🛩️ 第 5 课 · 手掷滑翔机制作与试飞
模块：航空 ｜ 课时：45 分钟 ｜ 类型：实操
📖 讲义
模块：航空 ｜ 课时：45 分钟 ｜ 类型：实操（制作 + 试飞配平） 教学法：EDP 之 Test → Improve（测试—改进迭代）
学习目标
完成本课后，你能够：
- 对比二维纸飞机与三维滑翔机在稳定性上的本质区别，说出飞行器稳定性的三个轴向（纵向、横向、方向）。
- 解释上反角（dihedral angle）使飞机侧倾后自动回正的原理。
- 说明水平尾翼与垂直尾翼各自维持哪种稳定性。
- 诊断手掷滑翔机的常见配平问题（波飞、栽葱、偏航、翻滚），并给出对应的调整方法。
- 完成至少 3 轮试飞—配平迭代，用《试飞配平记录表》记录"问题—原因—措施—效果"的工程过程。
核心知识
一、从纸飞机到滑翔机：稳定性是关键
第 4 课你折过纸飞机。纸飞机靠"折痕"形成简化的机翼和尾翼，飞行姿态主要靠你手感的微调。但今天这架手掷滑翔机是真材实料的三维飞行器——它一旦离手，没有任何人能再帮它。能不能平稳飞起来，全靠它自身的稳定性（stability）设计，以及你给它的配平（trim）。
飞行器的姿态用三个轴描述，对应三种稳定性：
| 轴 | 运动名称 | 绕哪条轴 | 对应稳定性 | 由谁主要负责 |
|---|---|---|---|---|
| 纵轴（机头→机尾） | 滚转（roll） | 前后轴 | 横向稳定性 | 上反角 |
| 横轴（翼尖→翼尖） | 俯仰（pitch） | 左右轴 | 纵向稳定性 | 水平尾翼 + 重心位置 |
| 立轴（上→下） | 偏航（yaw） | 上下轴 | 方向稳定性 | 垂直尾翼 |
💡 记忆口诀：横滚配纵轴（上反角），俯仰配横轴（水平尾翼），偏航配立轴（垂直尾翼）——"轴"和"运动"是交叉的，别记混。
二、上反角：横向稳定的灵魂
把目光放在飞机正前方，你会看到左右机翼并不在同一水平面，而是向上张开成一个浅浅的"V"字形。这个 V 形的夹角就叫上反角（dihedral angle），通常只有 2°–6°，却是横向稳定的关键。
自动回正原理：
- 飞机平飞时，左右机翼对称，升力平衡。
- 当飞机被一阵风或操作失误带成侧倾（一边翅膀低、一边高）时，低位翼相当于变小了上反角、迎角变大 → 升力增大；高位翼迎角变小 → 升力减小。
- 两翼升力差形成一个恢复力矩，把飞机"撬"回水平。
这就是为什么教练机、客机都有明显的上反角——它们追求"松手就稳"。而战斗机、特技机几乎上反角为零，因为它们要的不是稳，而是灵活。
💡 赛事连接：稳定性 vs 机动性是飞行器设计的核心取舍。你设计的侦察无人机想"稳稳悬停拍清楚"还是"快速规避机动"？答案决定了你的上反角大小。
三、尾翼系统：纵向与方向的"压舱石"
尾翼分两部分，各有分工：
- 水平尾翼（horizontal stabilizer）：像一架"小飞机"装在尾部。它的升力提供一个低头力矩，平衡机翼升力（机翼升力中心通常在重心之后，会让机头抬起）。水平尾翼 + 正确的重心位置，共同实现纵向稳定——飞机受到扰动俯仰后，能自己回到原来的迎角。水平尾翼后缘的可动部分叫升降舵（elevator），是配平的主要工具。
- 垂直尾翼（vertical stabilizer / fin）：像鱼鳍一样竖立在尾部，作用类似箭尾的羽毛。它让飞机始终"箭头朝前"，实现方向稳定——飞机偏航后，垂尾侧面迎风产生恢复力，把机头拉回飞行方向。
💡 想一想：为什么箭要装箭羽、风筝要装尾巴？都是同一个原理——把"气动中心"放在重心之后，方向就稳了。
四、配平：让飞机"自己飞平"
配平（trim）指通过调整升降舵角度或移动重心，让飞机在你松手之后保持稳定平飞（或稳定的下滑），既不抬头也不低头。
配平的核心矛盾是**重心位置（CG）与气动中心（neutral point, NP）**的关系：
- 重心在气动中心之前一定距离 → 纵向稳定，距离越远越稳但越"头重"。
- 重心正好在气动中心 → 中立稳定，姿态随便飘。
- 重心在气动中心之后 → 不稳定，飞机会自己翻。
一般手掷滑翔机的推荐重心在机翼前缘向后约 1/3 弦长处（即机翼前后方向的 25%–35% 位置）。这就是为什么套件要你"在机头加配重"——把重心前移到合适位置。
五、配平问题诊断：四种典型病症
试飞中你会遇到四种"病"，每种都有对应的"处方"：
| 病症 | 现象 | 主要原因 | 初步处方 |
|---|---|---|---|
| 波飞（porpoising） | 机头一抬一低，像海豚上下震荡 | 重心太后 / 升降舵上偏过多 | 机头加配重，或升降舵微微下偏 |
