑流效应的可行性和效果。具体目标如下：1．研究不同桨叶数量对航模滑流效应的力学性质的影响；2．使用不同类蜂窝结构对航模滑流效应的力学性质的影响；3．确定类蜂窝结构对削弱滑流效应的适用性，并评估其准确性和稳定性。
二、研究设计
1.研究准备
本次研究用实验法探究不同桨叶数量、不同类蜂窝结构对航模螺旋桨拉力、机身侧推力及振动的影响。实验前期，收集弹簧测力计、螺旋桨等器材并逐一调试。动手制作不同叶片的螺旋桨和类蜂窝结构，以 5046 六桨叶螺旋桨为样本，裁切成五叶、四叶等（单叶不对称螺旋桨灵感来自日本大阪工业大学轻量化飞机）；用φ5mm×210mm 吸管截取 20mm 小段为基础单元，做出不同面积、数量的滑流稳定装置，所有自制器材经检查满足测试要求。
搭建的实验平台分三类：螺旋桨拉力测试平台、机身侧推力测试平台和机身振动测试平台。其中，拉力测试平台由滑轨、推拉力计和无刷电机构成，用推拉力计测螺旋桨最大拉力；侧推力和振动测试平台包含滑轨、推拉力计、陀螺仪等，分别用推拉力计记录机身侧推力最大值、陀螺仪捕捉机身振动最大值。
通过对以上内容的深入研究，本文期望能够为国内双发动力固定翼无人机的研发和应用提供一定的技术支撑，推动我国无人机技术在民用领域的进一步发展。
图2 制作装置与实验样本
2.测试方法与过程
本次实验核心是探究不同桨叶数量、不同类蜂窝结构对航模螺旋桨拉力、机身侧推力及振动的影响。首先明确测试核心参数与控制条件，为凸显桨叶差异，全程用电机最大功率测试；将不同叶数螺旋桨样本放实验平台时，保持放置方式和角度一致，确保每次只改一个变量，重点测螺旋桨拉力、机身侧推力和偏转角最大值。
实验用两类测试装置，一是拉力测试台，固定拉力计测螺旋桨拉力数据；二是侧向推力与偏转角测试台，把机身装立轴上，测垂直尾翼绕立轴侧向力（反映滑流扭转程度），记录平台不同结构测试时最大振动偏转角（体现结构对机身整体振动最大影响）。
选择实验变量时，对比预测试数据、查阅资料，发现机身设计、尾翼形状优化虽能提升航模稳定性和气动效果，但制作精度要求高，不易精准控制变量。所以本次实验重点关注制作和调节简便的类蜂窝结构，结合不同叶数螺旋桨，形成核心测试变量。
实验全程同步记录数据，后续将基于测试结果系统分析，总结不同叶数螺旋桨、不同类蜂窝结构与拉力、侧推力、振动参数的影响关系，探讨影响原因、实验限制因素及改进方向。
三、过程结果与分析
1.螺旋桨不同桨叶数量的测试与优选
基础螺旋桨实验，是为了挑选出更为优秀的螺旋桨作为试验样本，因此会对实验结果进行综合比较，从螺旋桨能提供较大的拉力的角度来考虑。实验过程中存在测试位置的偏差，为了减小实验误差，本课题采用多次测量取平均值法。在测试过程中，发现由于非轴对称桨叶会产生明显的振动，从而导致飞机整体震颤，无法获得准确结果。
对六种基础螺旋桨做了性能对比，还把测试数据做成图表来分析。从六组数据能清楚地看到：单叶和五叶螺旋桨振动特别明显，能提供的拉力也小；二叶螺旋桨的侧推力和偏转角表现比四叶的好，但拉力比不上四叶螺旋桨；三叶螺旋桨的各项数据都是最好的。为了让后续测试更稳定，我们选了三叶螺旋桨作为后续的测试样本。接下来，分别测试类蜂窝结构的孔径、数量对航模的影响。把类蜂窝结构装在螺旋桨后方的机身上，和发动机保持一定距离，做到和发动机不共轴、不跟着旋转，想要让旋转的气流穿过结构的孔径后，变成直线向前的气流，以此减少滑流扭转的影响。
图3 三项测试结果
2.孔径差异的测试
类蜂窝结构主要由塑料吸管制成，一方面方便加工和制作，一方面可以实现材料的自由取材和轻量化。吸管孔径有两种，一种直径5mm，另一种直径10mm。
在拉力测试中，类蜂窝结构孔径越小，产生的拉力越小；孔径越大，产生的拉力越大，可见大孔径在提升发动机拉力上更有优势。在侧推力测试中，孔径越小，产生的侧推力越大；孔径越大，产生的侧推力越小，大孔径在减小侧推力方面表现更好。在偏转角测试中，孔径越小，产生的偏转角越大；孔径越大，产生的偏转角越小，大孔径能更好地降低偏转角，提升稳定性。从这三组测试数据的图表中能明显看出，类蜂窝结构的单体孔径对机身拉力、侧推力和偏转角都有显著影响，其中孔径10mm的类蜂窝结构，整体效果要优于5mm的样本。
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