浅谈遥控精准特技模型飞机的器材、安装与调试(1)

一、F3A与遥控精准特技模型飞机

相信大多数模友对国际航空联合会（FAI）都不会感到陌生。这个成立于1905年的机构，几乎涵盖了所有航空运动领域。在各具魅力的航空模型运动中，F3A项目（国际级无线电遥控特技模型飞机）无疑是一颗璀璨的明珠。从整体设计看，F3A模型飞机通常为中单翼，采用对称翼型设计（少数双翼模型飞机如Adventure、Miss Wind等除外），机翼前缘后掠，充分考虑到不同姿态、不同速度的稳定性与操纵性。从外观看，F3A模型飞机大都具有较大的侧面积，整机曲线优美流畅。从材料看，兼具传统木质材料与现代复合材料，取长补短，具备合适的机体强度与刚度，且最大可能地降低不必要的重量，保证合理的翼载荷。从竞技动作看，具有“空中芭蕾”之称的F3A更是以其优美、舒展和圆润征服了无数观众。

1.F3A项目的发展

自1960年第一届F3A世界锦标赛在瑞士苏黎世举行以来，至今已走过52年的历程。纵观半个世纪以来F3A项目的发展，是与电子技术的进步和航空模型发动机材料、工艺的完善分不开的。电子技术的进步对F3A及其它遥控项目的影响，主要体现在遥控设备的两次深远变革上。第一次变革发生在20世纪70年代前后，以采用标准数字电路的比例式遥控设备取代开关式遥控设备为标志，使F3A模型飞机第一次具有了多通道准实时操控的效果。第二次变革则发生在随后的10～20年间，以性能优秀的微电脑控制比例遥控设备（如Futaba T9V、JR PCM-10S等）的出现和发展为代表。这些优秀遥控设备，已经具有了当今先进设备的雏形，普遍拥有ATV调整、可编程混控、多点曲线设置、条件（Condition）或模式（Mode）切换功能，调整简便，功能强大，使F3A等遥控项目如虎添翼，向着更高层次发展。

另一方面，航空模型发动机材料、工艺的完善历程，也在F3A项目发展历史上留下了深刻烙印。自F3A项目诞生至20世纪90年代中期，因为技术条件及由此制定的规则限制，所以发动机排量被限定在两行程10cc以下（60级）或四行程20cc以下（120级）。当时F3A模型飞机普遍的技术特点是：机身长1800mm左右，翼展1600～1800mm，机身修长、侧面积较小，重量一般在3.8kg以下；通常装备YS 60FR（图1）、OS 61RF、OS FS-120S-SP等型号的竞赛发动机。自1997年第20届世界锦标赛之后，发动机排量限制取消，但整机重量不得高于5000g，机身长度、翼展均不得大于2000mm。F3A动作向着匀速方向发展，侧飞、滚转类动作逐渐增加，F3A模型飞机则向大型化、大侧面积方向发展。到2005年前后，随着锂聚合物电池、航模无刷电动机和专用电子调速器各方面理论、材料与工艺的发展与成熟，电动F3A模型飞机逐渐出现在世界锦标赛赛场，时至今日，仍方兴未艾，甚至大有取代传统甲醇发动机的势头。与此相对应，针对电动机低震动的特点，电动专用的F3A模型飞机设计也受到更多关注。

