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航空模型不是玩具
人类自古以来就幻想着飞行。昆虫、鸟禽、风吹起树叶和上升的炊烟，都曾引起过人类对飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生不老之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。距今2000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》中记载着：“墨子为木鸢，三年而成，飞一日而败。”宋朝李鸢等人编的《太平御览》中也有“张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里”的记载。除此之外，古人还发明制作出像孔明灯、风筝和竹蜻蜒等飞行器。
唐代以后，我国的风筝传到国外，在世界上流传开来。西方有人用风筝做飞行试验，探索制造飞机的可能。美国的莱特兄弟1903年制造出世界上第一架飞机并试飞成功。他们就是先用风筝进行种种试验，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。
航空模型顾名思义是各种航空器模型的总称，是一个很宽泛的名词。从字面上可理解为现实中或虚拟的航空器的缩比或扩比、静态或动态的复制品。一方面，作为航空器的缩比复制品，它在实验室和公众场合都有着广泛的应用。另一方面，作为小型的航空器，航空模型从一开始就引起航空爱好者们的浓厚兴趣，多年来长盛不衰。其主要原因是航空模型在航空事业的发展和科技人才的培养方面起到了十分重要的作用。航空模型最原始的使命，是为航空科学研究而服务，任何飞行器在设计阶段都要使用不同比例、不同部位的模型去吹风洞、水洞，还要通过遥控缩比验证机去作验证性试飞，比如失速尾旋特性等。从某种意义上讲，是先有的模型、后又的飞机。随着材料、电子产品、加工工艺的进步和航空文化的推广，原先服务与科研领域的模型又有了新的角色，航空模型成为了普通航空爱好者接触航空、了解航空、探索航空的好工具。因此，有些人将航空模型仅仅视为一种高级玩具，是一种片面的理解。
航空模型的分类
航空模型的种类繁多，令人眼花缭乱，今天笔者为大家简要介绍一下航空模型的分类以及一些项目的发展情况。
国际航空联合会(Federation Aeronautique Internationale 简称:FAI) （图1）针对航空模型的飞行方式、控制方式、动力配置等属性做了分类。
F1——Free Flight 自由飞类航空模型
自由飞项目指运动员或助手与模型之间没有任何物理连接规，某些项目可使用无线电遥控对模型进行辅助操作（比如F1A国际及牵引滑翔机的遥控迫降功能）。
F1A牵引模型滑翔机
F1B橡筋动力模型滑翔机（图2）
F1C活塞式发动机模型滑翔机
F1D室内模型飞机
F1E山坡模型滑翔机
F1F橡筋模型直升机
F2——Control Line Circular Flight线操纵圆周飞行类航空模型
线操纵类模型的飞行和操纵方式都比较特别，它是通过两根很细的钢索（通常为0.4毫米）牵拉升降舵来控制飞机的俯仰，由于钢索的束缚该类模型只能做圆周飞行。其飞行的空间是以钢索加运动员手臂长度为半径的1/2球面上，所有的动作都将在这个1/2球面内完成。
线操纵根据其飞行方式又分为4个项目：
F2A 线操纵竞速飞行
F2B 线操纵特技飞行
F2C 小组竞速飞行
F2D 线操纵空战
国际级线操纵竞速模型飞机(F2A)。该机是以气缸容积在 2.5立方毫升以下的活塞发动机为动力的竞速模型飞机。比赛时，运动员在场地中央，当模型飞机起飞后达到合适的速度后把操纵手柄放入位于场地中心的手叉上，这时测速裁判员即开始测速，至模型飞机飞满10圈（1千米）时停止。每场比赛，每个运动员可飞行3次，取1次最快速度作为该运动员的正式比赛成绩。
国际级线操纵特技模型飞机(F2B)，这一直是中国的优势项目。该机是以活塞发动机为动力,完成规定的特技动作的模型飞机(图3)。比赛时，运动员在7分钟内按照规定顺序完成下列动作：起动发动机、起飞、双过顶、内筋斗、倒飞、外筋斗、内方筋斗、外方筋斗、内三角筋头、横 8字、正方横8字、竖8字、竖三角8字、头顶 8字、4叶玫瑰线和着陆。比赛分预赛和决赛2个阶段。预赛时，每个运动员进行2轮正式飞行，取其中 1轮较高成绩作为预赛成绩。预赛中前15名参加决赛。决赛也要进行 2轮正式飞行。最后再从预赛和决赛中各取 1轮较高的成绩加起来决定名次。未进入决赛者，按预赛成绩决定名次。
