如何設計制作飛機模型.doc

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論主題： 自己設計制作模型飛機的體會【精品】 盡管學飛以來一直在飛成品機（ARF），但是，我自己要設計制作一架模型飛機的愿望一直在心里涌動。機會終于來了，前些天偉哥決定改直歸固，于是我決定做一架練習機送給他。幾經(jīng)周折后，我成功地將自己親手設計制造的一架航模送上了藍天。我的愿望得到了厚重的實現(xiàn)，那種喜悅滿足的心情是難以用語言來表達的。 下面我就講講我的設計制作過程，希望能對想動手做航模的朋友有所幫助。不對之處，還望大家共同交流提高。 按照現(xiàn)成的圖紙制作一架模型飛機，不是一件太難的事。但是，如果根據(jù)您的需要自己設計制作一架飛機，恐怕就具有一定的挑戰(zhàn)性了。當您要下手設計制作時，會遇到很多需要解決的問題。如：為什么要選用這個翼型、翼展和翼弦是怎么確定的、機身長度應該是多少、尾翼的面積需要多大、各部件的位置應該放在哪里等等。好在現(xiàn)在的由有關書籍較多，只要認真學習歸納，就能找到答案。根據(jù)我所學的知識，我是這樣設計制造我的“菜鳥1號”的。 第一步，整體設計。 1。確定翼型。我們要根據(jù)模型飛機的不同用途去選擇不同的翼型。翼型很多，好幾千種。但歸納起來，飛機的翼型大致分為三種。一是平凸翼型，這種翼型的特點是升力大，尤其是低速飛行時。不過，阻力中庸，且不太適合倒飛。這種翼型主要應用在練習機和像真機上。二是雙凸翼型。其中雙凸對稱翼型的特點是在有一定迎角下產(chǎn)生升力，零度迎角時不產(chǎn)生升力。飛機在正飛和到飛時的機頭俯仰變化不大。這種翼型主要應用在特技機上。三是凹凸翼型。這種翼型升力較大，尤其是在慢速時升力表現(xiàn)較其它翼型優(yōu)異，但阻力也較大。這種翼型主要應用在滑翔機上和特種飛機上。另外，機翼的厚度也是有講究的。同一個翼型，厚度大的低速升力大，不過阻力也較大。厚度小的低速升力小，不過阻力也較小。因為我做的是練習機，那就選用經(jīng)典的平凸翼型克拉克Y了。因偉哥有一定飛行基礎，速度可以快一些，所以我選的厚度是12%的翼型。 實際上就選用翼型而言，它是一個比較復雜、技術含量較高的問題。其基本確定思路是：根據(jù)飛行高度、翼弦、飛行速度等參數(shù)來確定該飛機所需的雷諾數(shù)，再根據(jù)相應的雷諾數(shù)和您的機型找出合適的翼型。還有，很多真飛機的翼型并不能直接用于模型飛機，等等。這個問題在這就不詳述了。 機翼常見的形狀又分為：矩形翼、后掠翼、三角翼和紡錘翼（橢圓翼）。 矩形翼結構簡單，制作容易，但是重量較大，適合于低速飛行。后掠翼從翼根到翼梢有漸變，結構復雜，制作也有一定難度。后掠的另一個作用是能在機翼安裝角為0度時，產(chǎn)生上反1-2度的上反效果。三角翼制作復雜，翼尖的攻角不好做準確，翼根受力大，根部要做特別加強。這種機翼主要用在高速飛機上。紡錘翼的受力比較均勻，制作難度也不小，這種機翼主要用在像真機上。因為我做的是練習機，就選擇制作簡單的矩形翼。 翼梢的處理。由于機翼下面的壓力大于機翼上面的壓力，在翼梢處，從下到上就形成了渦流，這種渦流在翼梢處產(chǎn)生誘導阻力，使升力和發(fā)動機功率都會受到損失。為了減少翼梢渦流的影響，人們采取改變翼梢形狀的辦法來解決它。一般方法有三種，如圖。 因為我做的是練習機，翼載荷小，損失些升力和發(fā)動機功率不影響大局，所以，我的翼梢沒有作處理。 2。確定機翼的面積。模型飛機能不能飛起來，好不好飛，起飛降落速度快不快，翼載荷非常重要。一般講，滑翔機的翼載荷在35克/平方分米以下，普通固定翼飛機的翼載荷為35-100克/平方分米，像真機的翼載荷在100克/平方分米，甚至更多。我選擇60克/平方分米的翼載荷。40級的練習機一般全重為2.5公斤左右。又因為考慮到方便攜帶和便于制作，翼展定為1500毫米。那么，整個機翼的面積應該為405000平方毫米。通過計算，得出弦長為270毫米。還有，普通固定翼飛機的展弦比應在5-6之間。通過驗算得知，這個弦長在規(guī)定的范圍之內。 3．確定副翼的面積。機翼的尺寸確定后，就該算出副翼的面積了。