方舟90全机舵机选型分析

副翼、升降、方向、前轮转向——4组6个舵机，每个都有计算依据

起飞重量4.5kg 翼展2.24m 弦长400mm 巡航速度15m/s 前三点起落架

一、为什么舵机选型很重要

方舟90限时载运飞行器需要在6分钟内完成3趟往返运输，每趟包含起飞→航线飞行→降落卸货→返回，共6次起降。每次起降都伴随剧烈的操纵需求——拉起、侧风修正、接地缓冲、地面转向。舵机一旦在比赛中扫齿或堵转，飞机就会失控坠毁。

舵机选型的核心原则：扭矩够用+金属齿轮+便宜好买+带备件。方舟90不是竞速机也不是特技机，不需要极致速度和精度，但需要绝对可靠。

二、全机舵面布局

三、铰链力矩计算方法

飞行舵面的铰链力矩统一公式：

M = ½ × ρ × V² × S_c × c_c × C_h

ρ = 1.225 kg/m³（空气密度）| V = 巡航速度 | S_c = 舵面面积 | c_c = 舵面弦长 | C_h = 铰链力矩系数

动压 q = ½ × 1.225 × 15² = 138 Pa（V=15m/s时）

前轮转向力矩计算方法不同，见第五节专门分析。

四、各组舵面详细计算

↔副翼 Aileron — 2个舵机

560×100

副翼尺寸 (mm)

半翼展50%×弦长25%

0.056

面积 (m²)

0.56 × 0.10

4.0

铰链力矩 (kg·cm)

138×0.056×0.10×0.5×10.2

需用扭矩 (kg·cm)

4.0 × 安全系数3

推荐：DS3218MG（20kg·cm 金属齿轮）× 2——安全系数5倍，偏转到位不费力，6次起降不扫齿。约60元/个，2个共120元。

副翼是操纵频率最高的舵面——每次起飞拉杆、降落修正、航线转弯都在动。扭矩余量必须大，否则在大角度偏转时舵机堵转会直接导致滚转失控。20kg扭矩确保即使在15m/s巡航速度下满偏也有充足余量。左右各1个舵机独立驱动，结构简单可靠。

↕升降舵 Elevator — 1个舵机（单片直接驱动）

240×70

升降舵尺寸 (mm)

水平尾翼50%×弦长50%

0.017

面积 (m²)

0.24 × 0.07

1.2

铰链力矩 (kg·cm)

138×0.017×0.07×0.5×10.2

需用扭矩 (kg·cm)

1.2 × 安全系数3

推荐：DS3218MG（20kg·cm 金属齿轮）× 1——升降舵是单片，1个舵机直接驱动即可，无需扭力杆。20kg扭矩对4kg需求安全系数5倍。与副翼同型号，备件通用。约60元。

方舟90的水平尾翼安装在两根尾梁之间，升降舵是一整片而非左右分开。1个舵机安装在水平尾翼中部，通过短连杆直接推动升降舵摇臂。结构极简：舵机→连杆→摇臂→舵面，没有扭力杆、没有同步问题、没有额外连杆。

虽然需用扭矩只有4kg·cm，但起飞瞬间4.5kg飞机拉起需要大角度偏转，用DS3218MG保证拉起不犹豫。与副翼同型号，备件通用——比赛中某个舵机坏了，随便换哪个都一样。

↻方向舵 Rudder — 2个舵机（双垂尾）

140×100

单片方向舵 (mm)

垂直尾翼70%×弦长70%

0.014

单片面积 (m²)

0.14 × 0.10

1.0

铰链力矩 (kg·cm)

138×0.014×0.10×0.5×10.2

需用扭矩 (kg·cm)

1.0 × 安全系数3

推荐：MG996R（13kg·cm 金属齿轮）× 2——双垂尾各1个舵机，单片力矩只有1kg·cm，13kg扭矩安全系数超4倍。约35元/个，2个共70元。

方舟90采用双垂尾布局（仿CASA C-212），左右各1片方向舵。方向舵主要用于航线微调和侧风修正，操纵频率低于副翼和升降舵。双垂尾用Y线并联2个舵机同步偏转即可。

⟲前轮转向 Nose Wheel Steering — 1个舵机

~0.68

前轮载荷 (kg)

4.5kg × 15%

2.0

滚动阻力 (N)

μ=0.3 × 6.7N

0.6

转向力矩 (kg·cm)

2.0N × 0.03m × 10.2

需用扭矩 (kg·cm)

含颠簸余量×3

推荐：MG996R（13kg·cm 金属齿轮）× 1——前轮转向力矩极小，13kg绰绰有余。与方向舵同型号，备件通用。约35元。

方舟90采用前三点起落架布局，前轮需要转向舵机控制地面滑跑方向。前轮只承受约15%重量（0.68kg），地面滚动阻力产生的转向力矩不到1kg·cm。但草地滑跑有颠簸冲击，需要金属齿轮舵机承受瞬态载荷。

前轮转向舵机通过连杆连接前轮转向臂，推动前轮左右偏转约±30°。起飞滑跑时用方向舵微调航向，降落滑跑时用前轮转向修正方向。6次起降中，前轮舵机在每次滑跑阶段都工作，但载荷很低。

