线操纵航模制作报告.docx

航空模型制作实践报告2014 年航空模型线操纵项目世锦赛于 8 月 11 日在波兰沃克拉维克市举行，共有来自世界各地 38 个国家的 400 多名选手参加了 F2A、B、C、D 四个项目的比赛。中国队此次参加的是国际级操纵特技 F2B 项目，在比赛中力克 25 个国家的对手，获得团体冠军，中国航模国家队队长杨钧还在该项目上获得了个人第三名。线操纵模型飞机是人类历史上第一种可以直接控制的模型飞机。线操纵模型飞机项目也是我国最早开展的航空模型可操纵项目，同时也是我国在世界航空模型锦标赛中夺得金牌和奖牌最多的项目，在国际级线操纵特技模型飞机(F2B)项目上更是历史性地创造了个人和团体世界冠军“双五连冠”的佳绩。为了，向这一项目致敬，也是因为这种特殊的航模制作具有挑战性，所以我们小组讨论决定，设计并制作出线操纵模型飞机。线操纵模型飞机（简称线操纵）是一类特殊的航空模型。它最具标志性的特点就是用操纵线将控制信号量从操纵着的手中传递到飞行中的模型上，从而在不直接接触的模型的强狂下达到控制模型飞行姿态的目的。初次见到线操纵飞机的时候，一定会有许多惊奇的发现，你会自然而然地提出这样一个问题这架飞机是不是做“歪”了？没有错，相信你的眼睛，这架飞机的确是做歪了，而且还歪得十分严重。不过这并非是制作中的疏忽，而是为了保证线操纵飞机的飞行质量所不得以的选择。首先，线操纵的左右机翼面积是不一样大的，这是因为线操纵是在一操纵者所站的位置为圆心，操纵线为半径的圆形飞行线路上飞行，在飞行中其内侧机翼所经过的路程要小于其外侧机翼所经过的路程，这样，如果两侧的机翼面积相等，那么内侧机翼所产生的升力将小于外侧机翼所产生的升力，飞机的飞行姿态将会非常的难看。更糟糕的是飞机的飞行性能也会因此受到影响。所以为了飞机的飞行性能，要使飞机的外侧机翼面积略小于内侧。再有，就是线操纵的方向舵和发动机都是“歪”着装的，这是因为：线操纵的控制方式是用两根操纵线将机身上的三角摇臂和手柄连接起来，“操纵量”通过操纵线从手柄传递到三角要比，再从三角摇臂传递到升降舵。很明显，保持这种操纵方式的先决条件是张紧操纵线，一旦“松线”，手柄上的操纵量就无法再传递到飞机上，于是“空难”在所难免。虽然在圆周的飞行中飞机会产生一个离心力，但这个并不能保证足够的安全，所以，为了万无一失（这只是技术上的万无一失，但在飞行中可能会遇到很多的意外），线操纵的方向舵还要有 610 度的想着圈外的多亮，并且发动机也要有 3 度左右的“外拉”。经过如此一番设计之后，线操纵模型飞机不歪才是怪事。线操纵的基本控制动作是“拉杆”，“推杆”和“平杆”。所谓拉杆就是使手柄后倾，让模型升降舵偏，平尾就将产生一个向下的力，这个力促使机身开始围绕其重心旋转，模型开始抬头爬升。推杆与拉杆的动作相反，模型的平尾守向上的力，模型开始低头俯冲。平杆是使升降舵回中，模型将保持平杆向前的飞行状态。相对与无线电项目来说，“线操纵”是一种很大众化的食物。它省去了昂贵的无线电遥控设备；不会飞丢模型；更为重要的是，再飞行时，它就需要一块不大的场地，因此，它更适合在被水泥丛林所包围着的学校操场这样的场地上飞行。在设计阶段，我们组的飞机所采用的翼型是 NACA0020，之所以采用 0020的 翼 型 ， 是 因 为 这 个 翼 型 是 对 称 的 ， 配 合 中 单 翼 结 构 ，能使飞机在进行一些特技飞行的时候能拥有更好的操控性。不会因上下弦差而导致飞机在进行翻滚等一系列动作时，失去控制。飞机的翼展为 993mm，翼展加翼梢为 1138mm。因为线操纵飞机的特性，所以，对于左边机翼来说，其翼展为 504mm，翼根弦长为 310mm，翼梢弦长为 200mm，翼梢直径为 103mm， 机翼面积为 139964mm；而右半机翼的翼展为 442mm，翼根弦长是 310mm，翼梢弦长是 214mm，翼梢直径 112mm，机翼面积小于左翼面积为 126810mm。