副翼面積應占機翼面積的20%左右,其長度應為機翼的30-80%之間。因為是練習機，不需要太靈敏，我選15%。因為我用一個舵機帶動左右兩個副翼，所以副翼的長度要達到翼展的90%左右。通過計算，該機的副翼面積因為60750平方毫米，那么，一邊副翼的面積就是30375平方毫米。 4．確定機翼安裝角。以飛機拉力軸線為基準, 機翼的翼弦線與拉力軸線的夾角就是機翼安裝角。機翼安裝角應在正0 -3度之間。機翼設計安裝角的目的，是為了為使飛機在低速下有較高的升力。設計時要不要安裝角，主要看飛機的翼型和翼載荷。有的翼型有安裝角才能產(chǎn)生升力，如雙凸對稱翼。但是，大部分不用安裝角就能產(chǎn)生升力。翼載荷較大的飛機，為了保證飛機在起飛著陸和慢速度飛行時有較大的升力，需要設計安裝角。任何事物都是一分為二的，設計有安裝角的飛機，飛行阻力大，會消耗一部分發(fā)動機功率。安裝角超過6度以上的，更要小心，在慢速爬升和轉彎的的情況下，很容易進入失速。像我的這種平凸翼型，可產(chǎn)生較大的升力，翼載荷又小，不用設計安裝角。如果非要設計安裝角的話，會造成飛機起飛后自動爬高。 4．確定機翼上反角。機翼的上反角，是為了保證飛機橫向的穩(wěn)定性。有上反角的飛機，當機翼副翼不起作用時還能用方向舵轉彎。上反角越大，飛機的橫向穩(wěn)定性就越好，反之就越差。如圖。 但是，上反角也有它的兩面性。飛機橫向太穩(wěn)定了，反而不利于快速橫滾，這恰恰又是特技機所不需要的。所以，一般特技機采取0度上反角。因我做的是練習機，以橫向穩(wěn)定性為希望，所以我選擇了3度上反角。 5．確定重心位置。重心的確定非常重要，重心太靠前，飛機就頭沉，起飛降落抬頭困難。同時，飛行中因需大量的升降舵來配平，也消耗了大量動力。重心太靠后的話，俯仰太靈敏，不易操作，甚至造成俯仰過度。一般飛機的重心在機翼前緣后的25~30%平均氣動弦長處。特技機27~40%。在允許范圍內，重心適當靠前，飛機比較穩(wěn)定。 6．確定機身長度。翼展和機身的比例一般是70--80%。我選80%。那么機身的長度就確定為1200毫米。 7．確定機頭的長度。機頭的長度(指機翼前緣到螺旋漿后平面的之間的距離),等于或小于翼展的15%。我選定15%，即為225毫米。 8．確定垂直尾翼的面積。垂直尾翼是用來保證飛機的縱向穩(wěn)定性的。垂直尾翼面積越大，縱向穩(wěn)定性越好。當然，垂直尾翼面積的大小，還要以飛機的速度而定。速度大的飛機，垂直尾翼面積越大，反之就小。垂直尾翼面積占機翼的10%。因為我的是練習機，飛行速度不高，垂尾的面積可以小一些，我選9%。通過計算，垂直尾翼面積應為36450平方毫米。在保證垂直尾翼面積的基礎上，垂直尾翼的形狀，根據(jù)自己的喜好可自行設計。 9．確定方向舵的面積。方向舵面積約為垂直尾翼面積的25%。通過計算得出方向舵的面積約為9113平方毫米。如果是特技機，方向舵面積可增大。 10．確定水平尾翼的翼型和面積。水平尾翼對整架飛機來說，也是一個很重要的問題。我們有必要先搞清常規(guī)布局飛機的氣動配平原理。如圖。 形象地講，飛機在空中的氣動平衡就像一個人挑水。肩膀是飛機升力的總焦點，重心就是前面的水桶，水平尾翼就是后面的水桶。升力的總焦點不隨飛機迎角的變化而變化，永遠固定在一個點上。首先，重心是在升力總焦點的前部，所以它起的作用是起低頭力矩。由此可知，水平尾翼和機翼的功能恰恰相反，它是用來產(chǎn)生負升力的，所以它起的作用是抬頭力矩，以達到飛機配平的目的。由此可知，水平尾翼只能采用雙凸對稱翼型和平板翼型，不能采用有升力平凸翼型。水平尾翼的面積應為機翼面積的20-25%。我選定22%，計算后得出水平尾翼的面積為89100平方毫米。同時要注意，水平尾翼的寬度約等于0.7個機翼的弦長。 11．確定升降舵面積。升降舵的面積約為水平尾翼積的20-25%。因為是練習機升降不需要太靈敏，我選定20%。通過計算得出升降舵面積約為17820平方毫米。如果是特技機，升降舵面積可增大。 12。確定水平尾翼的安裝位置。從機翼前緣到水平尾翼之間的距離（就是尾力臂的長度）,大致等于翼弦長的3倍。此距離短時,操縱時反應靈敏，但是俯仰不精確。此距離長時,操縱反應稍慢，但俯仰較精確。