| 栽葱（diving） | 一出手就低头直冲地面 | 重心太前 / 升降舵下偏过多 | 机头减重，或升降舵微微上偏 |
| 偏航（yawing） | 机头不朝飞行方向，侧滑甚至打转 | 垂尾歪斜 / 左右翼不对称 | 校正垂尾角度，检查左右翼是否对称 |
| 翻滚（rolling） | 出手后绕纵轴打转 | 上反角太小或左右翼不对称 | 增大上反角，校正机翼对称 |
🎤 本课关键认知：配平不是"一次成型"，而是反复试飞—观察—诊断—调整的工程循环。这正是 EDP 的 Test-Improve 阶段，也是真实飞机试飞员的工作方式。
本课小结
- 飞行器三轴稳定性：横向（上反角）、纵向（水平尾翼 + 重心）、方向（垂直尾翼）。
- 上反角让侧倾自动回正，是横向稳定的关键。
- 水平尾翼管俯仰，垂直尾翼管偏航，二者共同构成"压舱石"。
- 配平通过调整重心和升降舵，让飞机松手后自己飞平。
- 四种典型病症（波飞/栽葱/偏航/翻滚）各有对症处方。
延伸阅读
- 🎬 《飞行原理动画：三轴稳定性》（B 站搜"飞行器三轴稳定性"）——直观理解俯仰/滚转/偏航。
- 📖 《模型飞机空气动力学》（朱宝鎏）——上反角、尾容比等参数的经典教材。
- 🌐 NASA Glider Stability 互动教程：https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/
- 📖 《空气动力学（航空模型）》——重心与气动中心的定量关系。
- 🎬 真实飞机试飞纪录片（如 C919 试飞）——看专业试飞员如何配平。
🔬 实践活动
第 5 课实践环节（约 35 分钟） 教学法：EDP 之 Test → Improve（聚焦配平迭代）
活动目标
- 动手组装一架手掷滑翔机，识别机翼上反角、水平尾翼、垂直尾翼、升降舵等关键部件。
- 通过至少 3 轮试飞—诊断—配平迭代，让飞机达到稳定平飞。
- 用《试飞配平记录表》完整记录工程过程，养成"调整—效果"对应的工程日志习惯（直接对接赛事工程实践记录要求）。
- 在留空挑战中体会"配平好坏 = 性能高低"。
器材清单
| 器材 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|
| 手掷滑翔机套件（轻木 / KT 板） | 每组 1 套 | 20–40 元/套，含预切件、机头配重、橡皮筋/胶 |
| 配重材料（橡皮泥 / 回形针 / 小铜片） | 每组若干 | 用于微调重心 |
| 双面胶 / 502 胶水 / 美纹纸胶带 | 每组 1 套 | KT 板用双面胶，轻木可用 502（⚠️小心粘手） |
| 剪刀 / 美工刀 | 每组 1 把 | 调整翼面、修整毛边 |
| 记号笔 / 贴纸 | 每组 1 套 | 标注关键部位、组别标识 |
| 秒表（手机即可） | 每组 1 | 测留空时间 |
| 卷尺 / 测距 App | 全班 2–3 | 测飞行距离（留空挑战用） |
| 《试飞配平记录表》 | 每组 1 份 | 见下方，核心交付物 |
活动流程
Phase 1 · 组装（10 分钟）✅
- 清点零件：对照套件说明书，确认机翼（含左右两半）、机身、水平尾翼、垂直尾翼、机头配重、连接件齐全。
- 按说明组装，特别注意以下三个"关键部位"，组装完成后用记号笔/贴纸标注：
- 🔵 上反角位置：左右机翼拼接处是否形成 V 形？（从正前方平视应能看到）
- 🟢 水平尾翼：是否与机身水平面平行？是否端正不歪？
- 🔴 垂直尾翼：是否与机身对称面重合、不左偏不右偏？
- 初装重心检查：用两根手指顶在机翼根部下方，找平衡点，看重心是否落在机翼前缘向后约 1/3 弦长处。偏后→机头加配重；偏前→暂时记录，试飞后再说。
- 在机翼或机身写上组别，避免试飞时拿混。
🎤 教师巡视重点：① 上反角是否到位（最常见错误是机翼装平了）；② 垂尾是否歪斜；③ 502 胶水使用安全。
Phase 2 · 基线试飞（5 分钟）✅
到指定试飞区，先做一次"诊断试飞"，建立基线：
- 投掷要领：手握机身重心附近，机头略微朝上（约 5°–10°），水平向前、平稳推送——不是用力"甩"，而是"放"出去。投掷高度约与肩齐平。
- 观察重点：飞机离手后最先出现什么问题？是抬头？低头？侧倾？偏头？平稳？
- 把第 1 次飞行姿态记入记录表"第 0 轮（基线）"行，作为对比基准。
💡 投掷手法本身会影响观察。建议每组固定 1 名"投掷手"以保证一致性，避免"飞机没病，是扔的问题"。
Phase 3 · 诊断与配平迭代（15 分钟）✅
这是本课的核心环节。按"飞一次 → 诊断 → 调整 → 再飞"循环，至少完成 3 轮。
诊断对照表（详见讲义与教师参考）：
