小知识如何做一架能飞的飞机

发布时间:2018-4-20 2:20:03   点击数:

自从小编当上了小编,总是有小伙伴问我,如何设计制作一架能飞的飞机。小编觉得很难回答啊,自己了解的相关知识远远不够,三言两语也说不清楚。想想写篇推送吧,发现这篇文章还不错,小编有所删改。希望对那些参加大创之类的小伙伴有所帮助。也希望大家看看往期推送,都是原创的哦,关于飞机的设计,动力匹配等等都有所涉及。希望大家喜欢。

设计一架航模飞机说起来容易,可是真要下手设计制作时,就会遇到很多需要解决的问题,如:为什么要选用这个翼型、翼展和翼弦是怎么确定的、机身长度应该是多少、尾翼的面积需要多大、各部件的位置应该放在哪里等等。好在现在的由有关书籍较多,只要认真学习归纳,就能找到答案。

今天,我们一起来看看一架普通的航模飞机是怎么设计的。

第一步:整体设计

1确定翼型

要根据模型飞机的不同用途去选择不同的翼型。翼型很多,有好几千种,但归纳起来,飞机的翼型大致分为三种。

一是平凸翼型,这种翼型的特点是升力大,尤其是低速飞行时。不过,阻力中庸,且不太适合倒飞。这种翼型主要应用在练习机和像真机上。

二是双凸翼型。其中双凸对称翼型的特点是在有一定迎角下产生升力,零度迎角时不产生升力。飞机在正飞和到飞时的机头俯仰变化不大。这种翼型主要应用在特技机上。

三是凹凸翼型。这种翼型升力较大,尤其是在慢速时升力表现较其它翼型优异,但阻力也较大。这种翼型主要应用在滑翔机上和特种飞机上。

另外,机翼的厚度也是有讲究的。同一个翼型,厚度大的低速升力大,不过阻力也较大。厚度小的低速升力小,不过阻力也较小。实际上就选用翼型而言,它是一个比较复杂、技术含量较高的问题。其基本确定思路是:根据飞行高度、翼弦、飞行速度等参数来确定该飞机所需的雷诺数,再根据相应的雷诺数和您的机型找出合适的翼型。还有,很多真飞机的翼型并不能直接用于模型飞机。这个问题在这就不详述了。

机翼常见的形状又分为:矩形翼、后掠翼、三角翼和纺锤翼(椭圆翼)。

2确定机翼的面积

模型飞机能不能飞起来,好不好飞,起飞降落速度快不快,翼载荷非常重要。一般讲,滑翔机的翼载荷在35克/平方分米以下,普通固定翼飞机的翼载荷为35-克/平方分米,像真机的翼载荷在克/平方分米,甚至更多。

3确定副翼的面积

机翼的尺寸确定后,就该算出副翼的面积了。副翼面积应占机翼面积的20%左右,其长度应为机翼的30-80%之间。

4确定机翼安装角

以飞机拉力轴线为基准,机翼的翼弦线与拉力轴线的夹角就是机翼安装角。机翼安装角应在正0-3度之间。机翼设计安装角的目的,是为了为使飞机在低速下有较高的升力。设计时要不要安装角,主要看飞机的翼型和翼载荷。有的翼型有安装角才能产生升力,如双凸对称翼。但是,大部分不用安装角就能产生升力。翼载荷较大的飞机,为了保证飞机在起飞着陆和慢速度飞行时有较大的升力,需要设计安装角。任何事物都是一分为二的,设计有安装角的飞机,飞行阻力大,会消耗一部分发动机功率。安装角超过6度以上的,更要小心,在慢速爬升和转弯的的情况下,很容易进入失速。

5确定机翼上反角

机翼的上反角,是为了保证飞机横向的稳定性。上反角越大,飞机的横向稳定性就越好,反之就越差。

但是,上反角也有它的两面性。飞机横向太稳定了,反而不利于快速横滚,这恰恰又是特技机所不需要的。所以,一般特技机采取0度上反角。

6确定重心位置

7确定机身长度

翼展和机身的比例一般是70--80%

8确定机头的长度

机头的长度(指机翼前缘到螺旋浆后平面的之间的距离),等于或小于翼展的15%

9确定垂直尾翼的面积

10确定方向舵的面积

方向舵面积约为垂直尾翼面积的25%。

11确定水平尾翼的翼型和面积

水平尾翼对整架飞机来说,也是一个很重要的问题。我们有必要先搞清常规布局飞机的气动配平原理。如图:

