如何設(shè)計(jì)制作飛機(jī)模型.doc

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論主題： 自己設(shè)計(jì)制作模型飛機(jī)的體會(huì)【精品】 盡管學(xué)飛以來一直在飛成品機(jī)（ARF），但是，我自己要設(shè)計(jì)制作一架模型飛機(jī)的愿望一直在心里涌動(dòng)。機(jī)會(huì)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(xí)機(jī)送給他。幾經(jīng)周折后，我成功地將自己親手設(shè)計(jì)制造的一架航模送上了藍(lán)天。我的愿望得到了厚重的實(shí)現(xiàn)，那種喜悅滿足的心情是難以用語言來表達(dá)的。 下面我就講講我的設(shè)計(jì)制作過程，希望能對想動(dòng)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(jī)，不是一件太難的事。但是，如果根據(jù)您的需要自己設(shè)計(jì)制作一架飛機(jī)，恐怕就具有一定的挑戰(zhàn)性了。當(dāng)您要下手設(shè)計(jì)制作時(shí)，會(huì)遇到很多需要解決的問題。如：為什么要選用這個(gè)翼型、翼展和翼弦是怎么確定的、機(jī)身長度應(yīng)該是多少、尾翼的面積需要多大、各部件的位置應(yīng)該放在哪里等等。好在現(xiàn)在的由有關(guān)書籍較多，只要認(rèn)真學(xué)習(xí)歸納，就能找到答案。根據(jù)我所學(xué)的知識，我是這樣設(shè)計(jì)制造我的“菜鳥1號”的。 第一步，整體設(shè)計(jì)。 1。確定翼型。我們要根據(jù)模型飛機(jī)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(jī)的翼型大致分為三種。一是平凸翼型，這種翼型的特點(diǎn)是升力大，尤其是低速飛行時(shí)。不過，阻力中庸，且不太適合倒飛。這種翼型主要應(yīng)用在練習(xí)機(jī)和像真機(jī)上。二是雙凸翼型。其中雙凸對稱翼型的特點(diǎn)是在有一定迎角下產(chǎn)生升力，零度迎角時(shí)不產(chǎn)生升力。飛機(jī)在正飛和到飛時(shí)的機(jī)頭俯仰變化不大。這種翼型主要應(yīng)用在特技機(jī)上。三是凹凸翼型。這種翼型升力較大，尤其是在慢速時(shí)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(yīng)用在滑翔機(jī)上和特種飛機(jī)上。另外，機(jī)翼的厚度也是有講究的。同一個(gè)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?yàn)槲易龅氖蔷毩?xí)機(jī)，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(chǔ)，速度可以快一些，所以我選的厚度是12%的翼型。 實(shí)際上就選用翼型而言，它是一個(gè)比較復(fù)雜、技術(shù)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(jī)所需的雷諾數(shù)，再根據(jù)相應(yīng)的雷諾數(shù)和您的機(jī)型找出合適的翼型。還有，很多真飛機(jī)的翼型并不能直接用于模型飛機(jī)，等等。這個(gè)問題在這就不詳述了。 機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作也有一定難度。后掠的另一個(gè)作用是能在機(jī)翼安裝角為0度時(shí)，產(chǎn)生上反1-2度的上反效果。三角翼制作復(fù)雜，翼尖的攻角不好做準(zhǔn)確，翼根受力大，根部要做特別加強(qiáng)。這種機(jī)翼主要用在高速飛機(jī)上。紡錘翼的受力比較均勻，制作難度也不小，這種機(jī)翼主要用在像真機(jī)上。因?yàn)槲易龅氖蔷毩?xí)機(jī)，就選擇制作簡單的矩形翼。 翼梢的處理。由于機(jī)翼下面的壓力大于機(jī)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(dǎo)阻力，使升力和發(fā)動(dòng)機(jī)功率都會(huì)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?yàn)槲易龅氖蔷毩?xí)機(jī)，翼載荷小，損失些升力和發(fā)動(dòng)機(jī)功率不影響大局，所以，我的翼梢沒有作處理。 2。確定機(jī)翼的面積。模型飛機(jī)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(jī)的翼載荷在35克/平方分米以下，普通固定翼飛機(jī)的翼載荷為35-100克/平方分米，像真機(jī)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(xí)機(jī)一般全重為2.5公斤左右。又因?yàn)榭紤]到方便攜帶和便于制作，翼展定為1500毫米。那么，整個(gè)機(jī)翼的面積應(yīng)該為405000平方毫米。通過計(jì)算，得出弦長為270毫米。還有，普通固定翼飛機(jī)的展弦比應(yīng)在5-6之間。通過驗(yàn)算得知，這個(gè)弦長在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 3．確定副翼的面積。機(jī)翼的尺寸確定后，就該算出副翼的面積了。副翼面積應(yīng)占機(jī)翼面積的20%左右,其長度應(yīng)為機(jī)翼的30-80%之間。因?yàn)槭蔷毩?xí)機(jī)，不需要太靈敏，我選15%。