油箱是动力系统的重要组成部分,在这个动力系统中采用了自吸式恒压油箱,油箱容积122毫升。这种供油方式的特点是:油箱处于恒压状态,供油稳定,尤其在大风天完成连续筋斗时模型加速度现象相对较小,发动机耗油量低,能适当减小飞机的飞行载荷,使用维护方便。设计过程中在传统结构的基础上做了一些改进。传统恒压式油箱厚度一般为30~38毫米,改进后的厚度只有22毫米,这样的改进能部分解决由于油位差和瞬间油压变化而造成过大的模型飞行速度差,防止模型在不同飞行姿态下(尤其是平飞和倒飞、前期和后期过程中)出现的速度不均匀现象。在距离油箱底部20毫米处增加了一块隔板,形成一个副油箱,隔板上有6个直径3毫米的圆孔连通副油箱,副油箱是一个容积相对较小和稳定的供油环境,供油管从副油箱中取油,这样设计是考虑模型在动作中,油料会随模型姿态的变化产生不规则晃动,如果夹杂气泡的油料进入油管会造成供油不畅,致使发动机转速不稳定,模型速度忽快忽慢,影响动力性能和飞行动作节奏感。
“探索”Retro-60发动机出厂标配螺旋桨为直径13.5英寸(约340毫米)、螺距6英寸(约150毫米)两叶木质桨,在实际飞行调试中发现由于螺旋桨木质较软、直径大,传递给模型的振动也相应增大,这不仅会对模型的使用强度造成潜在危害,而且在动作飞行过程中,尤其是在角动作飞行中,因为模型转动惯量增大,产生操纵舵量变钝、转角变大和不清晰的现象,影响动作质量,不利于运动员准确操纵模型。后来采用碳纤三叶螺旋桨,它的特点是:刚性好、重量轻,模型瞬间爬升和俯冲时,发动机的增益和减速响应速度快,能充分体现这款发动机功率大、稳定性好的特性。通过大量的飞行试验和配比,螺旋桨最佳使用尺寸为直径12英寸(约300毫米)、螺距6英寸(约150毫米),发动机实用工作转速10500转/分。
二、模型飞机的设计制作
线操纵特技模型飞机(F2B)特技动作主要是由圆、边、角等单个图形组成的组合动作,模型飞机飞行性能既要注重操纵性、机动性,又要有较好的稳定性,角动作转角清晰,圆动作平稳圆滑。
为了达到合乎规则要求的动作技术标准,并使运动员能够准确、轻松地操纵模型,模型飞机飞行性能是关键。在决定模型飞机飞行性能的诸多因素里面,模型的总升力面积、重量、载荷等是极为重要的技术参数。根据以往设计制作模型飞机的经验,F2B模型飞机的理想载荷应该在28~30克/分米?范围。所以这架模型在制作过程中,在确定好模型几何尺寸和保证足够强度的前提下,严格控制各部件的制作重量,使模型飞机技术参数符合设计要求。模型总升力面积55.12分米?,飞行重量1620克,翼载荷29.39克/分米?,翼展1430毫米,机身1160毫米。
机身是F2B模型设计较为重要的部分,因为在飞行过程中,模型离裁判员和观众较近,动作轨迹主要是通过机身的侧面线型来体现的。结合比赛规定动作特点,在设计和制作中机身基本保持平直,并采用封闭式透明座舱和较高的垂直尾翼来中和平直线型带来的轮廓僵硬感。实际飞行过程中,兼顾了角动作清晰、刚劲,圆动作圆滑无棱角的视觉效果。由于所选用发动机剩余马力较大,在设计中把机头部分的正面尺寸适当加大,有意增加了部分废阻力,以此适当减小模型在俯冲过程中的速度,消除模型上升和俯冲时速度不均匀的现象。机身采用桁框式壳结构,外壳用3毫米轻木蒙板。发动机架使用桦木材质,重量适中,可以保证足够的使用强度,还可以有效吸收和传导来自发动机的振动。