随着上述技术的发展，F3A模型飞机领域逐渐出现百家争鸣的势头。动力系统的“油电之争”和模型飞机风格的“美日之争”就是其中两个小插曲。

“油电之争”即传统甲醇发动机与新兴无刷动力系统的竞争。一般说来，甲醇发动机扭矩充沛，中低速响应迅速有力，系统转动惯量较小，在飞行中后期随着燃料消耗推重比可进一步增加，但发动机结构复杂，调整难度相对较大，另外噪声、燃料对人体的危害及其尾气污染均不可忽视；无刷动力系统结构简单，调整与维护方便，工作稳定可靠，噪声相对较低，但中低速加速表现和飞行感觉与传统甲醇发动机特技飞机存在一定差异，且这些差异在外转子无刷电机上体现得较明显。从地域来看，欧美和日本地区是F3A运动比较普及的地区，运动水平也相对较高。但由于各种历史原因，欧美和日本地区的航模理念有显著的差异，即所谓的“美日之争”。欧美地区讲究以人为本，偏重操纵者与模型飞机的配合，追求机体、动力设备与操纵手法的相对稳定，并在此基础上循序渐进地发展。而日本F3A选手和厂商则借助于有利的外部环境（拥有Futaba、JR、YS、OS等世界领先的模型品牌），倾向于把新的飞行理念应用于模型设计中，往往会依据最新的竞赛动作，对机型在结构和外形上进行针对性改动。

仅从F3A模型飞机外观看，就能发现两者的典型差异：日系模型多采用传统甲醇发动机；为提高侧飞性能和减少涡流阻力，座舱盖普遍前移至机身长度的1/3左右甚至更靠前；座舱盖之后的机身相对饱满，与垂直尾翼圆滑过渡；主翼根梢比一般约为2∶1；除双翼机外，通常使用超薄副翼专用舵机（如Futaba S9154等，在下文有详细介绍）。由日本F3A选手铃木贡司设计的Zeque机型即具备典型的日系F3A特征（图2）。我国国内研发的Neptuno机型也吸收了一定的日系设计元素（图3）。欧美系F3A机型多采用无刷动力系统；座舱盖高度通常比日系模型稍突；在座舱盖之后，机身高度降低比较明显，形成简明的直线条；主翼根梢比相对较大，翼尖尺寸较小；通常使用标准舵机作为副翼舵机。Composite-ARF公司的Integral机型便是一款典型的欧美风格F3A模型飞机（图4）。

2.F3A与遥控精准特技模型飞机的联系与区别

一方面，一些追求失速或3D动作的遥控花式特技模型飞机项目正逐渐成长为独立的竞技项目，例如在美国举行的XFC 汽油花式特技模型飞机竞赛，以及动作要求介于传统特技模型飞机与花式特技模型飞机之间的IMAC比赛（International Miniature Aerobatic Club，简称IMAC）。另一方面，作为国际竞技项目，能够真正满足世界锦标赛要求的F3A模型，对制作工艺、动力系统、电子设备及模型附件的要求都十分苛刻，导致整机成本高昂，造价普遍在3～10万人民币。不仅在国内，即使是在一些发达国家，这样的价格也不太容易被接受。

考虑到上述因素，一些国家和地区参考F3A项目要求，制定了相对普及的竞赛规则。如我国大陆就参考F3A规则制定了P3A-2和P3A-3普及项目。前者限定最高使用60级别（10cc排量）发动机，后者普遍使用110级别四行程发动机。相对于F3A项目，这无疑极大地降低了门槛。另外，我国台湾地区实行初级组、中级组及高级组科目。日本则有F3A-C级别比赛（最大限用110级别四行程发动机）。这些都是针对现有F3A项目的简化与普及。但从整体看，不论是国际通行的F3A竞赛，或是各种简化普及项目，均是以航线、动作的精准与优美作为基本评价原则，很少包含或根本不包含失速类花式特技动作。对于参加F3A国际竞赛或者国家（地区）普及项目比赛的模型飞机，按照国际惯例统称为RC Pattern Aircraft，笔者将其译为遥控精准特技模型飞机（在不引起歧义的前提下，下文简称为遥控特技模型飞机或特技模型飞机）。