F3A的機身長度大于翼展就是這個理論的實際應用,它的目的主要是為了精確。因為我的是練習機，可以短一些，我選2.85倍。那么，水平尾翼前緣應安裝在距機翼前緣的785毫米處。 垂直尾翼、水平尾翼和尾力臂這三個要素合起來，就是“尾容量”。尾容量的大小，是說它對飛機的穩(wěn)定和姿態(tài)變化貢獻的大小。這個問題我們用真飛機來說明一下。像米格15和F16高速飛行的飛機，為了保證在高速飛行時的縱向穩(wěn)定，其垂直尾翼設計得又大又高。像SU27和F18甚至設計成雙垂直尾翼。而像運輸機和客機，垂直尾翼就小得多。 13．確定起落架。一般飛機的起落架分前三點和后三點兩種。前三點起落架，起飛降落時方向容易控制。但著陸粗暴時很容易損壞起落架，轉彎速度較快時容易向一邊側翻，導致機翼和螺旋槳受損。后三點雖然在起飛降落時的方向控不如前三點好。但是其它方面較前三點都好。尤其是它能承受粗暴著陸，大大增加了初學者的信心。所以，我選用后三點。前起落架的安裝位置一定要在飛機的重心前8公分左右，以免滑跑時折跟頭。 14．確定發(fā)動機。一般講，滑翔機的功重比為0.5左右。普通飛機的功重比為0.8—1左右。特技機功重比大于1以上。我的練習機就不用計算了，根據(jù)經(jīng)驗選用三葉40、46發(fā)動機。安裝發(fā)動機時，要有向下和向右安裝角，以解決螺旋槳的滑流對飛機模型左偏航和高速飛行時因升力增大引起飛機模型抬頭的影響。其方法是以拉力軸線為基準，從后往前看，發(fā)動機應有右拉2度，下拉1.5度的安裝角。當然，根據(jù)飛機的不同，這個角度還要根據(jù)飛行中的實際情況作進一步的調整。 就功重比而言，我們的航模飛機與真飛機有著很大的不同。我們航模的功重比都能輕松的達到1，而真飛機的功重比大都在0.3至0.6之間，唯有高性能戰(zhàn)斗機才能接近或超過1。這也就是說，我們在飛航模中很多飛行都是在臨界失速和不嚴重的失速的情況下飛行的，如低速度下的急轉彎、急上升、吊機等。只是由于發(fā)動機的拉力大，把失速這一情況掩蓋罷了。所以我們在飛航模時，很少能飛出真飛機那種感覺。這也是我們很多朋在飛像真機時，很容易出現(xiàn)失速墜機的主要原因。 第二步，繪制三面圖 根據(jù)上面的設計和計算結果，我們就可以繪制出自己需要的飛機了。繪制三面圖的主要目的是為了得到您想要的飛機效果，并確定每個部件的形狀和位置。使您在以后的工作中，有一個基本的藍圖。我繪制的飛機不是很好看，側重了簡單、實用、制作容易的指導思想。繪三面圖時，我試著邊學邊用了SolidWorks，它和AUTO CAD是同一個類型的軟件，但這個繪圖軟件更加簡單易用。 第三步，繪制結構圖 繪制結構圖的主要目的是為了確定每個部件的布局和制作步驟。如：哪個部件用什么材料，先做哪個部件后作哪個部件，部件與部件的結合方法等等。如果您胸有成竹，這一步可以省略。 第四步，放樣和組裝。 根據(jù)您繪制的圖紙，應做一比一的放樣圖。目的是在組裝飛機各部件時，在放樣圖上粘接各部件。這樣能做到直觀準確，提高工作質量。網(wǎng)上有很多介紹制作方面的精品文章，大家可以參考，我就不再贅述了。 我重點向朋友們講講在制作過程中，機翼和水平尾翼安裝角的控制。安裝角的正確與否，關系到飛機在空中的姿態(tài)能否有效地操控。如果因安裝角誤差大到連各舵面都無法調整時，后果就非常嚴重了，甚至要摔機的。機翼和水平尾翼的安裝角都是以飛機的拉力軸線為基準的，這架飛機的拉力軸線比較好找，從圖可知，A、F、G、H隔框的上邊在一條直線上，這條線就是拉力軸線的平行線，把它平移到發(fā)動機的曲軸線的位置，就是這架飛機的拉力軸線。機身骨架做完后，一定把它畫在機身上。爾后，在安裝機翼和水平尾翼時，把它們的中心線和拉力軸線平行即可。好了，請看我的制作過程。 第五步，試飛。 試飛時，應選擇風力較小的天氣。先在地面上多滑跑幾圈，不要急于上天，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。我的首飛有一個問題，機翼的安裝角約有正3度的誤差，導致飛機起飛后自動爬高，升降舵微調調到底，還要推桿才能平飛。降落后我加高了翼臺后部，最后解決了問題?？偟恼f首飛還算成功，達到了我的設計要求。