模型飞机的空气动力学(9)

Re:模型飞机的空气动力学

第三节机翼

机翼飞行时所受的升力因为是平均分布载重，所以盖板受的力并不大，所以一般盖板用2mm的巴沙木绰绰有余，有些飞机根本没有盖板只有薄膜也可以，翼肋片只要把翼型撑出形状就好，不可能压力破坏，所以很多人把它挖洞以减轻重量，我曾经把一架25级特技机Joker的翼肋每片都挖了三个大洞，你猜我省了几公克重量，答案只有3公克，机翼我们比较关心的是弯矩及扭矩应力，飞机飞行时所受的升力图解如﹝图10-5a﹞，剪应力如﹝图

10-5b﹞，弯矩应力如﹝图10-5c﹞

，可以看出破坏都发生在两边机翼接合处，所以机翼中间应力大的地方都要特别加强，要抵抗弯矩应力应设法使大梁的断面积加大，并使上下大梁距离增加，就像铁轨的断面一样，所以﹝图10-6a﹞配置就比﹝图10-6b﹞好，滑翔机低阻力很薄的翼型就很难处理了，必要时上下梁改用一根实心梁，尾翼因面积小，应力不大，靠后面那跟实心梁支撑也够了，但

那根梁的材质要选硬质一点的。

双翼机机翼的结构与单翼机不同，单翼机的机翼是悬臂式结构，双翼机单独一片上翼或下翼都是软趴趴的，加上中间的支撑及钢线成一箱形结构，箱形结构在承受弯矩时上下翼分别承拉力与压力，不像单翼机由同一机翼的上下梁分别承受拉力与压力，因上下翼离的很开所以在结构上很有效，但中间支撑及钢线增加的阻力及上下翼之间的干扰，所以双翼机

都不快。

要抵抗扭矩变形应设法使机翼结构成一桶状，使外缘有最多的材料，所以全覆盖的机翼除翼型比较准确外，抗扭性也比较好，小飞机机翼没有全覆盖，也要使前部形成一D桶﹝如

图10-7﹞，以便抵抗扭力。

保丽龙是机翼另一种常见的材料，与巴沙木相比，保丽龙可以承受压力虽然没木头强，但完全无法承受拉力，所以使用保丽龙作机翼要加上抗拉力材料，常见的作法有在上下缘埋入木头梁，或是只埋下缘梁以承受拉力，另外就是整个以FRP布包覆，成一桶形结构，这

种方式在滑翔机上很常见。

机翼的破坏有一大部分是弯矩破坏，为了防止弯矩破坏有些飞机机翼装有斜撑如塞斯纳152等，斜撑对减低弯矩及剪力很有效，如﹝图10-8﹞可以看出最大弯矩及剪力都降低许多，

代价当然是斜撑多出来的重量与阻力。

机翼除了常见的架构式及保丽龙作法外，遥控滑翔机还有一种常见的作法叫Jedelsky wing﹝如图10-9﹞，采用两片实心木头合成，薄且内凹的翼型很适合采用，作者朋友十几年前买了一架Graupner的遥控滑翔机就是Jedelsky wing，因说明书是德文看不懂，他找我研

究了一个晚上，我们最后终于决定应该把底下全包起来，天哪！

第四节机身

莱特兄弟于1903年发明飞机时，那时候惟一懂结构设计的就是土木工程师，于是土木工程

师被请来设计飞机的结构，结果设计出来的机身跟桁架一模一样﹝如图10-10﹞

，读者可以拿铁路桥的一节跟一次大战飞机的机身比较一下，几乎一模一样只是飞机上多包了一层布，有些甚至于早期型连布都没包，后来进步到鸟笼形机身，机身的结构像一个鸟笼，现在遥控模型的像真机还常用，尤其是圆形或椭圆形机身，目前一般遥控模型的机身属薄壳结构，机身成一个圆桶状，抗弯及抗扭性都很好，惟一要注意的地方是机翼与机身结合开口处，所以一般开口后缘至引擎座都有一片三夹板的补强板，中翼机开口处因断面实在太小，有可能造成剪力破坏，需特别加强，此外引擎座与防火墙直接与引擎接触，