形象地讲,飞机在空中的气动平衡就像一个人挑水,肩膀是飞机升力的总焦点,重心就是前面的水桶,水平尾翼就是后面的水桶。升力的总焦点不随飞机迎角的变化而变化,永远固定在一个点上。首先,重心是在升力总焦点的前部,所以它起的作用是起低头力矩。由此可知,水平尾翼和机翼的功能恰恰相反,它是用来产生负升力的,所以它起的作用是抬头力矩,以达到飞机配平的目的。由此可知,水平尾翼只能采用双凸对称翼型和平板翼型,不能采用有升力平凸翼型。水平尾翼的面积应为机翼面积的20-25%。

同时要注意,水平尾翼的宽度约等于0.7个机翼的弦长。

12确定升降舵面积

升降舵的面积约为水平尾翼积的20-25%。如果是特技机,升降舵面积可增大。

13确定水平尾翼的安装位置

从机翼前缘到水平尾翼之间的距离(就是尾力臂的长度),大致等于翼弦长的3倍。此距离短时,操纵时反应灵敏,但是俯仰不精确。此距离长时,操纵反应稍慢,但俯仰较精确。F3A的机身长度大于翼展就是这个理论的实际应用,它的目的主要是为了精确。

垂直尾翼、水平尾翼和尾力臂这三个要素合起来,就是“尾容量”。尾容量的大小,是说它对飞机的稳定和姿态变化贡献的大小。这个问题我们用真飞机来说明一下。像米格15和F16高速飞行的飞机,为了保证在高速飞行时的纵向稳定,其垂直尾翼设计得又大又高。像SU27和F18甚至设计成双垂直尾翼。而像运输机和客机,垂直尾翼就小得多。

14确定起落架

一般飞机的起落架分前三点和后三点两种。前三点起落架,起飞降落时方向容易控制。但着陆粗暴时很容易损坏起落架,转弯速度较快时容易向一边侧翻,导致机翼和螺旋桨受损。后三点虽然在起飞降落时的方向控不如前三点好。但是其它方面较前三点都好,尤其是它能承受粗暴着陆。

15确定发动机

一般讲,滑翔机的功重比为0.5左右。普通飞机的功重比为0.8—1左右。特技机功重比大于1以上。安装发动机时,要有向下和向右安装角,以解决螺旋桨的滑流对飞机模型左偏航和高速飞行时因升力增大引起飞机模型抬头的影响。其方法是以拉力轴线为基准,从后往前看,发动机应有右拉2度,下拉1.5度的安装角。当然,根据飞机的不同,这个角度还要根据飞行中的实际情况作进一步的调整。相比其他因素,不用过多考虑电机的安装角。

就功重比而言,我们的航模飞机与真飞机有着很大的不同。我们航模的功重比都能轻松的达到1,而真飞机的功重比大都在0.3至0.6之间,唯有高性能战斗机才能接近或超过1。这也就是说,我们在飞航模中很多飞行都是在临界失速和不严重的失速的情况下飞行的,如低速度下的急转弯、急上升、吊机等。只是由于发动机的拉力大,把失速这一情况掩盖罢了。所以我们在飞航模时,很少能飞出真飞机那种感觉。这也是我们很多朋友在飞像真机时,很容易出现失速坠机的主要原因。

第二步,绘制三面图

软件

根据上面的设计和计算结果,我们就可以绘制出自己需要的飞机了。绘制三面图的主要目的是为了得到您想要的飞机效果,并确定每个部件的形状和位置。使您在以后的工作中,有一个基本的蓝图。我绘制的飞机不是很好看,侧重了简单、实用、制作容易的指导思想。推荐使用AutoCAD和CATIA。

第三步,绘制结构图

绘制结构图的主要目的是为了确定每个部件的布局和制作步骤。如:哪个部件用什么材料,先做哪个部件后作哪个部件,部件与部件的结合方法等等。

第四步,放样和组装

制作工艺

根据绘制的图纸,应做一比一的放样图。目的是在组装飞机各部件时,在放样图上粘接各部件。这样能做到直观准确,提高工作质量。网上有很多介绍制作方面的精品文章,大家可以参考,我就不再赘述了。

机翼和水平尾翼安装角的控制:安装角的正确与否,关系到飞机在空中的姿态能否有效地操控。如果因安装角误差大到连各舵面都无法调整时,后果就非常严重了,甚至要摔机的。好了,我们来看一看它的制作过程。

好了,就说到这吧。不足之处还请多多指教,谢谢大家。

图文:鲁琢玥

审核:张赞

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