文档介绍：全国科研类航空航天模型锦标赛1kg级载重项目浅谈(上)
一年一度的全国科研类航空航天模型锦标赛因其独特的魅力,吸引了大批国内高等院校的学生参与。短短几年间,已从最初一个项目、几支参赛队伍,发展到如今涵盖多个不同技术要求的比赛项目重量,另一方面又要考虑模型的运输条件限制。这对矛盾如何平衡是设计之初首先要解决的问题。拆装方式是影响模型重量的重要因素之一。比赛中,有些参赛队为减少拆装部分的重量,将模型飞机设计成一体不可拆装的样式(图10);也有参赛队为了运输方便,将模型飞机的机翼、机身等设计成可拆装式,这或多或少所增加的部分重量要在其它设计方面进行平衡优化(图11)。不同的拆装方式各有利弊,需要综合考虑结构设计、运输空间、安装部分的结构可靠性等多方面因素,找到最适合的方案。

飞翼是一种比较特殊的布局形式,其有效升力面积很大,较常规布局有不可比拟的优势。但飞翼布局一般没有平尾和垂尾,其航向稳定性与操控性相对较差。
飞翼的翼型非常特别,为S翼型(图12)。这种翼型的中线形状看起来像一个躺下的字母“S”。翼型后缘向上翘起,当正面气流流过时,会使后缘下沉产生抬头力矩。焦点是模型飞机升力增量的作用点。对静稳定的飞行器而言,焦点须在重心之前,越靠前则越稳定,但随着焦点和重心间距离的增加,模型在不同升力情况下的俯仰力矩会变化很大,对于飞翼布局的模型飞机而言,由于其尾力臂较短,配平能力也相对较差。因此必须限制重心与焦点间的距离,以保证模型在所有迎角范围内都能通过升降副翼进行俯仰方向的配平。
在载重比赛中,由于有效载荷的悬挂位置对整机的重心及重量分布会产生很大的影响,而且模型搭载的有效载荷重量需随不同轮次进行调整,因此飞翼在设计之初必须更加谨慎。
在整体设计上,飞翼动力装置的推力线应尽量通过重心或在重心上方,这样可产生一定的低头力矩;在气动布局方面,可适当加大机翼的后掠角,以使作用在后缘的抬头力臂加长,进而增加飞翼的俯仰稳定性。
近几届比赛中,西安交通大学队在2010年首先使用了飞翼参赛机(图13),随后沈阳航空航天大学队在2011年也制作了一架飞翼布局的载重模型(图14)。笔者相信,通过选手们的新奇创造与大胆尝试,在以后的比赛中,技术更加可靠先进的飞翼、鸭式等创新布局会越来越多地出现在赛场上。

三、结构工艺
结构工艺的优劣将直接影响参赛模型的可靠性,增加结构强度和减小结构重量是载重模型在结构工艺方面最重要的两个课题。
经过不断探索改进与创新,各参赛队在材料技术方面有了很大的提高,复合材料、碳制品已被广泛用于模型的制作中。
机翼主梁的方案选定与制作可谓整机结构工艺的核心。首先要根据设计方案与相关计算选择合适的主梁用料。在1kg载重项目上,松木、桐木及轻木主梁都曾被使用。至于主梁的形状,长方体梁结构因在绘图和制作上都比较容易操作,所以被大量选用。也有参赛队采用锥形梁结构,即在机翼根部主梁截面积较大,从翼根向翼梢逐渐收缩。收缩比例根据实际情况具体计算与分析确定。
为增强主梁的比强度(单位重量的结构强度),大多采用在木材基础上增加复合材料的方法,目前经常使用碳纤维片和凯芙拉纤维丝(图15、图16)。、。凯芙拉纤