机翼的后掠角为 16°，机翼前缘到机身前段的距离为 165mm。对于机身来说，机身长约为 908mm，机身宽为 47mm。而到了尾翼，平尾的面积约为 53100mm，平尾舵面面积为 21204（当舵面过大，导致操纵过于灵敏时，舵面面积可以适当减小），其平尾的后掠角为 10°。机翼后缘到平尾前缘的距离为 253mm。垂尾的面积约为 15335mm。对于整机的航电设备来说，我们组所选用的电机，是配发的 A2216-8 电机也就是说定子线圈(含硅钢片) 的直径为 22，定子线圈的长度为 16。为内转子槽无刷电机（定子绕组环绕在带槽硅钢片上，转子磁钢在电机内部旋转）。其KV 值为 1250，约能带得动 1.2KG 的东西。选用的桨为组里自行选用的 10X6 的桨， 电调用的是 30A 的电调。因为是线操纵飞机，所以整机来说，操控舵面的三角摇臂为自己所做，因此不需要用到所配发的舵机。至于接收机，电池，以及遥控， 在试飞时向实验室所借。在制作飞机时选材方面，因为整个机身内部会安装三角摇臂，是飞机进行操纵的必不可少的结构，结构受力比较大，特别是在飞机做离心运动时。因此，飞机的机身所用到的材料必须使机身的强度尽量最大化，以防止当飞机进行离心运动时因机身强度不够而造成飞机摔出的情形。所以我们机身和机身隔框所用的是2mm 的层板。对于机翼来说，为了减轻飞机的重量，我的翼肋使用的是2mm 的轻木板，中间雕刻圆孔，以减轻重量。每边机翼都使用上下两根梁夹着翼肋与层板一起组成盒状结 构，以起 到强化结 构的作用。 做机翼 所用的梁采 用的5X5 的桐木。为了增强机翼的强度，机翼的第一个翼肋和最后一个翼肋用的也是 2mm 的层板，同样是为了保证强度，因为机翼与机身连接处所受到的扭力等最大，所以我们将第一个翼肋与第二个翼肋蒙上了用 1mm 的轻木所雕刻成的蒙板，做成抗扭的盒装结构。前缘用的是 2mm 的层板，而后缘用的是 3mm 的桐木片。到了尾翼部分，为了尽量减小重量，又保证强度，我们的平尾，垂尾， 包括舵面，所使用的都是 5mm 的轻木。对于材料的雕刻，我们使用激光雕刻机进行雕刻，不同厚度的木板对于激光头到木板的距离要求也不同，这是为了保证在进行激光雕刻的时候，激光的焦点能恰好到木板的中心。且不同的木质对于激光雕刻的速度，以及所要输出的能量百分比也不相同，例如2mm 的轻木板，雕刻时用的是3000 左右的速度，20%左右的能量，而到了 5mm 的桐木板，用的却是 8500 的速度，90%左右的能量。雕刻时，木板的摆放也要格外注意，外形完全相同的一个零部件，却因木纹的不同雕刻出来的强度而完全不一样。例如一个翼肋主要承受的是扭力，一般采用的条纹是横纹，如果采用了竖纹，那么在受力的时候翼肋横容易断裂。这样机翼的强度就不能得到保证。相对于选材与雕刻，制作的难度要更难一些。因为在过航模队的关系，所以从雕刻到整个飞机的制作，都参与其中。重点来说，个人负责两机翼的制作蒙皮， 以及制作飞机的操纵连杆。一个机翼并不是说雕刻好后，制作出来立马是可以成型的，因为在制作的过程中如果在翼肋的排放，盒状体的制作，以及最后的蒙皮中，稍不留神机翼有可能就会出现扭曲，上反，或者下反的情况。所以在制作机翼的时候，首先我们会从雕刻好的梁当中选取相对较直的梁（一般在进行雕刻的时候我们都会多雕出几根梁，以防止因木材扭曲或者是雕刻不好，而造成的翼梁扭曲。）在选取好梁后，两个机翼与两根梁以及两个层板构成一个四面的盒装结构。其次，我们要将翼肋，翼梁等表面黑色的碳粉打磨掉。这里的难点是，在不注意的情况下，轻木质的翼肋会被打磨变形，梁会被打磨掉棱角。其原因会在蒙皮时解释到。将第一个翼肋搭在下梁上，调整好角度等位置后，用安特固点胶点死， 以作为基准。当确定好第一个翼肋的时候，我们搭上一面的层板，我们再根据层板位置，搭上下个翼肋。隔板轻微点胶，以防止胶水点死后，需要调整位置时， 难以拆卸，毁坏梁或者层板。