国际级线操纵小组竞速模型飞机(F2C)。该机是以气缸容积不超过2.5立方毫升的活塞发动机为动力，竞速飞行的模型飞机。模型的外形是半像真式的。由于比赛时是把3组（每组有操纵员、机械员各1人）编在1个场地同时飞行，所以外国也称为“编组竞速”，中国则习惯称“小组竞速”。比赛分预赛、半决赛和决赛。预赛时，必须飞10千米（100圈）。预赛中前9组进入半决赛，经过淘汰剩下的3组进行决赛。决赛时,要飞20千米(200圈）快速者为胜。
国际级线操纵空战模型飞机(F2D)。它的发动机排量限制跟线操纵竞速模型飞机一样。比赛时，将模型飞机尾部系一条长 3米的彩色纸带。两名运动员站在同一个直径为 6米的圆圈内(操纵圈)，各自操纵一架模型飞机，用螺旋桨来“咬”对方尾部的纸带，以切断对方尾部纸带次数的多少决定胜负。比赛采用单淘汰制。到目前为止，这是国际航联所有航空模型比赛中，唯一的一个直接对抗的比赛项目。
F3 - Radio Controlled Flight 无线电遥控类航空模型
无线电遥控飞行指操纵者在地面用无线电遥控设备操作飞行器的舵面或其他控制机构，以改变模型的飞行姿态、方向、高度和速度。
目前比较有影响力无线电遥控项目有：F3A无线电遥控特技模型飞机、F3B无线电遥控牵引滑翔机、F3C无线电遥控直升机特技飞行、F3D无线电遥控竞速飞行，以及近几年新增加的F3M（无线电遥控固定翼花式像真特技模型飞机）、F3N（无线电遥控直升机花式飞行）（图4～6）。
遥控特技飞行类项目集竞技性、科技性、娱乐性、观赏性于一身，是含金量最高的项目，也是备受爱好者喜爱的项目。随着材料、加工工艺等技术的进步，相对高端的遥控模型也开始普及化，尤其是2000年以后，模型直升机技术的发展充分体现了这一现象。
随着机械加工技术，材料技术和微电子技术的快速发展，航模直升机作为其领域中的一种综合产物也逐渐地发展起来，在机身结构方面，最初都是由工程塑料和高强度尼龙一体注塑成型的机身结构和旋翼头零件，现在已经发展为有CNC加工的全金属硬质铝合金旋翼头，以及由碳纤维材料机身侧板和金属连接件构成的复合式机身结构，具有强度、刚度更高，重量更轻，连接更可靠的优点，并且没有了塑料材料老化的缺点（图7）。以台湾亚拓的品牌遥控直升机为例，早期的450级“小暴龙”电动模型直升机，除传动机构外，全机几乎都是由灰色的工程塑料零件构成，而最新的T-REX 450 PRO V2的机身侧板和尾翼则几乎都是碳纤维数控切割而成，通过金属零件连接成一体的盒式结构，坚固又不失轻巧。同时主旋翼和尾旋翼也由硬质塑胶桨和硬木桨，发展为刚度更好的玻璃纤维复合材料桨和碳纤维复合材料桨。具有这样优秀刚度的机体和旋翼，才能保证遥控直升机完成激烈的大过载特技动作，而不至于因为机体变形而导致动作发“肉”，甚至带来机体结构的损坏（图8）。
从动力角度而言，近些年的遥控模型直升机的动力功率增长很快。较为流行的遥控模型直升机的动力主要分为活塞式甲醇发动机和电动机。甲醇发动机的工作声音象真度较高，并且动力不随着时间而变化，同时续航能力较强；但其瞬间爆发力赶不上电动机，而且振动剧烈，还有维护性和可靠性差的缺点。近几年国外著名品牌多采用扩大工作容积，增加稳定性供油系统的方法改善甲醇发动机的性能。如为50级（50级代表发动机活塞工作容积为0.50立方英寸）遥控直升机开发出了52级、55级甚至57级的发动机，而在竞赛中非常流行的90级遥控直升机则可以搭配100级、105级甚至120级的发动机（图9、10）。增大的工作容积可大大提高了瞬时功率，这使得油动直升机做3D动作中频繁的大总距切换下也能保持住主旋翼的转速而不致“憋住”发动机，但其续航能力则降低了。稳定性供油系统也是近来发动机制造商为了满足甲醇发动机在直升机各类过载导致油位反复变化的情况下，为发动机附加的一种增压供油系统，如YS发动机采用全封闭油路，通过发动机上附带的增压泵给直升机油箱增压来保证燃油顺利进入化油器，大大提高了工作时的可靠性（图11）。