为什么不用更便宜的MG995（尼龙齿）？——草地颠簸产生的冲击载荷可能扫尼龙齿，金属齿轮更可靠。

五、前轮转向力矩计算

前轮转向的力矩来自地面滚动阻力，不是气动力，计算方法与飞行舵面不同：

T = μ × N × r

μ = 滚动摩擦系数（草地≈0.3）| N = 前轮正压力 | r = 转向臂长度

逐步计算：

前轮载荷：前三点布局前轮承重约15%，N = 4.5 × 0.15 × 9.8 = 6.6 N
滚动阻力：F = μ × N = 0.3 × 6.6 = 2.0 N
转向力矩：T = F × r = 2.0 × 0.03 = 0.06 N·m = 0.6 kg·cm
颠簸余量：草地颠簸冲击约3倍静载荷 → 1.8 kg·cm
需用扭矩：1.8 × 安全系数1.5 = 2.7 kg·cm

MG996R的13kg·cm扭矩，安全系数约4.8倍，完全够用。

六、全机舵机汇总

编号	舵面	数量	型号	扭矩	齿轮	单价	小计
S1	左副翼	1	DS3218MG	20kg·cm	金属	60元	60元
S2	右副翼	1	DS3218MG	20kg·cm	金属	60元	60元
S3	升降舵（单片）	1	DS3218MG	20kg·cm	金属	60元	60元
S4	左方向舵	1	MG996R	13kg·cm	金属	35元	35元
S5	右方向舵	1	MG996R	13kg·cm	金属	35元	35元
S6	前轮转向	1	MG996R	13kg·cm	金属	35元	35元
合计		6	2种型号		全金属		285元

舵机总数

3×DS3218MG + 3×MG996R

型号种类

备件通用

285

舵机费用 (元)

3×60 + 3×35

~345

总重量 (克)

3×60 + 3×55

七、两种舵机详细参数对比

参数	DS3218MG	MG996R
扭矩 (6V)	20 kg·cm	13 kg·cm
速度 (60°/6V)	0.16s	0.18s
齿轮材质	全金属	全金属
工作电压	4.8-6.8V	4.8-7.2V
尺寸	40×20×38mm	41×20×38mm
重量	~60g	~55g
价格	~60元	~35元
适用	副翼+升降舵	方向舵+前轮转向
安全系数	3-5倍	4-9倍

八、安装建议

副翼舵机安装（S1/S2）

安装在左右翼后缘梁（6×6桐木）内侧，距翼根约700mm处
舵机用热熔胶+502固定在翼肋开槽中，舵机臂朝下
连杆用2mm钢丝+U型夹头，长度约50mm
副翼铰链用纤维胶带，减小摩擦

升降舵舵机安装（S3）

安装在水平尾翼中部，紧贴尾梁连接处
舵机直接推动升降舵摇臂，连杆长度约30-40mm
单片升降舵，无扭力杆，无同步问题
舵机臂朝上，连杆从上方连接摇臂

方向舵舵机安装（S4/S5）

双垂尾各装1个，安装在垂尾根部翼肋内
连杆短（约30mm），直接推拉方向舵摇臂
Y线并联2个舵机同步偏转

前轮转向舵机安装（S6）

安装在前起落架支架旁，舵机臂通过连杆连接前轮转向臂
连杆用2mm钢丝+U型夹头，长度约40mm
前轮转向范围±30°，通过舵机行程限位调整
与遥控器方向舵通道共用——方向舵和前轮转向联动，地面滑跑时前轮转向，空中飞行时方向舵工作

九、成本与重量核算

项目	数量	单价	费用	重量
DS3218MG	3个	60元	180元	180g
MG996R	3个	35元	105元	165g
连杆+夹头+舵角	6套	5元	30元	30g
Y线+延长线	2根	3元	6元	6g
合计			321元	381g

舵机系统总费用321元，占总造价（3,500元）的9.2%。总重量381克，占起飞重量（4.5kg）的8.5%。

备件清单（比赛携带）

备件	数量	费用	用途
DS3218MG备件	1个	60元	副翼/升降舵故障更换
MG996R备件	1个	35元	方向舵/前轮转向故障更换
舵角+连杆套件	2套	10元	机械故障更换
备件合计		105元

十、总结

方舟90全机6个舵机，只用2种型号：

DS3218MG × 3（副翼2+升降舵1）——20kg扭矩，操纵频率最高舵面的保险
MG996R × 3（方向舵2+前轮转向1）——13kg扭矩，低载荷舵面够用且更便宜
升降舵单片直接驱动——1个舵机搞定，无扭力杆，结构最简
前轮转向联动方向舵——地面空中一把控

总费用321元（含配件），总重量381克。全金属齿轮，淘宝通用件，比赛只需带2个备件（105元）就能应对所有故障。

核心原则：大力用大舵机，小力用小舵机，升降舵单片直驱，前轮转向用小舵机。

爱虎科技体育俱乐部 · 方舟90项目组 · 2026年8月