| 病症 | 现象 | 主要原因 | 调整措施 |
|---|---|---|---|
| 波飞（porpoising） | 海豚式上下震荡 | 重心太后 / 升降舵上偏过多 | 机头加配重（橡皮泥/回形针）；或升降舵微微下偏 |
| 栽葱（diving） | 出手即低头俯冲 | 重心太前 / 升降舵下偏过多 | 机头减重；或升降舵微微上偏 |
| 偏航（yawing） | 机头侧滑、打转 | 垂尾歪斜 / 左右翼不对称 | 校正垂尾；检查左右翼上反角是否对称 |
| 翻滚（rolling） | 绕纵轴打转 | 上反角不足 / 左右翼不对称 | 轻扳机翼增大上反角；校正机翼对称 |
| 失速（stall） | 机头猛抬后掉高度 | 迎角过大 / 投掷过猛上仰 | 升降舵微下偏；投掷角度降低 |
每轮必须记录：飞行现象 → 诊断原因 → 采取什么调整 → 调整后效果（改善/无变化/恶化）。
⚠️ 每次只调一个变量！同时改重心又改升降舵，你将无法判断是哪个起作用——这是工程实验的基本纪律，也是赛事评审看重的"严谨性"。
Phase 4 · 留空挑战（5 分钟）🏆
配平基本满意后，进入"留空比拼"：
- 每组 2 次正式投掷，取最长留空时间为成绩。
- 同时记录飞行距离（从投掷线到落点）。
- 全班横向比较，留空时间最长的小组获"本课最佳试飞员"称号。
💡 进阶挑战：尝试"轻掷"和"略带仰角掷"两种手法，看哪种留空更长——这背后是能量管理（势能↔动能）的学问。
数据记录表
《试飞配平记录表》
组别：__________ 投掷手：__________ 日期：__________
| 轮次 | 飞行现象（抬头/低头/侧倾/偏航/平稳） | 诊断原因 | 调整措施（每次只调一项） | 调整后效果（改善/无变化/恶化） | 留空时间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 第 0 轮（基线） | （未调整） | —— | s | ||
| 第 1 轮 | s | ||||
| 第 2 轮 | s | ||||
| 第 3 轮 | s | ||||
| 第 4 轮（选做） | s | ||||
| 最终成绩 | —— | —— | —— | —— | 最长：____ s，距离：____ m |
最终配平参数（供日后参考/赛事记录）：
- 机头配重：__________（材料 + 大约克数）
- 升降舵偏角：上偏 / 下偏 / 平直（圈选），约 ____°
- 上反角（目测）：小 / 中 / 大（圈选）
一句话总结你的配平心得：________________________________
讨论问题（如时间允许）
- 你们组改了哪个变量效果最明显？为什么？
- 如果让你把这架滑翔机改成"飞得最远"而不是"飞得最久"，你会怎么调？（提示：考虑下滑角度与速度）
- 上反角越大的飞机越稳，那为什么战斗机上反角几乎为零？
- 真实飞机（如客机）的配平由飞行员还是自动系统完成？这给了你什么启发？
⚠️ 安全提示（务必遵守）
- 场地选择：在操场草坪、体育馆、空旷大厅等开阔场地试飞；严禁在教室、走廊、楼道投掷。
- 远离危险区：试飞区必须远离人群、道路、停车场、电线、变压器、水域；机头虽钝，但飞行速度下仍可能伤眼。
- 轮流规则：每组试飞时，一次只允许一组投掷，其余同学站在指定"观察区"，严禁迎面接飞机。
- 工具安全：美工刀使用时刀刃朝外、远离手指；502 胶水切勿入眼、粘手，用后盖紧；KT 板边角锋利，注意防划伤。
- 回收纪律：飞机落地后由本组成员自行取回，不得到马路/围墙外捡拾；卡在树上/电线上不要攀爬，报告教师处理。
- 天气：户外试飞选择无雨、风力 ≤ 3 级的天气；风大时改室内或调整投掷方向（逆风起飞）。
🎤 教师课前须踩点试飞场地，划定"投掷线"与"观察区"，并准备急救包（创可贴、洗眼液）。
✏️ 学生任务单
姓名：__________ 班级：__________ 团队：__________
课前预检（2 分钟）
判断对错（对打 ✓，错打 ✘，并改正）：
- （ ）上反角越大，飞机横向稳定性越好，但机动性会下降。
- （ ）水平尾翼主要负责方向稳定性，垂直尾翼负责纵向稳定性。
- （ ）配平时，重心应位于气动中心（neutral point）之后，飞机才稳定。
- （ ）飞机"栽葱"（出手即低头俯冲）通常是因为重心太后了。
课堂任务（核心：试飞配平记录表）
任务 1：组装关键部位标注（配合 Phase 1）
组装完成后，在套件实物上用贴纸/记号笔标注以下部位，教师抽查：
| 部位 | 是否标注（✓） | 我的检查结论（是否到位） |