因?yàn)槲矣靡粋€(gè)舵機(jī)帶動(dòng)左右兩個(gè)副翼，所以副翼的長度要達(dá)到翼展的90%左右。通過計(jì)算，該機(jī)的副翼面積因?yàn)?0750平方毫米，那么，一邊副翼的面積就是30375平方毫米。 4．確定機(jī)翼安裝角。以飛機(jī)拉力軸線為基準(zhǔn), 機(jī)翼的翼弦線與拉力軸線的夾角就是機(jī)翼安裝角。機(jī)翼安裝角應(yīng)在正0 -3度之間。機(jī)翼設(shè)計(jì)安裝角的目的，是為了為使飛機(jī)在低速下有較高的升力。設(shè)計(jì)時(shí)要不要安裝角，主要看飛機(jī)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(jī)，為了保證飛機(jī)在起飛著陸和慢速度飛行時(shí)有較大的升力，需要設(shè)計(jì)安裝角。任何事物都是一分為二的，設(shè)計(jì)有安裝角的飛機(jī)，飛行阻力大，會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。安裝角超過6度以上的，更要小心，在慢速爬升和轉(zhuǎn)彎的的情況下，很容易進(jìn)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(shè)計(jì)安裝角。如果非要設(shè)計(jì)安裝角的話，會(huì)造成飛機(jī)起飛后自動(dòng)爬高。 4．確定機(jī)翼上反角。機(jī)翼的上反角，是為了保證飛機(jī)橫向的穩(wěn)定性。有上反角的飛機(jī)，當(dāng)機(jī)翼副翼不起作用時(shí)還能用方向舵轉(zhuǎn)彎。上反角越大，飛機(jī)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(jī)橫向太穩(wěn)定了，反而不利于快速橫滾，這恰恰又是特技機(jī)所不需要的。所以，一般特技機(jī)采取0度上反角。因我做的是練習(xí)機(jī)，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(jī)就頭沉，起飛降落抬頭困難。同時(shí)，飛行中因需大量的升降舵來配平，也消耗了大量動(dòng)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(jī)的重心在機(jī)翼前緣后的25~30%平均氣動(dòng)弦長處。特技機(jī)27~40%。在允許范圍內(nèi)，重心適當(dāng)靠前，飛機(jī)比較穩(wěn)定。 6．確定機(jī)身長度。翼展和機(jī)身的比例一般是70--80%。我選80%。那么機(jī)身的長度就確定為1200毫米。 7．確定機(jī)頭的長度。機(jī)頭的長度(指機(jī)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(jī)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(dāng)然，垂直尾翼面積的大小，還要以飛機(jī)的速度而定。速度大的飛機(jī)，垂直尾翼面積越大，反之就小。垂直尾翼面積占機(jī)翼的10%。因?yàn)槲业氖蔷毩?xí)機(jī)，飛行速度不高，垂尾的面積可以小一些，我選9%。通過計(jì)算，垂直尾翼面積應(yīng)為36450平方毫米。在保證垂直尾翼面積的基礎(chǔ)上，垂直尾翼的形狀，根據(jù)自己的喜好可自行設(shè)計(jì)。 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(jì)算得出方向舵的面積約為9113平方毫米。如果是特技機(jī)，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(jī)來說，也是一個(gè)很重要的問題。我們有必要先搞清常規(guī)布局飛機(jī)的氣動(dòng)配平原理。如圖。 形象地講，飛機(jī)在空中的氣動(dòng)平衡就像一個(gè)人挑水。肩膀是飛機(jī)升力的總焦點(diǎn)，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(diǎn)不隨飛機(jī)迎角的變化而變化，永遠(yuǎn)固定在一個(gè)點(diǎn)上。首先，重心是在升力總焦點(diǎn)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(jī)翼的功能恰恰相反，它是用來產(chǎn)生負(fù)升力的，所以它起的作用是抬頭力矩，以達(dá)到飛機(jī)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(yīng)為機(jī)翼面積的20-25%。我選定22%，計(jì)算后得出水平尾翼的面積為89100平方毫米。同時(shí)要注意，水平尾翼的寬度約等于0.7個(gè)機(jī)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?yàn)槭蔷毩?xí)機(jī)升降不需要太靈敏，我選定20%。通過計(jì)算得出升降舵面積約為17820平方毫米。如果是特技機(jī)，升降舵面積可增大。 12。確定水平尾翼的安裝位置。從機(jī)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(shí),操縱時(shí)反應(yīng)靈敏，但是俯仰不精確。此距離長時(shí),操縱反應(yīng)稍慢，但俯仰較精確。F3A的機(jī)身長度大于翼展就是這個(gè)理論的實(shí)際應(yīng)用,它的目的主要是為了精確。因?yàn)槲业氖蔷毩?xí)機(jī)，可以短一些，我選2.85倍。