第二十章 外形結(jié)構(gòu) 協(xié)作完成

　　陳東風(fēng)在和楊輝的討論修改中，也要兼顧下唐昌宏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，至于楊韋他現(xiàn)在的精力就不夠了。忙忙碌碌中，已經(jīng)快半個(gè)月過(guò)去了，楊輝的發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)在陳東風(fēng)的協(xié)助下都已經(jīng)定稿了，剩下的就是具體的元器件選擇，電路板的設(shè)計(jì)了，這些接下來(lái)都交給楊輝獨(dú)自處理。

　　陳東風(fēng)接下來(lái)就要和唐昌宏一起把航模的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案拿出來(lái)，并爭(zhēng)取在八月底前完成。陳東風(fēng)和唐昌宏來(lái)到空教室后，先問(wèn)：“老唐，航模外形結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)確定按照Mirage2000的模樣進(jìn)行縮放，你覺(jué)得現(xiàn)在這次的重點(diǎn)和難點(diǎn)在哪里？”

　　唐昌宏點(diǎn)點(diǎn)頭，絲毫沒(méi)有因?yàn)樗哪昙o(jì)比陳東風(fēng)大而有尷尬和不滿，他對(duì)陳東風(fēng)能力的相當(dāng)有信心，也很服氣陳東風(fēng)現(xiàn)真正的進(jìn)入小組長(zhǎng)的角色。唐昌宏組織了一下思路慢條斯理的開(kāi)始敘述。

　　由于航模外形結(jié)構(gòu)由其的用途決定，現(xiàn)在的這款航模主要目的是飛行及特技表演。對(duì)航模的技術(shù)要求應(yīng)該是安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟(jì)性。

　　從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)航模外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要先從其結(jié)構(gòu)承載布局形式開(kāi)始，接著是結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件布置設(shè)計(jì)，這之后是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的剛、強(qiáng)度計(jì)算分析，最后才是飛機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其具體連接設(shè)計(jì)。由于航模的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵細(xì)節(jié)部位的安全壽命及損傷容限要求不是很高在設(shè)計(jì)中暫時(shí)不考慮。

　　唐昌宏在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的是結(jié)構(gòu)有限元分析法。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力和變形分析十分重要，它是分析和評(píng)估結(jié)構(gòu)承載能力、使用壽命、可靠性和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又是修改設(shè)計(jì)和制定試驗(yàn)方案的依據(jù)，特別對(duì)按疲勞、損傷容限設(shè)計(jì)的關(guān)鍵件，其應(yīng)力和變形的分析精度要求更高，需要有合適的模型和計(jì)算方法才能滿足要求。目前主流的分析方法就是結(jié)構(gòu)有限元分析法。

　　航模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含機(jī)翼結(jié)構(gòu)、尾翼結(jié)構(gòu)、機(jī)身結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)、起落架結(jié)構(gòu)等。目前唐昌宏需要陳東風(fēng)幫忙的是機(jī)翼和尾翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)翼是航模上升力的來(lái)源，尾翼、尾翼副翼和機(jī)翼副翼都是保持航模飛行平衡和做出特技飛行的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件。所以其受力大且復(fù)雜，還要牽涉到副翼的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。

　　這些完成之后，兩人一起完成航模結(jié)構(gòu)的剛、強(qiáng)度計(jì)算分析。最后的連接設(shè)計(jì)唐昌宏可以一個(gè)人獨(dú)立完成。因?yàn)楹侥＝Y(jié)構(gòu)的剛、強(qiáng)度計(jì)算分析，需要大量的數(shù)學(xué)模型建立以及計(jì)算分析，這是個(gè)工作量很大的活，而連接設(shè)計(jì)則是可以根據(jù)各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)立分析，來(lái)設(shè)計(jì)出連接機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和形狀。

　　陳東風(fēng)聽(tīng)完感嘆一句：“老唐，你早就給我在前面的路上給我挖好了坑啊，就等著我來(lái)跳。不過(guò)，外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我是外行，你得幫我一起做！”

　　“能力有多大，責(zé)任就有多大。這不說(shuō)的就是你嘛？”唐昌宏笑說(shuō)。

　　“一起合作，各司其職，我也只是過(guò)來(lái)輔助的，核心的任務(wù)還是要你們?nèi)素?fù)責(zé)?！标悥|風(fēng)認(rèn)真的說(shuō)道。

　　“好啦，不要這么嚴(yán)肅，我們雖然之前沒(méi)有時(shí)間計(jì)劃，但是大家心里的時(shí)間節(jié)點(diǎn)都是暑假結(jié)束前啊，時(shí)間緊迫，一起加油干吧！”唐昌宏一句話讓兩人重新投入到了緊張的設(shè)計(jì)工作中。