|---|---|---|
| 上反角（左右翼 V 形） | ||
| 水平尾翼 | ||
| 垂直尾翼 | ||
| 重心位置（1/3 弦长处） |
任务 2：完成《试飞配平记录表》（配合 Phase 2–3）
这是本课最重要的交付物，请认真填写。完整表格见实践活动页，此处为紧凑版。
| 轮次 | 飞行现象 | 诊断原因 | 调整措施（每次只调一项） | 调整后效果 |
|---|---|---|---|---|
| 第 0 轮（基线） | —— | （未调整） | —— | |
| 第 1 轮 | ||||
| 第 2 轮 | ||||
| 第 3 轮 |
最终留空时间：____ s ｜ 飞行距离：____ m
任务 3：留空挑战（配合 Phase 4）
记录本组正式成绩，并和全班比较：
- 本组最长留空：____ s（全班最长：____ s，差距：____ s）
- 我们组的排名大致是：____
任务 4：小组反思（3 分钟）
我们组改了哪个变量效果最明显？为什么？
答：________________________________________________
我们遇到的最大困难是什么？最后怎么解决的？
答：________________________________________________
课后任务
必做
完善并保存《试飞配平记录表》——这是赛事"工程实践记录"的直接素材，归入你的 PBL 项目档案。
思考题（写 150–200 字）：
如果你要为一支应急救援队设计一架侦察无人机，需要在废墟上空稳定悬停拍照。你会让它偏稳定还是偏机动？这会如何影响你的上反角、尾翼面积、重心位置的选择？
我的思考：
延伸观察：找一架你身边的飞行器（航拍无人机 / 玩具飞机 / 客机图片），观察它的上反角、垂尾、平尾，判断它偏向"稳定型"还是"机动型"，写一句话结论。
观察对象：__________ 结论：________________________
选做 💡
- 进阶改装：把你的滑翔机做一项改装（如改变上反角、加大尾翼、移动重心），对比改装前后的飞行表现，记录"改装—效果"，这就是一份迷你研究报告。
- 查阅：真实客机（如 C919、波音 737）的上反角大约是多少度？战斗机（如歼-20、F-22）呢？为什么差这么多？
自评（✔ / ✘）
| 本课目标 | 达成 |
|---|---|
| 能说出三轴稳定性分别由哪个部件负责 | |
| 能解释上反角使侧倾回正的原理 | |
| 能区分波飞、栽葱、偏航、翻滚四种病症 | |
| 完成至少 3 轮试飞配平迭代 | |
| 完整填写《试飞配平记录表》 | |
| 参与 1 次以上的配平决策讨论 | |
| 留空时间达到本组预期 |
给组长的一句话 ✅
请确认本组提交：① 组装完成的滑翔机（带回保管）；② 完整《试飞配平记录表》（纸质/拍照）；③ 课后思考题（每人 1 份）。第 6 课将汇总各组数据进行全班复盘。
👨🏫 教师参考
课时概览
本课是航空模块的实操高潮课，从第 4 课的二维纸飞机跃迁到三维真实滑翔机。成败关键有三：① 器材到位（套件、配重、胶水、场地缺一不可）；② 配平诊断能力（这是本课最难点，学生普遍"飞不好却不知为何"）；③ 工程记录纪律（《试飞配平记录表》是赛事工程实践的直接素材）。建议教师课前自己先组装一架、试飞到能平稳飞，做到"心中有数"。
时间分配表（45 分钟）
| 时间 | 环节 | 内容 | 形式 |
|---|---|---|---|
| 0–5 min | 🎤 导入 | 回顾第 4 课纸飞机 + 抛出"三维飞行器靠什么稳？" | 讲授 + 提问 |
| 5–12 min | 🎤 核心知识精讲 | 三轴稳定性 + 上反角原理 + 尾翼 + 配平（配诊断表预告） | 讲授 + 模型演示 |
| 12–22 min | ✅ Phase 1 组装 | 清点零件、按说明组装、标注关键部位、初查重心 | 小组动手 |
| 22–27 min | ✅ Phase 2 基线试飞 | 投掷要领示范 + 每组 1 次诊断试飞 | 小组 + 户外 |
| 27–42 min | ✅ Phase 3 配平迭代 | 至少 3 轮"飞—诊—调"，填记录表 | 小组（教师巡诊） |
| 42–45 min | 🏆 Phase 4 + 总结 | 留空挑战 + 收表 + 课后任务 | 小组 + 讲授 |
⚠️ 若室内组装提前完成，Phase 2–4 可压缩到 23 分钟；若组装偏慢，Phase 4 留空挑战可改为"全班最佳 1 组演示飞行"以控时。
教学设计（EDP + 5E 对应）
| 阶段 | 本课对应 |
|---|---|