虽然无刷动力特技模型飞机（以下简称为电动特技模型飞机）相对于传统甲醇发动机特技飞机（以下简称油动特技模型飞机）目前已出现青出于蓝而胜于蓝的趋势，但发动机排量或等效发动机排量仍是区分特技模型飞机的典型标准。常见的级别有3种：50～70级别、110级别和170级别。通常，50～70级别特技模型飞机（图5）使用50级别二行程发动机、70级别四行程发动机或者等效的无刷动力系统，机身长度多为1400～1600mm，翼展约1350～1550mm（不包括双翼特技模型飞机，下同）。这类特技模型飞机主要用于最基本的普及科目训练与比赛（图5）。110级别特技模型飞机通常使用该级别四行程发动机或等效的无刷动力系统，机身长度约1680～1800mm，翼展约1650～1750mm。这类特技模型飞机主要用于更高要求科目的训练与比赛及作为正式F3A项目比赛之前的过渡。170级别特技模型飞机常用于正式的国际或者国家F3A项目高水平比赛，机身长度一般是1900～2000mm，翼展约1800～1960mm，重量不大于5000g。

50～70级别特技模型飞机属于普及模型，在整体设计和工艺上为了控制成本难免有一些妥协让步。170级别特技模型飞机性能优异但造价昂贵，风险成本很高，堪称阳春白雪。110级别特技模型飞机总体设计与170级别十分接近，例如普遍设有下腹罩、支持谐振排气管（油动特技模型飞机）和无刷动力的前置安装（即电动特技模型飞机的Nose Mount），具有可拆平尾或平尾迎角可调。110级别特技模型飞机飞行性能虽然与170级别相差不是太大，但造价与飞行成本则明显降低。基于这些特点，下面笔者以一架110级别油动特技模型飞机为例（图6），兼顾电动与油动、110级别与170级别，对特技模型飞机的器材、安装与调试进行初步的探讨，希望能起到承上启下的作用。

二、遥控特技模型飞机的

特殊器材与附件

为了保证优秀的飞行性能，相对于常见的普及特技模型飞机，110级别与170级别特技模型飞机在器材与附件的选择上要求较高，其中一些相关知识并不为人熟知。为此，笔者将这部分内容分为动力系统、电子设备、其它关键附件等，分别进行探讨。

1.油动发动机动力系统概述

20世纪90年代无疑是发动机群英荟萃、名牌璀璨的年代。在F3A项目中，OS 61RF（包括后继的Hanno Special版本）与YS 60FR作为优秀的二行程发动机同场竞技。OS FS-120S-SP与YS F120AC两型四冲程发动机也在赛场上一时瑜亮。其它品牌如Enya、Webra也有出色的产品。特别是后者，被昵称为“Webra黑头”，至今仍被当年的专业运动员和老航模们怀念。然而令人扼腕叹息的是，时至今日，Enya、Webra已逐渐淡出了人们的视线，更加远离了F3A赛场。而以CNC机匣为特点的3M发动机因为产量少、价格高等原因始终不能得到普遍应用。尽管OS针对F3A项目曾进行过开拓性的设计，研发出OS 140RX-Fi、FS-200S-Fi两款F3A专用电喷发动机，堪称RC界的创举，但因传感器、电磁阀与控制器的可靠性问题都相继停产。因此，目前特技模型飞机的油动发动机选择范围并不大，且逐渐形成了YS一家独大的局面。

对于空机重量（不含燃料）在3.6～4.2kg范围的110级别油动特技模型飞机，应优选重量轻、功率大的YS四行程发动机，通常可选用FZ-110S（图7）与FZ-115S（图8）。FZ-115S是FZ-110S的改进型，其可调式气泵（约定俗成的说法，学名为气动燃料阀）被优化并改为不可调式，由此简化了调整步骤，降低了因使用者缺乏经验等原因造成发动机工作状态异常的几率。FZ-110S气泵安装在气门顶杆处，FZ-115S则后移至机匣后方油针处，有利于简化油路安装。FZ-115S比FZ-110S的排量略有增加，能驱动更大直径的螺旋桨，对追求匀速飞行有利。另外，有一些空机重量低于3.6kg的轻型110级别特技模型飞机，通常是针对特定比赛项目设计，例如某型号模型飞机针对P3A-3项目侧飞动作较少的特点减少了侧面积，力求避免侧风影响，且降低了重量和飞行阻力。对于此类特技模型飞机，也可选用OS FSα-110-P等型号发动机。