下个翼肋搭上后，调整好角度，使其与梁两两垂直。确定好角度后和层板一样也是微微点胶固定，同样是防止当位置要调整等问题 时，拆卸下不会损坏翼肋和翼梁。同理我们可以将剩下的翼肋组装完成。当最后一个翼肋搭好并微微固定后，我们需要将机翼拿起，以观察翼梢是否是同在一条直线上，有无上反或者下反。翼肋与翼梁是不是两两垂直。其中的难点是在翼肋的摆放问题，因后缘的关系，翼肋后方有缺口，一不注意就会将机翼上下搞反， 出现缺口一个向上，一个向下的情形。或者会出现翼梢不在同一直线的情况，导致机翼最后成形，变得扭转。因为翼肋用的是轻木，中间又有相当大的一部分面积是镂空的，没有蒙上蒙皮，翼肋比较脆弱，稍微不注意就会将翼肋弄变形甚至折断。如果发现机翼扭曲，我们可以有三种补救方法，如果扭曲得大，我们将拆下相应的翼肋，重新组装，这时点胶少的好处就体现出来了。第二种，如果扭曲幅度没有那么大，那么我们可以用过剩下的一面层板来进行校正，用按住两梁将机翼扭转指正常方向后，将第二块层板搭上，再点胶固定，这个时候，因为形成了盒状结构，结构稳定，所以这样做可以矫正一些机翼扭曲不大的情形。扭曲也还可以通过收缩蒙来进行矫正。当机翼做好之后，我们开始对机翼进行蒙皮。在蒙皮之前，首先，我们得先用砂纸对机翼再次进行打磨。(注意，这是必须要进行的步骤。因为我们使用的是木质材料，在激光进行雕刻的时候，切口表面会被激光烧灼，从而碳化。有一层碳粉附着在表面，当蒙皮的时候，蒙皮里的胶因碳粉的关系，而没能真正贴在机翼上。从而导致蒙皮并不会很牢固的贴在机翼上，对机翼的气动，以及强度会有很大的影响。上文所说要打磨也是因为如此碳粉影响胶的粘贴质量)。其次，我们将把蒙皮裁剪成一边机翼的上半个，或者下半个机翼一样的大小。通常不会一次性将蒙皮剪裁成一边的大小，这样来说，一是蒙皮蒙的时候会很不方便，其次蒙出来的蒙皮褶皱非常大，不利于蒙皮的收整，不能使蒙皮紧缩在机翼上提高机翼的强度。不同的蒙皮收缩率不一样，当我们在蒙一边机翼的蒙皮时候，选用的都是同种蒙皮，不会出现例如左边机翼上翼面蒙红色蒙皮，下翼面蒙蓝色蒙皮的情况。要么全蓝，要么全红。然后我们将使用熨蒙皮的熨斗来熨蒙皮，使蒙皮的胶能够受热融化从而贴在机翼上，使蒙皮贴着机翼。一般来说，当我们开始蒙蒙皮的时候，熨斗的温度一般在 120 度到 140 度之间，对于个人来说比较常用130 度的温度。注意，温度不能过大，过大的温度会导致蒙皮的收缩，而温度过小，则不能很好的将蒙皮内的胶融化。一般来说，蒙的时候先沿着梁的中点分别向梁的两边熨，再从中间翼肋开始，向左右两边对称的蒙蒙皮。其过程需要两个人的搭配，一个人负责熨蒙皮，而另一个人则要将所要蒙的地方的蒙皮扯紧，绷直。尽量减少蒙皮的褶皱。将两面的蒙皮都蒙上后，接下来要做的就是收紧蒙皮， 简称收蒙皮。即使是两人搭配，蒙上的蒙皮依然会有褶皱或者过松。这时我们要将熨斗的温度调高到 170 度以上，但是不能超过 230 度。过高的温度会使蒙皮迅速收缩，容易把握不好使机翼变形，甚至可以让蒙皮破裂。所以我们一般都会使熨斗轻划蒙皮表面，每收一下都要看看机翼是否变形，扭曲。机翼部分的制作大约流程工序如同上文所述，至于其他部分的细节就不过多的写出来了。麻雀虽小，却也五脏俱全，虽然这次的实践课给我们做的是航模，但是航模的结构，与真实的飞机结构是类似的。从设计上来说，也像真机一样得考虑翼型， 气动，重心。不然即使是航模，考虑不对，也是飞不起来的。这让我们飞行器设计与工程专业的学生得到了一次很好的实践，让平常学的理论更多的与实践结合起来。同时在模型飞机的制作过程中，对于工艺，制作流程等方面我们学习到了更多的知识。许多知识放在真正的飞机上也是一样的。例如航模雕刻时木纹的选着，这就告诉我们在设计飞机时，要考虑材料的特性。在飞机布线，制作连杆时， 告诉我们飞机的整体布局要注意排线等一些细节问题，等等等。希望学校能多多组织进行这样的实践课程，能让我们的理论更好的与实践接触，从而更加提高我们的理论水平。