| EDP: Create（制作） | Phase 1 组装 |
| EDP: Test（测试） | Phase 2 基线试飞 + Phase 3 每轮试飞 |
| EDP: Improve（改进） | Phase 3 诊断与配平（核心） |
| 5E: Engage | 导入："纸飞机靠手感，滑翔机靠什么？" |
| 5E: Explore | 学生亲手组装、试飞、观察现象 |
| 5E: Explain | 教师精讲三轴稳定性、上反角、配平原理 |
| 5E: Elaborate | 课后侦察无人机的稳定 vs 机动取舍 |
| 5E: Evaluate | 《试飞配平记录表》+ 自评表 |
重难点与突破策略
重难点 1：上反角原理（学生最易"知道有 V，不懂为什么稳"）
- 学生困难：能复述"上反角让飞机稳"，但讲不清侧倾后为什么能回正。
- 突破：用实物演示——拿组装好的滑翔机，故意侧倾 30°，让学生从正前方观察"低位翼迎角变大、高位翼迎角变小"，引导他们自己说出升力差。或用一张 A4 纸折成 V 形演示。不引入力矩公式，定性理解即可。
重难点 2：配平诊断（本课最大难点）
- 学生困难：飞机飞得乱七八糟，但说不出是哪种"病"，更不知道怎么调。
- 突破：① 给出本参考的飞行问题诊断对照表（见下），印发或投屏；② 教师全程巡诊，用提问代替直接给答案（"你看它先抬头还是先低头？"）；③ 强调每次只调一项的实验纪律。
重难点 3：投掷手法干扰判断
- 学生困难：飞机问题被投掷动作掩盖——用力上甩导致失速，被误判为"重心问题"。
- 突破：① 课前由教师示范标准投掷（水平、平稳、轻送）；② 每组固定 1 名投掷手；③ 告诉学生"投掷手不变，变量才是飞机"。
重难点 4：工程记录习惯
- 学生困难：只顾着玩，不填表，或填得含糊（"飞得不好"≠ 有效记录）。
- 突破：① 把记录表作为本课硬性评分依据（不交表 = 任务未完成）；② 教师巡诊时检查记录进度；③ 强调"赛事评审要看的就是这种工程日志"。
飞行问题诊断对照表（本课核心工具）🎤
建议放大打印或投屏。这是教师巡诊和学生自主诊断的"处方手册"。
A. 俯仰类问题（纵向）
| 现象 | 典型特征 | 可能原因 | 调整方法（每次只调一项） |
|---|---|---|---|
| 栽葱（dive） | 出手后立即低头，几乎垂直俯冲落地 | ① 重心太前；② 升降舵下偏过多；③ 投掷时机头过低 | ① 机头减重（去掉配重/橡皮泥）；② 升降舵微微上偏（用手指轻折后缘 1–2mm）；③ 提高投掷仰角 |
| 波飞（porpoise） | 像海豚一上一下震荡，越震越大 | ① 重心太后（最常见）；② 升降舵上偏过多；③ 静稳定度太大 | ① 机头加配重（橡皮泥/回形针，每次加 1–2g）；② 升降舵微微下偏 |
| 失速（stall） | 机头猛然抬起 → 停住 → 车轮式下坠 | ① 迎角过大；② 投掷过猛且仰角大 | ① 升降舵微下偏；② 降低投掷仰角到接近水平；③ 投掷力减小 |
| 持续爬升后失速 | 先平稳爬升，到顶点失速下坠 | 速度衰减后升力不足 + 头略重 | 轻微上偏升降舵补偿，或微减机头配重 |
💡 核心规律：俯仰问题 80% 是重心位置问题。先查重心（手指顶平衡点），再考虑升降舵。
B. 横向 / 方向类问题
| 现象 | 典型特征 | 可能原因 | 调整方法 |
|---|---|---|---|
| 左/右偏航 | 飞行轨迹明显弯曲，机头侧滑 | ① 垂尾歪斜（最常见）；② 左右翼不对称；③ 机身弯曲 | ① 校正垂尾（用手掰正，必要时加胶固定）；② 检查左右翼上反角是否对称 |
| 持续转弯（圆周飞） | 总是向同一侧画弧 | ① 垂尾有固定偏角；② 单侧机翼变形 | 在垂尾后缘轻折一个反向小舵角补偿（类似方向舵） |
| 翻滚（roll） | 出手后绕纵轴打转 | ① 上反角太小或为 0；② 左右翼严重不对称；③ 机翼装歪 | ① 双手轻扳机翼增大上反角；② 检查并校正机翼对称 |
| 侧倾后不回正 | 受扰侧倾后保持倾斜滑降 | 上反角不足 | 增大上反角（轻扳机翼拼接处） |
| 左右摇摆后稳定 | 出手晃几下后变平稳 | 轻微不对称 + 上反角正常工作 | 无需调整，这是上反角在起作用的正常现象（可用于教学点！） |
C. 投掷手法类"假故障"（非飞机问题）
| 现象 | 真实原因 | 处理 |
|---|---|---|
| 飞机直接掉脚边 | 投掷力太小 / 机头朝下 | 加大水平推送力，机头微抬 |
| 飞机猛抬头后栽 | 投掷过猛 + 仰角过大 | 减力，仰角降到 5°–10° |