机翼和水平尾翼采用半蒙板方式结合箱型结构,整体强度高、重量轻,翼肋、蒙板、副板等主要使用2毫米、3毫米轻木材质,部分承受强度较大的部位使用航空层板、碳素纤维片等材料作加强。模型主要部件均可拆卸,主要是为符合异地训练、比赛便于运输携带的要求。机翼的拆卸部分是保证整机飞行强度的重要环节,所以连接件采用镁铝合金,运用线切割工艺加工而成,其特点是:加工精度高、材质强度大、重量轻。框架部分采用纱绢蒙糊,整机棉纸蒙皮,并作硝基腻子处理,使用杜邦底漆和面漆进行美化。整架模型采用白色基调,配以红、黄、绿色不规则线条,飞行效果明快,尤其在阴天、雨天等能见度较差的气象条件下,同样能以清晰和清新的视觉效果展示飞行动作,这些也符合现在训练和比赛向全天候发展的要求。
操纵系统是连接运动员和模型的中枢,也是运动员能够有效、准确、安全、顺畅地操纵模型的关键。这架模型的操纵系统各摇臂采用厚度2毫米的铜板材质,保证了足够的抗拉强度,利于铆焊,并在部分摇臂上适当做减重孔,减少不必要的重量并提高转动灵活性,所有转动轴部位铆焊3毫米×7毫米微型轴承,既保证了最小的传导间隙,又减少了不必要的传动阻力。操纵机构设计图和部分部件装配图。
一架性能优异的模型飞机通过运动员熟练地操控,既能在规则要求下,通过准确、流畅、具有独特飞行风格的特技动作获得裁判员认可,在比赛中取得优异成绩,更要把优美、惊险的飞行展示给观众,让观赏者得到美的享受。能否适应当今世界大赛全天候飞行的特点,有效降低操纵者的操纵难度,这些都是模型设计制作成功与否的关键。
第四节 王鸿伟的模型飞机制作过程介绍
1.拼接木料准备制作机翼前缘模具
准备两块桐木,用双组分环氧胶黏结,并加压固化。为什么选两块木材拼接呢?主要是桐木胸径较小,木材纹理不能满足要求,所以要选两块木纹对称的桐木拼接在一起。
拼接木材可以使用的胶水有:快干胶(用喷漆稀料溶解硝化棉或赛璐珞泡制而成),白乳胶,鱼鳔胶,环氧胶。快干胶由于具有毒性和易燃性,现在已经很少使用了。白乳胶具有价格低廉,黏合性好,比较环保的优点,所以木工加工中使用较多。缺点是黏合速度较慢,且不耐水。所以在单件的航空模型飞机的制作中使用不多,但航模工厂使用较多。鱼鳔胶是最古老的木工用胶水。黏结力很强,寿命长且环保。只是使用不便,已逐步退出历史舞台。环氧胶具有黏结力强、固化速度较快、使用方便、防水耐热性能好、收缩率小等特点,因而得到广泛的使用。
2.两侧贴好样板开锯
在拼接好的桐木基材上画好标准线,然后贴上计算机制图的翼肋前部样板。先用木工锯粗略锯掉多余的大块部分。
3.刨加工
使用木工刨粗略刨出机翼前缘木模的外形。
4.刨制成形
刨制成形较为精细的机翼前缘木模。
5.打磨木模
使用木工砂纸和桐木板制成砂纸板,然后仔细打磨机翼木模。打磨要完成两个任务:一是使机翼木模尺寸精确,二是木模表面要有一定的粗糙度。
打磨以后要将机翼木模进行表面防水处理,一般可采用刷透布油的方法。
6.将浸湿的轻木板包裹在模具上制前缘蒙板