　　如果是真飛機(jī)，那其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)絕對(duì)不是唐昌宏和陳東風(fēng)兩個(gè)人兩三個(gè)月可以設(shè)計(jì)玩的，飛機(jī)結(jié)構(gòu)要考慮到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、疲勞、耐久性、損傷容限、維修性要求、適航性、工藝性、低成本設(shè)計(jì)、重量、防雷擊、抗腐蝕等等。不過(guò)現(xiàn)在的航模這些除了強(qiáng)度、重量和低成本其他統(tǒng)統(tǒng)不考慮。

　　結(jié)構(gòu)有限元分析法了可以分析出結(jié)構(gòu)的基本受力情況，考慮到飛機(jī)在起飛、降落以及特效飛行時(shí)候的飛行姿態(tài)會(huì)有大的載荷，因此在結(jié)構(gòu)中需要考慮到這些情況。

　　唐昌宏，以航模重心（待定）為坐標(biāo)原點(diǎn)（機(jī)身方向?yàn)閄，垂直方向?yàn)閅，水平方向?yàn)閆），建立坐標(biāo)系。根據(jù)重力，升力，阻力，推力，起落架載荷，慣性力也就是質(zhì)量乘以加速度的負(fù)值，質(zhì)量力，這些數(shù)值建立達(dá)朗倍爾動(dòng)靜分析（也稱剛體動(dòng)平衡）。達(dá)朗倍爾動(dòng)靜分析方法為航模的任意一點(diǎn)的X方向所有Fx之和為0，Y方向所有Fy之和為0，Z方向所有Mz（質(zhì)量力）之和為0.

　　根據(jù)動(dòng)平衡的分析可以得知航模各個(gè)時(shí)候的載荷，取其最大值，結(jié)合飛機(jī)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出比較準(zhǔn)確的外形結(jié)構(gòu)。

　　陳東風(fēng)對(duì)機(jī)翼和尾翼的設(shè)計(jì)是在唐昌宏的幫助下，并結(jié)合自己查的資料進(jìn)行的。

　　首先確定機(jī)翼、尾翼的功用。機(jī)翼首先是提供升力面即產(chǎn)生升力，其次是副翼、擾流片橫向操縱作用。尾翼的功用是航向的操縱性。

　　考慮到機(jī)翼的主要結(jié)構(gòu)承受的力是升力，而升力是傳到機(jī)身上，由機(jī)身帶起全機(jī)?；蛘f(shuō)扣除機(jī)翼上自己那部分，其它部分給機(jī)身。所以如果把機(jī)翼拿出來(lái)進(jìn)行受力分析，即研究對(duì)象就是機(jī)翼和機(jī)身之間的關(guān)系，機(jī)身作為支持，而它們相互之間固定不動(dòng)，故研究它們之間力的傳遞時(shí)，如果靜力平衡方法分析，可以得出結(jié)構(gòu)的受力情況。兩側(cè)機(jī)翼副翼的上下翻折可以控制航模包括轉(zhuǎn)向、翻滾和抬頭等飛行姿態(tài)，由于機(jī)翼副翼的受力復(fù)雜，需要考慮和機(jī)翼的連接受力情況，需要進(jìn)行連接部位的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

　　再考慮到航模的特性，選擇的是重量最輕，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的縱向骨架形式的單梁機(jī)翼機(jī)構(gòu)沿翼展方向安置的構(gòu)件，包括梁、縱檣和桁條。

　　梁是最強(qiáng)有力的縱向構(gòu)件，它承受著全部或大部分的彎矩和剪力；縱檣可以承受由彎矩和扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的剪力；桁條可以承受局部空氣力載荷，并將翼肋互相連系起來(lái)。

　　至于尾翼，它其實(shí)也是一個(gè)升力面，設(shè)計(jì)要求和構(gòu)造與機(jī)翼類(lèi)似，由于其主要的功用是航向的操縱性，所受的力大都來(lái)自于氣動(dòng)力，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求沒(méi)有機(jī)翼那么的高。尾翼的方向舵是其運(yùn)動(dòng)的核心部件，其結(jié)構(gòu)也是采用最簡(jiǎn)潔的縱向骨架形式的單梁機(jī)翼機(jī)構(gòu)，當(dāng)然在梁、縱檣和桁條的具體規(guī)格上和機(jī)翼是有所區(qū)別的。

　　機(jī)翼、副翼、尾翼的合理聯(lián)動(dòng)是航模飛行穩(wěn)定基礎(chǔ)，它們的合理聯(lián)動(dòng)決定了不同的飛行姿態(tài)。因此陳東風(fēng)把副翼和尾翼可動(dòng)面的聯(lián)動(dòng)關(guān)系列為了重點(diǎn)，這是航模的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)。