对于170级别油动特技模型飞机，选择范围相对较大，通常可选用YS DZ160、DZ170或DZ175发动机。需要说明的是，上述三个型号只是按照基本排量区分的，在实际应用中还有更多的派生型号可供选择。其中，对于DZ170与DZ175，按照点火方式，既可选择传统的电热塞（Glow Plug）点火型，也可选择CDI点火型，即DZ170cdi（图9）与DZ175cdi。电热塞点火型与CDI点火型均使用甲醇燃料，蓖麻油含量不可超过2%。CDI发动机则需注意以下要点：大约每50次飞行需要定期维护或者更换火花塞（Spark Plug）；避免使用过高硝基成分燃料，以延长火花塞寿命（例如COSMO Black Special 15% 与Cool Power 15% Heli是不错的选择）；工作温度较高，应注意散热，特别是油泵部分，以减少故障。按照安装方式，DZ160、DZ170与DZ175发动机既有常规机匣安装型号，也有配合原厂减振支架和鼻环的派生型号（装备Super Mount 3减震支架，对应型号为DZ160-M，DZ170-M或者DZ175-M）。这类发动机安装简单，拉力线调整方便，但需要定期检查和维护油压避振器。图10为兼具CDI点火与减震支架的DZ170cdi-M发动机。

上述各种四行程发动机排量较大，在实际工作中会产生较大的震动。如不加以遏制，强烈的震动有可能损伤发动机与模型飞机机体结构，造成寿命缩短等不利后果，甚至可能损坏接收机、舵机等电子装置，导致失控事故。对于110级别发动机，多采用结构简单的一体式发动机减震支架（图11）。这类支架结构简单，加工安装方便，具有较强的通用性。对于170级别发动机，由于工作条件更加苛刻，因此在使用减震支架限制发动机震动的同时，往往在发动机桨彀后方加装鼻环，以限制发动机径向震动。特别说明，对应DZ160-M、DZ170-M及DZ175-M发动机，仅需要将发动机减震座通过特制的CNC航空铝材转接支架固定在发动机舱层板上即可（图12）。

由于油动特技模型飞机发动机的最高工作转速在6500～10000r/min左右，若不采取任何措施降低噪声，会影响技术水平发挥，并产生噪声污染，因此，必须在发动机排气口加装消声器。虽然发动机出厂时往往附带膨胀式消声器，但此类消声器通常有较大的排气阻力，影响发动机功率输出。而且，突出机身之外的消声器还会对模型飞机的气动性能产生不利影响。在上世纪90年代至本世纪初F3A赛场上，不论二行程发动机或四行程发动机均普遍采用谐振消声器（Tuned Pipe，俗称为“长管”）和相配套的转接弯管作为消声装置（理论上来说，四行程发动机通过气门配气，不存在谐振因素影响，但考虑到气门间隙对配气影响等原因，实际使用谐振消声器能使四行程发动机功率提高约3%～5%）。谐振管通过调整内腔形状与尺寸，引起发动机周期性排气气流在管内产生轴向振荡。当实现谐振时，可以抽空发动机燃烧废气，降低排气阻力，并有效促进新鲜混合气填充，提高发动机功率与转速。如果在谐振管排气出口加装一级或多级消声装置，即构成谐振消声器。谐振消声器效率较高，但重量较大、调整较难。目前，油动特技模型飞机普遍采用大排量四行程发动机作为动力，功率十分充沛，因此为了简化调整和提高可靠性，通常多使用桶装消声器（Canister Muffler，俗称“短管”）和配套弯管作为消声装置。图13为常用的Hatori品牌消声器。这类消声装置排气阻力小，消声效率较高，且结构简单、工作可靠。如果排气弯管与消声器之间通过O形橡胶圈密封，并保证具有一定灵活性，可有效避免发动机工作时产生的震动引发排气系统金属材料疲劳甚至损坏。O形橡胶圈应该定期更换。动力系统也需要定期维护，为拆装方便，通常使用快拆消声器支架。这类支架以日本“西”品牌最为著名（图14）。（未完待续）