制作前缘蒙板:首先拼接轻木板材,一般轻木板宽约80毫米,不够宽度,需要拼接。前缘蒙板一般使用1.5~2毫米轻木板材。选用较轻的板材,最好使用径切板材。因为径切板材刚性较好,比较适宜保形。拼接板材一般使用502胶水,主要是防止胶水渗透到木材内部增加重量。
将拼接好的板材泡在热温水里,待浸透以后铺在木模上,用布条缠裹成形并固定。
7.将包裹好的前缘蒙板加温定形
将缠裹好的木模和前缘蒙板在红外线灯(就是浴霸所用的灯泡)下加温干燥。待整个木模和前缘蒙板干燥后,去掉布条,前缘蒙板就成形并完成了。
8.在型架上安装翼肋
先用AutoCAD在电脑上制成翼肋图,在使用激光切割机切割轻木板制成翼肋、半翼肋和翼梁腹板。然后在事先做好的机翼制作型架上组装,使用502胶水黏结。
9.在型架上安装好翼肋和半翼肋
这是已经组装好的机翼翼肋和半翼肋。大家看到翼肋上还留有一块方形的轻木残留没有切掉,这是在平板上组装翼肋时定位用的,它可保证机翼安装的水平状态。
10.装好翼肋的机翼构架
去掉型架以后,黏结前缘和后缘加强木条。
11.安装前缘蒙板和后缘
将前缘蒙板套在机翼骨架上并胶结。将后缘蒙板粘到翼肋上。
12.后缘成形
后缘结构,由后缘木条(大约6毫米×6毫米)、后缘加强肋、后缘腹板、轻木加强块等组成。
13.机翼后缘安装铰链的位置 在安装襟翼铰链的位置,黏结轻木加强块。
14.接插件和翼梁胶结
将线切割加工的铝质机翼接插件同轻木梁用环氧胶黏结在一起。
15.机翼接插件
机翼接插件,一端安装在可拆机翼上;一端安装在与机身固定在一起的机翼中段上。
16.机翼接插件
机翼接插件全貌。
17.在机翼上安装接插件
先将机翼接插件插好,然后在机翼的相应部位开槽,然后将机翼接插件镶嵌并胶结好。使用环氧胶黏结。
18.在机翼上安装接插件细节
机翼接插件细节情况,可看到接插件的金属和木材连接处均有销钉穿入加强。
19.在机翼上安装接插件细节
接插件的配合情况。
20.机翼中段蒙板
将机翼中段蒙板。线操纵特技模型飞机的一般制作工艺是,先做好整个的机翼,然后再切割成三部分,就是机翼内侧、外侧和机翼中段。将来机翼中段同机身做成一体。
21.机翼中段将要切割的位置
机翼中段要切割的部分。
22.机翼中段切割
先将螺钉拧在接插件上定位,然后画出切割线,进行切割。
23.机翼中段切割完毕
机翼切割好的情形。
24.机翼中段接插部位
接插件部分的细节。
25.机翼中段接插部位连接处
在机翼中段接插位置用航空层板制成连接座,并开孔。上下航空层板连接座之间用轻木加强。
26.机翼中段操纵机构安装位置钻孔
在机翼中段安装操纵机构的位置定位、钻孔。
27.三角摇臂
使用紫铜和黄铜制作的三角摇臂。摇臂中间是安放滚珠轴承的黄铜安装座。
28.襟翼摇臂
襟翼摇臂,用紫铜和钢丝制成。
29.机翼中段操纵机构安装
模型飞机操作机构的安装,使用黄铜制成轴套通过轴承和三角摇臂连接在一起,再与机翼中段的尼龙座安装在一起。
30.机翼中段襟翼摇臂安装
襟翼摇臂通过钢制的轴套安装在机翼中段的后部。
31.机翼接插部位细节
机翼上的接插件部分。
32.机翼接插部位加强
机翼上用航空层板加强接插部分,并开孔。
33.机翼接插部位加强条细节
机翼上用航空层板加强接插部分的细节。
34.襟翼制作
襟翼由襟翼蒙板、加强肋和襟翼前缘条组成。襟翼剖面一般为三角形。
