创客秘笈之螺旋桨反冲小车篇

温初明 李杰 黄凤迎

本期“创造行动”为大家报道了第四届全区青少年科技运动会的盛况，栗子君知道，某些“造粉”一定心痒手痒，也想玩玩。好，栗子君将陆续邀请各项目的高手前来传道论剑，你们拜师也罢挑战也罢，统统放马过来！今天率先登场的，是这几位大咖——

螺旋桨反冲小车竞速是一个很有趣的科技竞赛项目。要完成竞速，需要对车子的架构、外形、零件等进行设计、制作，按要求完成拼装;要提高速度，需要用物理知识分析影响因素，如空气阻力、内部摩擦力、起步加速度等;要打磨细节，需要裁剪工具、打磨工具、焊接工具等;要减少误差，需要更精密的仪器如游标卡尺、螺旋测微器等，对重要部件进行测量，用激光雕刻机加工部分部件……整个比赛和训练的过程，其实就相当于一个科学项目的研究探讨过程。

今年的广西青少年科技运动会，我校团队获得了该项目高中组的冠军与季军，赛后我们总结了一些经验心得，在此与大家分享。

从物理角度分析，物体质量越大惯性就越大，即小车越重，起步加速就越慢。故小车应做得轻、小，应选用较轻的材料，如泡沫、纸板等制作。

车轮的材质，应与跑道有一定摩擦力，防止打滑影响加速。

小车运动时会受空气阻力影响，小车正面面积越大，所受空气阻力就越大。故小车车身应做成斜面迎风，以减少空气阻力的影响。

小车要尽可能直线行走，才能顺利通过5米长的直轨道，所以小车的圆形车轮需摆向平直，安装精准。在制作时我们选择用激光雕刻机切割，以减小车轮尺寸的误差，并调整车轴、车轮的角度，保证小车尽可能地直线行走。

小车的主要结构为车身、车轴筒、车轴、车轮等，它们的衔接要格外注意。车轴与车轴筒的选择应保证尺寸相差不大，否则会出现车子摆动的问题。车轮与车轴连接后放入车轴筒时，注意车轮切勿碰触到车轴筒，否则会产生摩擦，阻碍小车加速。

小车的驱动力来自马达和螺旋桨。因马达所用的能源已规定为两节南孚5号碱性电池，所以影响小车性能的主要是电机（马达）和螺旋桨的选择。电机的选择并非按照参数转速越高越好。因为两节干电池的串联电压为3V，达不到大部分高质量电机的额定工作电压，故一些电机即使质量较好，也达不到预期效果。且不同电机重量也不同。故选择电机时要进行实际测试，即用同一螺旋桨，通过风速测试仪来比较不同电机的风力大小。螺旋桨的选择可用同样的方法测试。

从物理角度分析，物体质量越大惯性就越大，即小车越重，起步加速就越慢。故小车应做得轻、小，应选用较轻的材料，如泡沫、纸板等制作。

车轮的材质，应与跑道有一定摩擦力，防止打滑影响加速。

小车运动时会受空气阻力影响，小车正面面积越大，所受空气阻力就越大。故小车车身应做成斜面迎风，以减少空气阻力的影响。

小车要尽可能直线行走，才能顺利通过5米长的直轨道，所以小车的圆形车轮需摆向平直，安装精准。在制作时我们选择用激光雕刻机切割，以减小车轮尺寸的误差，并调整车轴、车轮的角度，保证小车尽可能地直线行走。

小车的主要结构为车身、车轴筒、车轴、车轮等，它们的衔接要格外注意。车轴与车轴筒的选择应保证尺寸相差不大，否则会出现车子摆动的问题。车轮与车轴连接后放入车轴筒时，注意车轮切勿碰触到车轴筒，否则会产生摩擦，阻碍小车加速。

小車的驱动力来自马达和螺旋桨。因马达所用的能源已规定为两节南孚5号碱性电池，所以影响小车性能的主要是电机（马达）和螺旋桨的选择。电机的选择并非按照参数转速越高越好。因为两节干电池的串联电压为3V，达不到大部分高质量电机的额定工作电压，故一些电机即使质量较好，也达不到预期效果。且不同电机重量也不同。故选择电机时要进行实际测试，即用同一螺旋桨，通过风速测试仪来比较不同电机的风力大小。螺旋桨的选择可用同样的方法测试。

◆车身的设计与裁剪 车身是核心部件之一，需要放置电池、电机，还要下置车轮、车轴、开关。为了尽量减小空气阻力和车身重量，在设计时，需减小车身体积和质量。如左图所示，这样摆放车身正投影尺寸只有40×70mm大小。

裁剪时，在车身上绘制前后平行的两条线，作为前后车轴的固定线;垂直于车轴线中点再绘制一条线，作为整体车身方向的标准线，以及放置电池和电机的标准线，这一细节极为重要，是保证小车行驶方向的决定性要素。底部预留出一段纸板，翻折到电池上方作为电机的固定点。折面做成斜面，以减少空气阻力。

◆车轴、车轮的组装固定和调试 裁剪好自行车辐条、笔芯管，组装成车轴。用双面胶将车轴固定在上一步预画好的平行线位置。安装车轮时，注意车轴要尽可能垂直地插入车轮轴心。装完车轮后转动一下，观察车轮是否摆动，是否在同一个平面上转动，若摆动过大或不在同一个平面转动，说明车轴与车轮不垂直，应立即调换其他车轮，重新安装。

组装完毕进行调试：将小车放在地上轻轻向前推出，若小车滑动减速明显，说明车轮或车轴摩擦力过大，应进行修剪或添加细碳粉进行润滑;若小车不保持直线行驶，说明车轴未放平。完成细节调整后，用热熔胶将车轴固定。

◆整体调试 将小车放在比赛赛道上轻推，使其能从赛道通过即可，不需通电测试。若发现小车方向偏移，应立即检查前后车轴是否平行，车轮转动是否平稳，行驶时是否发生摆动。调整后再测试，无问题后再用热熔胶固定重要部件。

▲车身修剪应尽量平整，电池和电机的摆放需尽量靠后，但要注意重心位置。若重心过于偏后，小车行驶时前轮可能会翘起，以致螺旋桨打到地板。

△车轴与车轴筒连接处可添加一些碳粉，减少摩擦力。

▲小车正面迎风部分可添加一些流线型结构，减小空气阻力。

△螺旋桨的安装位置尽量靠近地板，出风面方向要尽量平行于小车前进方向，保证推动力不会过多消耗。

▲电池在焊接时需打磨一下正负极面，因极面较光滑，直接焊接难以牢靠。

△小车在测试时如出现轻微的方向摆动，可在出发时将车头微微偏向另一方向来做微调。

▲小车在起步阶段需要一段加速过程，而比赛时的计时区为起点线至终点线部分，故可合理利用起跑区的距离，让小车从尽量靠后的地方起步，进行一段距离的加速后再进入计时区。这样小车的起始速度更大，加速所用的时间更少。

总之，整个项目的探究过程要求选手将学过的各种知识结合起来，并应用于实际。它不是试卷上理想化的、答案唯一的题目，而是极具创意与挑战，故同学们都十分感兴趣。有了浓厚的兴趣，大家会自然而然、自觉主动地投入到探索与研究中，潜移默化地学会根据需求去接触和学习基础技能，渐渐提高面对问题的处理能力。

最后，愿各位同学也能像我们的队员一样，在快乐中学习，在学习中快乐！