自制“幽靈”系列DLG模型滑翔機(jī)[中]

任南

機(jī)翼部分

傳統(tǒng)的木制結(jié)構(gòu)模型，其機(jī)翼基本由翼梁、翼肋、前緣條、后緣條、蒙板及蒙皮組成。要保證機(jī)翼的強(qiáng)度，首先應(yīng)確保其材料的用量，如增大梁的截面尺寸、使用硬度更高的木材、增加蒙板的面積和厚度等。然而采用這些措施的同時必然會增大模型的結(jié)構(gòu)重量，對DLG模型來說，并不都是最佳方法。

1.翼梁

仔細(xì)分析了DLG模型的受力情況后，我準(zhǔn)備通過改變機(jī)翼翼梁結(jié)構(gòu)形式來提高它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目標(biāo)是盡量不增加更多的材料甚至爭取適當(dāng)減少材料用量，以控制整架模型的結(jié)構(gòu)重量。最終，我選擇了空心矩形梁作為“幽靈”系列DLG模型的主梁結(jié)構(gòu)（圖1）。選用該結(jié)構(gòu)的原始思路來自結(jié)構(gòu)力學(xué)的兩個強(qiáng)度計算公式，它們分別對應(yīng)機(jī)翼的主要受力形式——“彎”和“扭”。

以下公式中，Iz、Iy為空心矩形梁的慣性矩，Wz為其抗彎截面系數(shù)；H為機(jī)翼的最大厚度，h為上下翼梁的間距；B為翼梁寬度，b為前后腹板的間距。從這組公式可以看出，空心矩形梁結(jié)構(gòu)的抗彎能力與其截面的寬度成正比，與其厚度的3次方成正比。

首先將常規(guī)結(jié)構(gòu)的翼梁尺寸代入這組公式進(jìn)行計算。H設(shè)為10mm，即H=10；翼梁截面尺寸設(shè)為3mm×8mm，即B=8、h=4；腹板厚度為2mm，即b=6。代入公式可得：Iz=634.67、Iy=354.67、Wz=126.93。

更換一組數(shù)據(jù)再次計算。機(jī)翼厚度不變，仍為10mm，即H=10；翼梁的截面尺寸變?yōu)?mm×24mm（截面積與更換前的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。

對比上述兩組計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，修改設(shè)計后，Iz是常規(guī)結(jié)構(gòu)的1.81倍，Iy是常規(guī)結(jié)構(gòu)的17.44倍，Wz是常規(guī)結(jié)構(gòu)的1.81倍。由此可見，僅對梁的截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即可在不增加材料用量的前提下，大幅提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度近兩倍。這個提升相當(dāng)可觀。

結(jié)合上面的計算結(jié)果，我將“幽靈”I的翼梁截面尺寸定為1mm×25mm，使材料的分布更利于結(jié)構(gòu)受力（圖2）。此外，在上下梁對承力貢獻(xiàn)較小的區(qū)域，做了開孔減重設(shè)計，整機(jī)重量比僅使用3mm×8mm普通翼梁的模型有所減?。▓D3）。不過翼梁變薄后，帶來的最大問題是容易失穩(wěn)，為此我采用了雙腹板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。腹板均選用2mm厚的輕木。由于DLG模型采用的翼型本身相對厚度很小，因此即使用2mm厚的輕木，其穩(wěn)定性也很好。另外，雙腹板同時參與受力，與上下梁形成封閉結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了機(jī)翼的抗扭能力。

經(jīng)過改進(jìn)的“幽靈”II和“幽靈”III，我對其翼梁和腹板都做了調(diào)整。翼梁的展向貼了碳片加強(qiáng)；腹板改為豎向木紋，且裝到上下梁之間，對梁的支撐效果更好（圖4）。

2.副翼

在副翼的設(shè)計上，我接受了身邊模友的建議， 減小了其展長， 并未使它從翼根一直延伸到翼尖。實際飛行表明，與直通的副翼相比，這種副翼震動大幅減?。▓D5）。“幽靈”I的副翼采用常規(guī)的純木制框架結(jié)構(gòu)，“幽靈”III改用AG系列翼型后，副翼則用碳片進(jìn)一步做了加強(qiáng)，提高了剛度、減小了震動（圖6、圖7）。