35.襟翼和机翼配合
襟翼制作好以后,要同机翼后缘进行配合,不合适的地方通过打磨使配合严密。
36.机翼翼尖制作
机翼翼尖,一般用轻木块削制出外形,然后用挖刀将内部掏空形成一个壳体。翼尖壳体一般厚度是3~5毫米。
37.机翼翼尖制作
外侧机翼翼尖壳体的内部构造,旁边的方形木盒是配重舱。一般会在翼尖固定黏合一部分配重。而配重舱是在调整试飞时,调节配重用的。
38.机翼翼尖配合
翼尖壳体要先粘到机翼上修正外形,然后再取下挖内部。
39.机翼翼尖开槽
内侧机翼翼尖开槽,以便穿过操纵线。
40.外侧机翼翼尖配重
外侧翼尖将固定的配重和配重盒黏结在一起。
41.翼尖配重胶合固定
固定配重用环氧胶封死。
42.机翼涂刷透布油
制作好的机翼先刷透布油。其作用一是对轻木进行加强;二是防止将来喷漆时,漆料或腻子渗透到轻木内部。
43.机翼蒙皮
在机翼没有蒙板的地方,用棉纸或丝绢蒙皮。所用涂料是透布油。
44.机翼蒙皮涂刷透布油
在纸质蒙皮部分刷透布油。透布油有三个作用:一是填充棉纸或丝绢的空隙;二是将蒙皮绷紧;三是提高蒙皮强度。
45.机翼打磨
机翼整个表面再蒙棉纸,刷透布油,并打磨粗糙部分。
46.机头发动机架制作
先用电脑作图,再用层板制成隔框板,使用桦木制成发动机架。发动机安装位置用航空层板加强。
47.机头油箱舱位
接头部分安放油箱的舱位。最左面的层板制成的三角形舱位是安装起落架的位置。
48.机头加强筋
机头部分的加强筋,用于蒙板的支撑。
49.主起落架安装位置
主起落架的安装舱位,使用五合板制成。
50.机身外壳胶接
机身外壳蒙板,使用铝质方管作为定位。将整个机身进行蒙板,然后确定出机翼安装位置。
51.安装机翼位置
在机翼安装位置黏结样板,准备开槽。
52.剖开机身外壳安装隔框
剖开机身外壳和隔框安装情况。
53.机头机身胶结
机头部分与机身半壳胶结在一起。
54.机头、尾翼翼台胶结
机身下半壳的总体胶结。
55.机翼中段和机身、机身上壳
准备就绪的机翼中段、机身下壳和机身上壳。
56.机翼中段与机身胶结
将整个机翼连在一起(主要是定位需要),然后将机翼中段胶结在机身上。
57.机翼中段与机身胶结
从另一角度看机翼中段与机身胶结。
58.机翼中段与机身胶结细节
机翼中段与机身胶结细节部分。
59.机翼和机身下壳安装好
机翼与机身胶结好以后,安装尾翼到襟翼的连杆,在机翼中段黏结整形隔板。
60.机翼平尾和机身配合
将机翼、水平尾翼、机身连在一起,将机身上壳粘到机身上。一般使用环氧胶进行胶结。
61.机身操纵机构安装
机身操纵结构的安装细节。
62.襟翼摇臂和连杆
襟翼摇臂和连杆(中间连杆连接三角摇臂,高处连杆连接平尾摇臂)。
63.机身上半壳加强
机身上半壳在中段部分用轻木加强。
64.机身合龙
将上下机身合龙。
65.垂直尾翼和水平尾翼的安装配合
将垂直尾翼和水平尾翼进行安装配合。
垂直尾翼的安装位置。
67.机身尾部
机身垂直尾翼和水平尾翼的安装位置。
68.垂尾安装定位片
直尾翼定位片。
69.水平尾翼翼台
水平尾翼翼台的安装与胶结。
70.垂直尾翼拼板和图样先画好垂直尾翼图样,再拼接蒙板。
71.垂直尾翼制作
安装垂直尾翼翼肋和前后缘。
72.尾翼翼台细节
尾翼翼台,使用螺钉固定。