那么，水平尾翼前緣應(yīng)安裝在距機(jī)翼前緣的785毫米處。 垂直尾翼、水平尾翼和尾力臂這三個(gè)要素合起來，就是“尾容量”。尾容量的大小，是說它對飛機(jī)的穩(wěn)定和姿態(tài)變化貢獻(xiàn)的大小。這個(gè)問題我們用真飛機(jī)來說明一下。像米格15和F16高速飛行的飛機(jī)，為了保證在高速飛行時(shí)的縱向穩(wěn)定，其垂直尾翼設(shè)計(jì)得又大又高。像SU27和F18甚至設(shè)計(jì)成雙垂直尾翼。而像運(yùn)輸機(jī)和客機(jī)，垂直尾翼就小得多。 13．確定起落架。一般飛機(jī)的起落架分前三點(diǎn)和后三點(diǎn)兩種。前三點(diǎn)起落架，起飛降落時(shí)方向容易控制。但著陸粗暴時(shí)很容易損壞起落架，轉(zhuǎn)彎速度較快時(shí)容易向一邊側(cè)翻，導(dǎo)致機(jī)翼和螺旋槳受損。后三點(diǎn)雖然在起飛降落時(shí)的方向控不如前三點(diǎn)好。但是其它方面較前三點(diǎn)都好。尤其是它能承受粗暴著陸，大大增加了初學(xué)者的信心。所以，我選用后三點(diǎn)。前起落架的安裝位置一定要在飛機(jī)的重心前8公分左右，以免滑跑時(shí)折跟頭。 14．確定發(fā)動(dòng)機(jī)。一般講，滑翔機(jī)的功重比為0.5左右。普通飛機(jī)的功重比為0.8—1左右。特技機(jī)功重比大于1以上。我的練習(xí)機(jī)就不用計(jì)算了，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用三葉40、46發(fā)動(dòng)機(jī)。安裝發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要有向下和向右安裝角，以解決螺旋槳的滑流對飛機(jī)模型左偏航和高速飛行時(shí)因升力增大引起飛機(jī)模型抬頭的影響。其方法是以拉力軸線為基準(zhǔn)，從后往前看，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有右拉2度，下拉1.5度的安裝角。當(dāng)然，根據(jù)飛機(jī)的不同，這個(gè)角度還要根據(jù)飛行中的實(shí)際情況作進(jìn)一步的調(diào)整。 就功重比而言，我們的航模飛機(jī)與真飛機(jī)有著很大的不同。我們航模的功重比都能輕松的達(dá)到1，而真飛機(jī)的功重比大都在0.3至0.6之間，唯有高性能戰(zhàn)斗機(jī)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(yán)重的失速的情況下飛行的，如低速度下的急轉(zhuǎn)彎、急上升、吊機(jī)等。只是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的拉力大，把失速這一情況掩蓋罷了。所以我們在飛航模時(shí)，很少能飛出真飛機(jī)那種感覺。這也是我們很多朋在飛像真機(jī)時(shí)，很容易出現(xiàn)失速墜機(jī)的主要原因。 第二步，繪制三面圖 根據(jù)上面的設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)果，我們就可以繪制出自己需要的飛機(jī)了。繪制三面圖的主要目的是為了得到您想要的飛機(jī)效果，并確定每個(gè)部件的形狀和位置。使您在以后的工作中，有一個(gè)基本的藍(lán)圖。我繪制的飛機(jī)不是很好看，側(cè)重了簡單、實(shí)用、制作容易的指導(dǎo)思想。繪三面圖時(shí)，我試著邊學(xué)邊用了SolidWorks，它和AUTO CAD是同一個(gè)類型的軟件，但這個(gè)繪圖軟件更加簡單易用。 第三步，繪制結(jié)構(gòu)圖 繪制結(jié)構(gòu)圖的主要目的是為了確定每個(gè)部件的布局和制作步驟。如：哪個(gè)部件用什么材料，先做哪個(gè)部件后作哪個(gè)部件，部件與部件的結(jié)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(yīng)做一比一的放樣圖。目的是在組裝飛機(jī)各部件時(shí)，在放樣圖上粘接各部件。這樣能做到直觀準(zhǔn)確，提高工作質(zhì)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(diǎn)向朋友們講講在制作過程中，機(jī)翼和水平尾翼安裝角的控制。安裝角的正確與否，關(guān)系到飛機(jī)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(diào)整時(shí)，后果就非常嚴(yán)重了，甚至要摔機(jī)的。機(jī)翼和水平尾翼的安裝角都是以飛機(jī)的拉力軸線為基準(zhǔn)的，這架飛機(jī)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(dòng)機(jī)的曲軸線的位置，就是這架飛機(jī)的拉力軸線。機(jī)身骨架做完后，一定把它畫在機(jī)身上。爾后，在安裝機(jī)翼和水平尾翼時(shí)，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(shí)，應(yīng)選擇風(fēng)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(shí)解決。我的首飛有一個(gè)問題，機(jī)翼的安裝角約有正3度的誤差，導(dǎo)致飛機(jī)起飛后自動(dòng)爬高，升降舵微調(diào)調(diào)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。總的說首飛還算成功，達(dá)到了我的設(shè)計(jì)要求。