有恼人的震动问题，该处容易渗油使黏着剂失效，也要注意。

第五节连杆与舵

连杆将伺服机的动作传至舵面，当连杆受拉时一般不会出问题，但连杆受压力时，虽然不至于会破坏，但结构上连杆属于细长柱，压力太大时会产生挫曲，所以高级飞机方向舵等改用双拉钢线，比较没有间隙，连杆在舵角片上的插梢很多练习机只是一根细细的塑料，

很容易被剪力破坏，有需要时常检查。

舵在作用时承受很大的扭力，尤其是细长的副翼，服务器拉的位置需要仔细的斟酌，如拉的位置太偏一边，因扭力大﹝如图10-11a﹞，翼端的副翼几乎一定会产生不预期的外洗，这时把服务器拉的位置往外移一些，扭力变为如﹝图10-11b﹞，最大扭力马上降低许多。

第六节重量与维度

长度是一维的量度，面积是二维的量度，体积则是三维的量度，意思是说当长度增加为二倍时，面积则增加为四倍，体积则增加为八倍﹝如图10-12﹞，所以当你想把一架飞的很好飞机的尺寸全部加大一倍时，请你注意新飞机的机体重量将为原来飞机的八倍重，体积与重量成正比，而结构受力的强度几乎都与断面积有关，当飞机重量增为八倍，而断面积只增加四倍，结构铁定破坏，反之亦然，缩小一架飞机时，就没必要照比例缩小，以免浪费重量，这在仿制飞机时要特别注意，我实在很不愿意用重量这个字眼，正确的说法应该是质量，不过大家用习惯了也就算了，读者如果是学生的话，本书所有出现的重量请以质量

来替代。

中英对照

aerofoil 翼型 aileron 副翼 aileron

reversal 副翼反转

angel of attack 攻角 aspect ratio 展弦

比 Bernoulli’s theorem 伯努利定律

boundary layer 边界层 camber 弧线 canard 前翼机 canopy 座舱罩 center of pressure 压力中心 center of

gravity 重心

chord,wing 翼弦 CO2 engine 二氧化碳引擎 diesel engine

柴油引擎

dihedral 上反角 delta wing 三角翼 downwash 下

洗

drag 阻力 ducted fan 导风扇 elevator 升

降舵

elliptical wing 椭圆翼 equilibrium 平衡 fin 垂直

安定翼

flap 襟翼 friction drag 磨擦阻力 fuselage

机身

ground effect 地面效应

gyroscopic effect 陀螺效应

induced drag 诱导阻力

laminar flow 层流

leading edge 机翼前缘

lift 升力

mean line 翼型中线

moment 弯矩

N.A.C.A. 美国国家航空咨询委员会

parasite drag 寄生阻力

pitch 俯仰

pitch,propeller 螺距

polar curve 极线

profile drag 形状阻力

propeller 螺旋桨

pulse jet engine 脉冲引擎

rectangular wing 矩形翼

Reynold’s number 雷诺数

roll 滚转

root,wing 翼根

rudder 方向舵

shear force 剪力

span 翼展

spoiler 扰流器

stability 平衡

stablizer 水平安定翼

stall 失速

sweep back 后掠

tapered wing 锥形翼

tip,wing 翼端

torque 扭矩

trailing edge 机翼后缘 turbo fan 涡轮扇发动机 turbo jet 涡轮扇发动机 turbo propeller 涡轮旋桨发动机 turbo shaft 涡轮轴发动机 turbulent flow 紊流

vortex drag 涡流阻力

wash out 外洗

winglet 小翼

wing loading 翼面负载

yaw 偏航 结语