3.蒙板

為了更好地平衡重量與強(qiáng)度，我在選材上做了優(yōu)化?！坝撵`”機(jī)翼的翼梁選用松木，翼肋、腹板、蒙板則都為輕木。雖然松木相對較重，但其強(qiáng)度更大，加之在梁上開了減重孔，最大限度地減輕了重量；輕木則挑選了質(zhì)量好的材料：木紋與質(zhì)地均勻、比強(qiáng)度高。

“幽靈”I除了使用新的翼梁結(jié)構(gòu)，我還適當(dāng)增大了蒙板面積，將其延伸到翼梁之后，并在蒙板后增加了第3排腹板，以此形成多個閉室共同受力，使機(jī)翼的整體抗扭能力有了更顯著的提高（圖8）。

“幽靈”I基本使用傳統(tǒng)的木工白乳膠。別小看膠水，制作過程中必須控制好用量，以在保證粘接強(qiáng)度的前提下，盡量減小其用量。然而因蒙板需要粘接的面積較大，盡管我將乳膠適當(dāng)稀釋過，但個別地方還是沒有粘好，不得再用502修補(bǔ)。蒙板上的小孔就是為了補(bǔ)502用的。之后用碳絲做加強(qiáng)時會將這些小孔覆蓋，再蒙上熱縮蒙皮后，并不影響外觀（圖9）。

4.副翼舵機(jī)

“幽靈”I的副翼舵機(jī)位于翼根附近，舵機(jī)艙側(cè)壁用輕木封閉，開口周邊用碳片加強(qiáng)，以增加開孔區(qū)域的強(qiáng)度（圖10）?！坝撵`”III的副翼舵機(jī)安裝方式做了改進(jìn)，直接固定在蒙板內(nèi)，只將搖臂從蒙板開口處伸出（圖11）。開口位置用一小塊0.03mm厚的玻璃布加強(qiáng)，看上去美觀整齊（圖12）。

為了方便舵機(jī)引線，粘接蒙板前在機(jī)翼框架內(nèi)預(yù)埋好引線結(jié)構(gòu)。在翼根靠近前緣處上下粘接兩片輕木，組成一個長孔（圖13）。待機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)完成后，副翼舵機(jī)的引線即可從此處穿出，與機(jī)身前部的接收機(jī)相連（圖14）。

5.翼尖

翼尖處用輕木填實，一是因為翼尖后續(xù)還要修整外形；另一重要原因是翼尖處要安裝發(fā)射手柄，對強(qiáng)度要求極高（圖15、圖16）。

“幽靈”I的翼尖修形處理相對比較粗糙——直接削去多余的部分（圖17）。這樣做的最大缺點是破壞了原有的翼型，對模型的性能也有一定影響（圖18）?！坝撵`”III的設(shè)計有了改進(jìn)，翼尖直接修改為橢圓形，整體形狀也更美觀（圖19、圖20）。

DLG模型的機(jī)翼翼尖都很薄，發(fā)射時卻要承受很大的力，因此必須用碳片和碳布進(jìn)行加強(qiáng)（圖21-圖24）。

6.組裝

基本結(jié)構(gòu)完成后，對兩側(cè)機(jī)翼和副翼等進(jìn)行組裝（圖25）。翼根對接區(qū)用玻璃布包裹粘接；機(jī)翼機(jī)身固定螺栓孔內(nèi)襯碳管，用于承受螺栓固定機(jī)翼時的壓力；孔周圍機(jī)翼蒙板上下兩面再用3K碳布（最好用1K碳布）加強(qiáng)（圖26-圖28）。

機(jī)翼結(jié)構(gòu)完成后，為機(jī)翼與副翼蒙熱縮膜蒙皮，具體方法不再贅述。

副翼與機(jī)翼用彈性較好的紙鉸鏈連接，減小了副翼震動（圖29）。兩個副翼舵機(jī)線則分別從預(yù)留的引線孔中引出（圖30）。

圖31是組裝完成的“幽靈”I和“幽靈”II，兩架模型的機(jī)翼形狀差異明顯。在設(shè)計“幽靈”II時，我嘗試將機(jī)翼最大弦長減小到常規(guī)復(fù)材DLG模型常用的185mm。雖然機(jī)翼的最大厚度更小，但效果令人滿意，也驗證了“幽靈”的機(jī)翼結(jié)構(gòu)形式。此外，為了獲得較大的副翼下偏角度用作剎車，我還將副翼鉸鏈的位置從“幽靈”I的機(jī)翼上表面改到下表面。（未完待續(xù)）