电动机动力的发展则更快，最初遥控直升机的电动机都是有刷直流电动机，其工作电流小，电刷磨损快，发热较大，因此只用在小型遥控直升机上。随后出现真正使得电动模型直升机普及的大功率直流无刷电机。目前适合遥控模型直升机的无刷电机大多为外转子结构，转子内部镶嵌钕铁硼强力磁钢，这样其扭矩可远超普通的有刷电机，无刷电机没有了电刷处的接触电阻，使得效率和最大电流也大大提高（图12）。随着电动模型的推广，近几年模型专用锂聚合物电池也快速的发展，其内阻、重量、放电倍率也远超传统的镍镉电池和镍氢电池。再搭配专用的无刷电机控制器，将电池的直流电转化为无刷电机适用的三相交流电，驱动电机运转。目前的电动直升机如雨后春笋一样层出不穷，从小型的250、450级直升机到大型的600、700甚至800级直升机，都可以做出比油动直升机更加“暴力”的特技动作，同时也能达到数分钟的续航时间。
电子设备的发展同样影响这遥控模型直升机的技术水平。从遥控设备来说，最早的遥控器仅支持传统的90°十字盘操纵方式，即横滚、俯仰和总距各采用一个舵机通过连杆机构控制，并且机身上也有复杂的机构来实现，这在台湾雷虎公司的直升机上最为典型。而随着遥控器内部程序的进步，使得目前的遥控直升机的十字盘均采用CCPM混合控制，包括120°，135°和140°十字盘等，这种方式的特点是三个舵机同时运动，完成横滚、俯仰和总距的操纵。好处在于三个舵机的合力更大，动作更迅速直接，同时省却了机构的结构重量，消除了机械间隙等。除此之外，目前的中高端遥控设备还包含丰富的细节调整项，如十字盘修圆和倾斜盘混控等，能够更好地使得旋翼头协调、准确地工作。
遥控直升机舵机也向着扭矩更高、速度更快、寿命更长稳步发展，最早的舵机大多是尼龙齿轮，直流永磁电机。随后发展出使用空心杯转子电机的舵机，有效提高了舵机的功率和耐用性，近两年舵机高端品牌大多采用有感无刷电机作为舵机的动力来源，搭配精密加工的合金齿轮，可以使斜盘舵机达到10千克·厘米以上的高扭矩，直升机锁尾舵机达到0.05秒/60°的高速度。某些高端舵机采用全金属CNC制作的外壳，提升了散热性能，同时支持2S的锂电池直接驱动，其性能参数也更加可观（图13）。
陀螺仪作为直升机稳定飞行的重要一环，也取得了长足的进步，最初的陀螺仪都是机械式陀螺仪，通过高速转子的定轴性探测到角度改变，进一步控制尾舵机使直升机锁尾，随后出现了电子陀螺仪，体积更小，控制能力更强，并且具有感度调整的功能，这极大地带动了直升机3D飞行的普及（图14）。而如今的遥控直升机均向着无副翼化发展，这都缘于无副翼系统的出现，以德国Mikado公司的V-bar系列无副翼系统最为典型，该系统大大简化了直升机旋翼头的结构，有效提升了动力性能和操控手感，使得模型直升机实现了“静若处子，动如脱兔”的飞行性能。无副翼系统发展到现在集成了无刷电机/发动机定速器、飞行记录仪甚至遥控设备接收机的部分功能，甚至可以外接模块变身为飞控平衡仪，其功能之强大对整个直升机系统起到了革命性的作用（图15）。
F4 - Scale Models 像真类航空模型
像真模型，大家看到这个词的时候总是首先想到的是广大军迷爱不释手的树脂静态仿真模型。对于航空模型来讲，为了保证其最本事的属性——飞行，所以不可能完全按照实物做简单的缩小比例，还要根据缩比模型的翼面积、翼载荷、重心位置、焦点位置等参数重新对翼型等数据做一系列的调整。这种缩比模型只能做到“像真”，而不能完全“仿真”，因此都称其为“像真模型”(图16)。
说到像真模型，大家会略有些陌生。静态模型以外形准确、形态逼真作为最高的追求。在航模领域，一些特技和竞速项目会要求模型要有一定程度的像真，但由于雷诺数的关系，实物的翼型多数情况下不可能用于其缩比模型，所以能飞的像真模型基本上都要在像真程度方面作出牺牲。让一个逼真的模型飞起来绝对不是一件简单的事情，我们可以从以下三方面来分析它的难度。
首先是气动方面。雷诺数、飞行速度甚至于控制系统的巨大差异使得模型飞机绝对不可能照搬真飞机的气动布局，在尽可能保证像真程度的情况下重新设计像真飞机的气动布局是让飞机飞起来的首要关键因素。兼顾像真，也使得像真模型的飞行性能与专业级于竞赛类模型飞机相距甚远。
第二是强度。由于“比强度”要求的变化，照搬真飞机的结构设计与材料选用也 是不可取的，模型飞机使用的大多数是低比强度、低密度的木材及其他复合材料。这些材料和金属材料最大的差异是其表现为各向异性，因此，像真模型飞机的整体承力结构需要重新设计，以保证飞机的坚固、轻巧。
第三条自然是机械系统，包括动力系统、控制系统及辅助系统。完全不同的飞行速度、完全不一样的操控方式，使得像真模型飞机对于机械系统的要求非常苛刻，也使得机械系统成为像真模型中最有魅力的组成部分（图17～19）。
