自制“幽灵”系列DLG模型滑翔机[中]

时间:2022-10-10 01:30:39

机翼部分

传统的木制结构模型,其机翼基本由翼梁、翼肋、前缘条、后缘条、蒙板及蒙皮组成。要保证机翼的强度,首先应确保其材料的用量,如增大梁的截面尺寸、使用硬度更高的木材、增加蒙板的面积和厚度等。然而采用这些措施的同时必然会增大模型的结构重量,对DLG模型来说,并不都是最佳方法。

1.翼梁

仔细分析了DLG模型的受力情况后,我准备通过改变机翼翼梁结构形式来提高它的结构强度。目标是尽量不增加更多的材料甚至争取适当减少材料用量,以控制整架模型的结构重量。最终,我选择了空心矩形梁作为“幽灵”系列DLG模型的主梁结构(图1)。选用该结构的原始思路来自结构力学的两个强度计算公式,它们分别对应机翼的主要受力形式――“弯”和“扭”。

以下公式中,Iz、Iy为空心矩形梁的惯性矩,Wz为其抗弯截面系数;H为机翼的最大厚度,h为上下翼梁的间距;B为翼梁宽度,b为前后腹板的间距。从这组公式可以看出,空心矩形梁结构的抗弯能力与其截面的宽度成正比,与其厚度的3次方成正比。

首先将常规结构的翼梁尺寸代入这组公式进行计算。H设为10mm,即H=10;翼梁截面尺寸设为3mm×8mm,即B=8、h=4;腹板厚度为2mm,即b=6。代入公式可得:Iz=634.67、Iy=354.67、Wz=126.93。

更换一组数据再次计算。机翼厚度不变,仍为10mm,即H=10;翼梁的截面尺寸变为1mm×24mm(截面积与更换前的3mm×8mm相同),即B=24、h=8、b=20。代入公式后可得:Iz=1146.67、Iy=6186.67、Wz=229.33。

对比上述两组计算结果可以发现,修改设计后,Iz是常规结构的1.81倍,Iy是常规结构的17.44倍,Wz是常规结构的1.81倍。由此可见,仅对梁的截面尺寸进行优化,即可在不增加材料用量的前提下,大幅提高结构强度近两倍。这提升相当可观。

结合上面的计算结果,我将“幽灵”I的翼梁截面尺寸定为1mm×25mm,使材料的分布更利于结构受力(图2)。此外,在上下梁对承力贡献较小的区域,做了开孔减重设计,整机重量比仅使用3mm×8mm普通翼梁的模型有所减小(图3)。不过翼梁变薄后,带来的最大问题是容易失稳,为此我采用了双腹板结构进行加强。腹板均选用2mm厚的轻木。由于DLG模型采用的翼型本身相对厚度很小,因此即使用2mm厚的轻木,其稳定性也很好。另外,双腹板同时参与受力,与上下梁形成封闭结构,进一步提高了机翼的抗扭能力。

经过改进的“幽灵”II和“幽灵”III,我对其翼梁和腹板都做了调整。翼梁的展向贴了碳片加强;腹板改为竖向木纹,且装到上下梁之间,对梁的支撑效果更好(图4)。

2.副翼

在副翼的设计上,我接受了身边模友的建议, 减小了其展长, 并未使它从翼根一直延伸到翼尖。实际飞行表明,与直通的副翼相比,这种副翼震动大幅减小(图5)。“幽灵”I的副翼采用常规的纯木制框架结构,“幽灵”III改用AG系列翼型后,副翼则用碳片进一步做了加强,提高了刚度、减小了震动(图6、图7)。

3.蒙板

为了更好地平衡重量与强度,我在选材上做了优化。“幽灵”机翼的翼梁选用松木,翼肋、腹板、蒙板则都为轻木。虽然松木相对较重,但其强度更大,加之在梁上开了减重孔,最大限度地减轻了重量;轻木则挑选了质量好的材料:木纹与质地均匀、比强度高。

“幽灵”I除了使用新的翼梁结构,我还适当增大了蒙板面积,将其延伸到翼梁之后,并在蒙板后增加了第3排腹板,以此形成多个闭室共同受力,使机翼的整体抗扭能力有了更显著的提高(图8)。

“幽灵”I基本使用传统的木工白乳胶。别小看胶水,制作过程中必须控制好用量,以在保证粘接强度的前提下,尽量减小其用量。然而因蒙板需要粘接的面积较大,尽管我将乳胶适当稀释过,但个别地方还是没有粘好,不得再用502修补。蒙板上的小孔就是为了补502用的。之后用碳丝做加强时会将这些小孔覆盖,再蒙上热缩蒙皮后,并不影响外观(图9)。

4.副翼舵机

“幽灵”I的副翼舵机位于翼根附近,舵机舱侧壁用轻木封闭,开口周边用碳片加强,以增加开孔区域的强度(图10)。“幽灵”III的副翼舵机安装方式做了改进,直接固定在蒙板内,只将摇臂从蒙板开口处伸出(图11)。开口位置用一小块0.03mm厚的玻璃布加强,看上去美观整齐(图12)。

为了方便舵机引线,粘接蒙板前在机翼框架内预埋好引线结构。在翼根靠近前缘处上下粘接两片轻木,组成一个长孔(图13)。待机翼整体结构完成后,副翼舵机的引线即可从此处穿出,与机身前部的接收机相连(图14)。

5.翼尖

翼尖处用轻木填实,一是因为翼尖后续还要修整外形;另一重要原因是翼尖处要安装发射手柄,对强度要求极高(图15、图16)。

“幽灵”I的翼尖修形处理相对比较粗糙――直接削去多余的部分(图17)。这样做的最大缺点是破坏了原有的翼型,对模型的性能也有一定影响(图18)。“幽灵”III的设计有了改进,翼尖直接修改为椭圆形,整体形状也更美观(图19、图20)。

DLG模型的机翼翼尖都很薄,发射时却要承受很大的力,因此必须用碳片和碳布进行加强(图21-图24)。

6.组装

基本结构完成后,对两侧机翼和副翼等进行组装(图25)。翼根对接区用玻璃布包裹粘接;机翼机身固定螺栓孔内衬碳管,用于承受螺栓固定机翼时的压力;孔周围机翼蒙板上下两面再用3K碳布(最好用1K碳布)加强(图26-图28)。

机翼结构完成后,为机翼与副翼蒙热缩膜蒙皮,具体方法不再赘述。

副翼与机翼用弹性较好的纸铰链连接,减小了副翼震动(图29)。两个副翼舵机线则分别从预留的引线孔中引出(图30)。

图31是组装完成的“幽灵”I和“幽灵”II,两架模型的机翼形状差异明显。在设计“幽灵”II时,我尝试将机翼最大弦长减小到常规复材DLG模型常用的185mm。虽然机翼的最大厚度更小,但效果令人满意,也验证了“幽灵”的机翼结构形式。此外,为了获得较大的副翼下偏角度用作刹车,我还将副翼铰链的位置从“幽灵”I的机翼上表面改到下表面。(未完待续)

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