F3A飛機(jī)設(shè)計案例

1、下面，我們開始咯, 首先是枯燥的理論部分一、設(shè)計篇：現(xiàn)代F3A運(yùn)動講求姿態(tài)控制精準(zhǔn)，動作細(xì)膩柔和，飛行速度均勻穩(wěn)定。其大部分動作基本在一個面內(nèi)完成，運(yùn)動軌跡基本由規(guī)則的幾何圖形組成，包括大量的滾轉(zhuǎn)、倒飛、側(cè)飛和垂直飛行動作，努力達(dá)到和更好地完成這些飛行動作是設(shè)計工作的基本方向。3A特技機(jī)的氣動外形是基于FAI比賽需要而設(shè)計的，隨不同時代技術(shù)進(jìn)步以及飛行動作發(fā)展而不斷進(jìn)化。由早期的大翼展（翼展大于機(jī)身長度）過渡到現(xiàn)在的長機(jī)身（翼展與機(jī)身長度基本相同，或機(jī)身長度略大于翼展），由較小的機(jī)身側(cè)投影面積發(fā)展為較大的投影面積等無不體現(xiàn)著這些變化。據(jù)此，對各種姿態(tài)下飛行穩(wěn)定和平衡的追求，作為整體思路貫穿在本

2、架飛機(jī)的設(shè)計之中-長的尾力臂可以使姿態(tài)控制更加柔和，適中的主翼根梢比提供了均衡的橫側(cè)穩(wěn)定性，大的尾舵面彌補(bǔ)了長尾臂帶來的操縱遲緩，以完成禮帽等直角空中動作，高而窄的機(jī)身使飛機(jī)有著較大的側(cè)投影面積，盡量以較小的傾角完成側(cè)飛動作由于此模型為小型F3A特技機(jī)，我不希望其飛行速度過快，不然就缺少了一種穩(wěn)定感。同時為了使之在做俯沖或垂直下降動作時也盡量保持勻速穩(wěn)定飛行，在設(shè)計過程中增大和利用了形狀阻力。比如，使用成熟的NACA0014作為主翼翼型以提高相對小雷諾數(shù)機(jī)翼模型飛行時的穩(wěn)定性和抗失速性；適當(dāng)降低了一些翼載荷-約50g/dm2，以求降低整機(jī)的慣性力矩，用以彌補(bǔ)使用NACA0014這類翼型造成的直

3、角動作的相對遲緩；尾翼均使用帶翼型的NACA0009。垂直尾翼的設(shè)計，嘗試了2007年克里斯托弗的參賽機(jī)型Osmose的特點(diǎn)，加大了方向舵的后緣厚度，以期達(dá)到更好的直線性。垂直安定面采用標(biāo)準(zhǔn)翼身融合的設(shè)計，增加了其下部靠近機(jī)身縱軸的前緣厚度，然后過渡到較薄的翼尖。這樣即可增大整架飛機(jī)的縱軸上尾部阻力，同時盡量保持各向氣動布局均勻，使飛行更加穩(wěn)定。大致確定各項(xiàng)基本參數(shù)：1.外形尺寸：1.2m x 1.2m2.重量：1.2kg3.翼載荷：約50g/dm24.主翼面積：約26dm25.水平尾翼面積：6.5dm26.機(jī)身側(cè)投影面積：約18dm2，側(cè)飛載荷約為66g/dm27.推重比：約1.6 28.無

4、刷馬達(dá)：600W9.電調(diào)：80A10.動力電池：25C 4S1P2200mah 25C 4S1P 2800mah11.螺旋槳：11 x 5 12x 6選購的動力系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)測，最大可提供約2.5kg的靜拉力（4S1P 2200mah 25C，45A持續(xù)電流，約600W輸入功率，使用11 x 7, 25C 4S1P2200mah測得）。為盡量接近實(shí)際飛行中的環(huán)境，測試時使用了稍大一些槳距的螺旋槳。日后在實(shí)際飛行時還將實(shí)驗(yàn)11x5和12x6的螺旋槳。考慮到電池組的放電時壓降特性以及動力系統(tǒng)不至過載，取2kg作為實(shí)際拉力。將數(shù)據(jù)代入Propeller Selector以及Motor Calculato

5、r中驗(yàn)證，基本吻合。此動力系統(tǒng)并不需要80A這樣大的電流，但考慮到保留負(fù)載余量和日后的需要，還是決定使用大一些的電調(diào)。  整機(jī)使用松木，桐木，輕木和層板制作。手中各種材料的密度經(jīng)測量如下 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可見這幾種常用的材料中層板，松木，桐木，輕木密度比大致為4:3:2:1。我國出產(chǎn)的桐木有著良好的機(jī)械性能和低廉的價格，在這架飛機(jī)的設(shè)計制作中被大量使用，比如翼肋，一般可使用2mm輕木，本方案中使用了1mm桐木，重量相差不大，強(qiáng)度沒有降低。輕木主要用于外蒙板和需要大面積粘接的地方，因?yàn)樵谀z粘領(lǐng)域，粘接面積是王道，這時輕木的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，當(dāng)然還需考慮木材紋理的搭配。本

6、機(jī)使用JR 2.4G的遙控接收設(shè)備，可選擇Spektrum DSM2接收機(jī)。有時見到朋友將其微型接收機(jī)用在大飛機(jī)上，非常為之擔(dān)心。實(shí)際上該飛行器接收機(jī)系列從遙控距離上是有區(qū)分的，主要分為Parkflyer 和 Full Range 兩類。Parkflyer用于微型或小型電固機(jī)型和450及以下級別的直升機(jī)。Full Range系列沒有限制，同時一般帶有子接收，受控距離更遠(yuǎn)，也更穩(wěn)定。由于筆者手中的電調(diào)沒有接收機(jī)供電輸出，考慮到重量控制的因素，沒有選用電池組供電，而是根據(jù)整機(jī)舵機(jī)的綜合輸入功率單獨(dú)購買了與之匹配的UBEC。對于此級別模型，接收系統(tǒng)的供電原則基本為在舵機(jī)負(fù)載情況下（可用手按壓各個舵面模擬其空中受力情況）電壓始終不應(yīng)低于5v，持續(xù)電流不應(yīng)大于3a，峰值電流不應(yīng)大于5a，不然的話需考慮使用更大容量的供電系統(tǒng)，比如并聯(lián)供電電池組或采用更大輸出的UBEC等。使用2個1.8公斤級扭矩的舵機(jī)分別控制左右副翼，飛行中還可開啟遙控器中襟副翼功能和升降舵混控功能使直角動作更加利落地完成，用以彌補(bǔ)未使用層流翼型帶來的不足。整機(jī)翼載荷不大，主翼翼型前緣飽滿抗失速性好，所以著陸時無需使用襟副翼升降舵混控。由于F3A的飛行特點(diǎn)，尾部舵面在飛行中受力較大，選用了2個2.7公斤扭矩的舵機(jī)分別控制方向舵和升降舵。起落架沒有選用收方式總成，使用鋁材自制