| 飞机轨迹乱七八糟 | 投掷手腕翻转、用力甩 | 强调"平稳推送"而非"甩投"，固定投掷手 |
🎤 巡诊口诀：先看投掷手法对不对 → 再看飞的是直线还是弯（弯=方向/横向问题）→ 再看是抬头还是低头（俯仰问题）→ 对症下药，每次只调一项。
常见问题（FAQ）
Q1：学生飞机一出手就摔，根本飞不起来，怎么办？
先排除投掷手法（最常见原因）：让该生看你示范，强调"水平、平稳、轻送"。再查重心是否太后（手指顶平衡点，若在翼弦中点之后说明头太轻，机头加配重）。多数"飞不起来"是头太轻 + 投掷太软。
Q2：学生问"上反角为什么不能太大？越大不是越稳吗？"
好问题！上反角过大有两个副作用：① 机翼有效升力减小（升力有水平分量被"浪费"）；② 横向稳定过强会与方向稳定"打架"，引发荷兰滚（Dutch roll）——飞机左右摇摆加晃头。所以上反角有最佳范围（手掷机约 3°–6°）。这正是"稳定 vs 性能"的取舍。
Q3：配重加多少合适？学生乱加橡皮泥。
给量化经验：手掷滑翔机机头配重通常在 2–8g 之间（约 1–3 枚回形针）。强调每次只加 1–2g 再试飞，不要一次加一大坨。可用电子秤（若有）让学生记录每次配重克数，培养量化意识。
Q4：KT 板套件和轻木套件哪个好？
各有优劣：KT 板便宜（10–20 元）、耐摔、易修改（剪/胶带），适合大班、初学者，缺点是精度低、上反角难固定；轻木稍贵（30–50 元）、精度高、飞行性能好、更像真飞机，缺点是易断、需 502 胶。建议：首次开课用 KT 板（容错高），若有条件可备 2–3 套轻木供学有余力组挑战。
Q5：组与组之间互相干扰、飞机撞到人怎么办？
严格执行"一次一组投掷、其余在观察区"。划定投掷线与观察线（用粉笔/胶带标记）。课前强调安全纪律，违规组暂停试飞资格。准备洗眼液和创可贴以防万一。
Q6：有学生特别快就配平好了，怎么办？
给进阶任务：① 改装挑战（改变上反角/尾翼/重心，对比效果）；② 让他当"小老师"巡诊帮助其他组；③ 鼓励他尝试不同的投掷手法（轻掷 vs 仰掷）测最长留空；④ 思考"如何让飞机飞得最远而非最久"。
Q7：天气不好（风大/下雨）怎么办？
风力 ≤3 级可户外，投掷方向逆风起飞；风力 4 级以上或下雨改室内（体育馆/空旷大厅），室内飞行距离短但配平练习不受影响。永远不要在雨中飞——KT 板/轻木受潮变形，电器（如有）损坏。
参考答案（学生任务单）
课前预检
- ✓（正确，上反角大→稳但机动差）
- ✘ → 改正：水平尾翼负责纵向稳定性（俯仰），垂直尾翼负责方向稳定性（偏航）。
- ✘ → 改正：重心应在气动中心之前才稳定；在之后会变得不稳定。
- ✘ → 改正：栽葱（低头俯冲）通常是重心太前；重心太后才是波飞。
任务 1（部位标注）
由教师抽查实物，标准：① 上反角 V 形可见；② 水平尾翼与机身水平面平行；③ 垂尾与对称面重合不歪；④ 重心在翼弦 25%–35% 处。
任务 2（配平记录）
无标准答案，评分依据：① 每轮"现象—原因—措施—效果"四要素完整；② 每轮只调一项；③ 至少 3 轮；④ 调整方向与诊断逻辑自洽（如诊断"栽葱→重心前"则措施应为"减重/上偏升降舵"）。
课后思考题（侦察无人机：稳定 vs 机动）
参考要点（学生言之有理即可）：
- 倾向稳定：废墟上空悬停拍照需要画面清晰，应选较大上反角、较大尾翼面积、重心略偏前（静稳定度大）。
- 取舍说明：机动性牺牲一些（不便快速规避），换取悬停稳定和图像质量。
- 进阶：现代侦察无人机多用多旋翼（机械稳定）+ 云台（电子稳定）双重保障，但固定翼侦察机仍遵循上述气动原则。
评分：能否讲清"为什么这么选"比结论对错更重要。
差异化教学建议
- 基础薄弱 / 动手能力弱的学生：配组时搭配动手能力强的同伴；允许只完成 2 轮配平；教师多巡诊、多手把手示范；重点保"能飞起来"的成就感。
- 学有余力的学生：给改装挑战（改变上反角对比、加重减重对比）；引导量化记录（用电子秤称配重克数、用量角器估测上反角）；鼓励写成迷你研究报告作为赛事素材。
- 对工程 / 系统感兴趣的学生：引导思考"投掷手、配重、升降舵、上反角"四个变量的耦合关系，理解为何要"每次只调一项"——这就是实验设计中的控制变量法。
- 偏文科 / 表达强的学生：让其负责记录表的填写和小组汇报，把工程过程"讲清楚"——这是赛事答辩的核心能力。
赛事对接说明 🏆
本课对接**全国青少年航天创新大赛·航天创意赛（飞行器设计类）**的多个维度：
- 工程实践记录：《试飞配平记录表》就是赛事研究报告里"测试—迭代"部分的直接素材。务必让学生保存，期末整理进研究报告。
- 科学原理应用：三轴稳定性、上反角、重心与气动中心关系——这些都是飞行器设计类作品的理论支撑，写进方案文稿"科学原理"章节。
- 创意原型：本课的滑翔机可作为学生未来设计的"气动验证原型"。如果他们的 PBL 作品是某种无人机/飞行器概念，可用滑翔机改型验证基本气动布局。
- 答辩素材：能讲清"我们如何通过 3 轮配平把飞机从栽葱调成平稳飞行"，是答辩中体现工程素养的亮眼故事。
- 稳定 vs 机动的设计哲学：课后思考题（侦察无人机）直接对应飞行器设计类作品的核心论证——为什么我们的设计偏稳定/偏机动。
🏆 教师提示：提醒学生拍照/录像记录每轮试飞和改装过程，这些素材可用于展示视频和研究报告。
课前准备清单
器材（按班级人数 N、每组 2–3 人，约 N/2.5 组估算）
- [ ] 手掷滑翔机套件：组数 + 2 套备用（防损坏/丢失）
- [ ] 配重材料：橡皮泥 / 回形针 / 小铜片（每组若干）
- [ ] 胶水：双面胶（KT 板）/ 502 胶（轻木）+ 美纹纸胶带
- [ ] 工具：剪刀、美工刀（每组 1 套，美工刀数量酌减、教师管控）
- [ ] 标注用品：记号笔、贴纸（每组 1 套）
- [ ] 计时测距：秒表（手机）、卷尺或测距 App（全班 2–3 套）
- [ ] 电子秤（可选，进阶组量化配重用）：2–3 台
- [ ] 量角器（可选，估测上反角用）：2–3 个
文档
- [ ] 《试飞配平记录表》打印件（每组 1 份）
- [ ] 学生任务单（每人 1 份）
- [ ] 飞行问题诊断对照表（放大打印或投屏，作为巡诊工具）
场地与安全
- [ ] 踩点试飞场地：操场草坪 / 体育馆 / 空旷大厅
- [ ] 划定"投掷线"与"观察区"（粉笔/胶带标记）
- [ ] 确认场地远离道路、电线、停车场、水域、人群
- [ ] 急救包：创可贴、洗眼液、碘伏
- [ ] 查天气：风力 ≤3 级、无雨；否则启用室内方案
教师自备
- [ ] 课前自己组装 1 架并配平到能平稳飞（示范用 + 巡诊参照）
- [ ] 准备 1 架"故意配平失败"的样机（如明显栽葱），用于诊断演示
- [ ] 投影准备好诊断对照表 PPT
附：配平经验速查（教师备课用）
- 手掷滑翔机典型参数：翼展 30–50cm，机头配重 2–8g，上反角 3°–6°，重心位于翼弦 25%–35%。
- 初学者最常见三个错：① 上反角装没了（机翼装平）；② 垂尾歪了；③ 投掷用力过猛上甩。
- 配平三步法：先稳方向（垂尾正不正）→ 再稳俯仰（重心 + 升降舵）→ 最后看横向（上反角）。方向不对，俯仰和横向都没意义。
- 室内 vs 户外：室内配平更纯粹（无风干扰），但飞行距离短；户外有风增加难度，但能体验真实气流。条件允许可先室内配平、再户外验证。
📋 素材清单
一、核心器材：手掷滑翔机套件
本课成败的关键是套件选型。建议教师课前自己先买 1–2 款试装，选定后再批量采购。
套件类型对比
| 类型 | 价格 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| KT 板冲压套件（推荐入门） | 10–25 元/套 | 便宜、耐摔、易用剪刀/胶带修改、容错高 | 精度低、上反角难固定、飞行性能一般 | 大班首课、初学者 |
| 轻木激光切割套件（推荐进阶） | 30–50 元/套 | 精度高、飞行性能好、更像真飞机、可教蒙皮工艺 | 易断、需 502 胶、对动手要求高 | 小班、学有余力组 |
| EPS 泡沫成型整机（备选） | 15–30 元/套 | 出厂即装好、免组装、即拆即飞 | 无法体验组装过程、配平调整空间小 | 时间紧、只想试飞 |
采购参考（教师备课，非指定品牌）
以下为常见品类，非指定型号。教师可在淘宝/京东/拼多多搜索关键词比价，选口碑好的店铺。
| 搜索关键词 | 说明 |
|---|---|
| "手掷滑翔机 套件 KT板" | 入门首选，常带预切件 + 配重 + 说明书 |
| "轻木 滑翔机 模型 套材" | 进阶用，含轻木板/梁/翼肋 + 蒙皮纸 |
| "手抛飞机 滑翔机 整机 EPS" | 免组装备选，EPP/EPS 一体成型 |
| "航空模型 手掷机 教学" | 部分店铺有教师装批发价 |
| "回旋镖/手掷机 教学套件" | 部分品牌有配套教案 |
采购建议：
- 数量：班级人数 ÷ 2.5（每组 2–3 人）+ 备用 2–3 套（防损坏）。
- 到货检查：① 零件是否齐全（机翼、机身、水平尾翼、垂直尾翼、配重）；② KT 板有无折痕；③ 轻木有无断裂。
- 预算参考：40 人班级（约 16 组），KT 板方案约 300–500 元，轻木方案约 600–900 元。
💡 建议：首次开课统一用一种类型（便于指导），熟练后可 KT 板 + 轻木混搭，让进阶组挑战轻木。
推荐选型原则
- 优先选带说明书和标注关键部位（上反角、重心点）的套件——大幅降低教学难度。
- 机翼分左右两半、需拼接形成上反角的优于一体机翼——学生能亲手"做出"上反角，理解更深。
- 带可调升降舵（尾翼后缘可折）的优于固定尾翼——否则无法练习配平核心环节。
- 避免电动/遥控滑翔机——本课要的是"纯气动配平"，电动会掩盖气动问题。
二、辅助器材清单
| 器材 | 数量 | 用途 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 配重材料（橡皮泥/回形针/小铜片） | 每组若干 | 微调重心 | 橡皮泥易量化（可称重） |
| 双面胶 / 美纹纸胶带 | 每组 1 卷 | KT 板粘接、临时固定 | 美纹纸可反复撕贴，适合调试 |
| 502 胶水（轻木用） | 全班 2–3 瓶 | 轻木粘接 | ⚠️ 教师管控，防粘手入眼 |
| 剪刀 | 每组 1 把 | 修剪翼面、配重 | |
| 美工刀 | 酌情（教师管控） | 修整轻木 | ⚠️ 刀刃朝外 |
| 记号笔 / 贴纸 | 每组 1 套 | 标注关键部位 + 组别 | 不同颜色贴纸区分上反角/平尾/垂尾 |
| 秒表（手机） | 每组 1 | 测留空时间 | |
| 卷尺 / 测距 App | 全班 2–3 | 测飞行距离 | 手机测距 App 可替代 |
| 电子秤（精度 0.1g） | 可选 2–3 台 | 量化配重克数 | 进阶组用 |
| 量角器 | 可选 2–3 个 | 估测上反角 | 进阶组用 |
三、场地要求
试飞场地标准
| 要求 | 说明 |
|---|---|
| 开阔度 | 长度 ≥ 15m、宽度 ≥ 8m（手掷滑翔机典型飞行距离 5–15m） |
| 无障碍 | 场地内及延伸方向无人群、道路、停车场、电线、变压器、水域、玻璃 |
| 地面 | 首选草坪（飞机落地不易坏）；次选塑胶跑道、木地板（体育馆）；避免水泥地（易摔坏）、瓷砖（太滑） |
| 室内备选 | 体育馆、空旷大厅、长走廊（≥20m）；室内无风干扰，配平更纯粹 |
| 分隔 | 能划定"投掷线"与"观察区"（粉笔/胶带标记） |
场地踩点清单（教师课前完成）
- [ ] 丈量场地尺寸是否够（≥15m×8m）
- [ ] 确认投掷方向延伸区无道路/电线/水域
- [ ] 确认可划定投掷线与观察区
- [ ] 确认地面类型（草坪最佳）
- [ ] 确认室内备选方案（防天气变化）
- [ ] 准备粉笔/胶带做标记
四、文档与表格（打印）
| 文档 | 份数 | 说明 |
|---|---|---|
| 《试飞配平记录表》 | 每组 1 | 本课核心交付物，建议 A4 横版打印 |
| 学生任务单 | 每人 1 | 含课前预检、课堂任务、课后思考 |
| 飞行问题诊断对照表（放大版） | 全班 2–3 份或投屏 | 巡诊工具，建议 A3 放大贴墙 |
| 套件说明书（备份） | 每款 1 份 | 防学生弄丢说明书 |
五、视频/动画资源（导入与拓展）
| 素材 | 用途 | 来源 |
|---|---|---|
| 飞行器三轴稳定性动画 | 导入/讲解三轴 | B 站搜"飞行器三轴稳定性" / NASA Glenn 互动教程 |
| 上反角原理动画 | 讲解上反角回正 | YouTube "dihedral angle explained"（可找搬运版） |
| 真实飞机试飞纪录片片段 | 收尾拓展（专业配平） | C919 试飞、波音试飞纪录片 |
| 纸飞机 vs 滑翔机对比（自制短片） | 衔接第 4 课 | 教师可用手机录制自制对比 |
🌐 NASA Glenn Research Center 飞行原理互动教程（英文，配图清晰）：https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/
注意事项 ⚠️
- 课前必须自己组装 1 架并配平成功——这是教师指导的底气，也是示范用的实物。
- 502 胶水、美工刀由教师管控，使用时当面指导，避免伤害。
- 备用套件留 2–3 套，轻木尤其易损，损坏会直接影响小组进度。
- 天气预案：户外课查当日风力与降水，风力 ≥4 级或下雨立即转室内方案。
- 器材保管：本课组装的滑翔机后续课程（第 6 课复盘、期末展示）仍需使用，提醒学生带回妥善保管，标注组别防混。
- ⚠️ 预算敏感：若学校经费有限，KT 板方案 + 回形针配重（替代橡皮泥）+ 美纹纸胶带（替代双面胶）可把每组成本压到 10 元以内。