科研類全國(guó)航空航天模型錦標(biāo)賽3kg級(jí)載重項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)談

1、科研類全國(guó)航空航天模型錦標(biāo)賽3kg級(jí)載重工程經(jīng)歷談科研類全國(guó)航空航天模型錦標(biāo)賽3kg級(jí)載重工程經(jīng)歷談3kg級(jí)載重工程全稱為3kg級(jí)遙控油動(dòng)模型飛機(jī)限時(shí)載運(yùn)空投，是科研類全國(guó)航空航天模型錦標(biāo)賽的傳統(tǒng)工程。該工程要求模型飛機(jī)搭載一定質(zhì)量的載荷從起降區(qū)起飛，飛行至載荷投放區(qū)上空一定高度后將載荷釋放，模型飛機(jī)平安返場(chǎng)，如此循環(huán)往返至比賽完畢。比賽以搭載質(zhì)量大、投放準(zhǔn)確取勝。3kg級(jí)載重工程的前身是從2022年開(kāi)場(chǎng)的5kg級(jí)載重工程。該工程最初主要考驗(yàn)?zāi)Ｐ惋w機(jī)的載重飛行才能，使用的載重物多為鐵板、鐵棍等。2022年后，比照賽規(guī)那么進(jìn)展了較大修改，主要是將比賽中的載重物改為水袋，降低了本錢，進(jìn)步了比賽的平

2、安性，同時(shí)使載重工程的綜合性增強(qiáng)。此后有多所高校積極參與到3kg載重這項(xiàng)充滿魅力與挑戰(zhàn)的工程中，其中北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)、南昌航空大學(xué)為突出代表。筆者有幸參加了兩屆科研類比賽，并參與了所在學(xué)校的3kg載重工程，在此和大家分享參加這個(gè)工程的感受。一、比賽策略的選擇參加什么樣的比賽就應(yīng)該用本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理什么樣的模型飛機(jī)。要在比賽中獲得優(yōu)異成績(jī)，首先應(yīng)該深化研究比賽規(guī)那么，然后根據(jù)自己隊(duì)伍的技術(shù)程度確定適宜的比賽策略，最后再根據(jù)比賽的需要進(jìn)展模型飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制作。該工程的全稱是3kg級(jí)遙控油動(dòng)模型飛機(jī)限時(shí)載運(yùn)空投，其中限時(shí)一詞尤為重要。參賽模型飛機(jī)必須在規(guī)

3、定時(shí)間內(nèi)盡可能多搭載重物并進(jìn)展空投。由于搭載重物質(zhì)量=每次搭載質(zhì)量飛行次數(shù)，因此參賽隊(duì)伍需要選擇適宜的搭載質(zhì)量，并盡可能選擇高效的航線以縮短每次飛行消耗的時(shí)間，進(jìn)步每輪比賽中載重飛行次數(shù)。比賽中，參賽者通常選擇模型飛機(jī)通常選擇在動(dòng)力充足的情況下以盡可能短的間隔 起飛，然后以較小的半徑轉(zhuǎn)彎到達(dá)空投所需高度。各個(gè)參賽隊(duì)只是在著陸航線上有所不同。近兩年來(lái)，該項(xiàng)比賽中常采用的著陸航線主要有兩種：以正常的橢圓航線著陸，這種方法對(duì)模型飛機(jī)和操縱手的要求較低，平安性較高圖1；以筋斗航線著陸最早由西工大的強(qiáng)龍和王斑在2022年的比賽中使用，圖2，模型飛機(jī)在完成空投后，平穩(wěn)地拉筋斗，倒飛一段間隔 后著陸。北航的

4、王川在2022年的比賽中也采用了這種著陸航線。在2022年的比賽中，北航航模隊(duì)更是將這種航線的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到了極致。他們根據(jù)飛行的需要對(duì)模型飛機(jī)進(jìn)展了氣動(dòng)優(yōu)化縮短了機(jī)身，減小了垂尾面積，使模型飛機(jī)在做筋斗時(shí)更加容易和穩(wěn)定；同時(shí)在模型飛機(jī)上加裝了高效的減速板，可以近乎垂直地下降，飛行輪數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他對(duì)手。在2022年的比賽中，參賽各隊(duì)都根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)參賽模型進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有3所學(xué)校加裝了高效的減速板圖3、圖4。北航、沈航在比賽中使用了筋斗航線著陸。西工大雖仍以小航線著陸，但配合高效的減速板也獲得了理想的成績(jī)。二、動(dòng)力先行充分的動(dòng)力一直是3kg比賽獲得好成績(jī)的重要因素。目前，參賽模型飛機(jī)均選用

5、車?；蚝Ｄ０l(fā)動(dòng)機(jī)配合使用減速齒輪的動(dòng)力方式。各參賽隊(duì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇、減速器的設(shè)計(jì)和制作都進(jìn)展了大量的研究和試驗(yàn)，積累了豐富的經(jīng)歷。比賽中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要是NVA車模發(fā)動(dòng)機(jī)和S海模發(fā)動(dòng)機(jī)，減速組從最初的小減速比配小直徑槳圖5、圖6逐漸開(kāi)展到如今的大減速比配大直徑槳圖7圖10，動(dòng)力組地面靜拉力能到達(dá)6kgf以上。因?yàn)楸荣愐?guī)那么要求模型飛機(jī)必須熄火著陸，所以在比賽中冷靜、正確地調(diào)試并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)就成為一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)榻鼉赡瓯荣愔惺褂玫穆菪龢獦獜街饾u增大，所以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)稍有不慎就會(huì)發(fā)生螺旋槳打手的情況，嚴(yán)重威脅運(yùn)發(fā)動(dòng)的平安。有的運(yùn)發(fā)動(dòng)認(rèn)為，在以后的比賽中可以考慮使用電啟動(dòng)的方式，以減少不平安因

6、素。三、氣動(dòng)布局目前，3kg載重工程的模型飛機(jī)多采用常規(guī)氣動(dòng)布局圖11。這種布局的模型飛機(jī)便于制作和操縱，載荷艙布置方便，可將水袋掛載在機(jī)腹下或者放置在機(jī)身中部。為進(jìn)步模型飛機(jī)性能、減小阻力，參賽隊(duì)伍對(duì)模型飛機(jī)的很多細(xì)節(jié)都進(jìn)展了精心設(shè)計(jì)，如翼梢圖12、圖13、水艙整流罩等。比賽中也不乏創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如2022年比賽同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)的鴨式布局模型飛機(jī)，性能優(yōu)良，不搭載重物時(shí)可實(shí)現(xiàn)小半徑轉(zhuǎn)彎而不失速；2022年，昌航設(shè)計(jì)了一款翼身交融模型飛機(jī)圖14，增大了升力面積，并為水框加裝了蓋板，起到了很好的整流作用?？上У氖潜荣愔羞@些模型的發(fā)揮都不太理想，可維護(hù)性有所欠缺。筆者認(rèn)為，3kg載重模型飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)仔

7、細(xì)考慮比賽的需要，外形盡量簡(jiǎn)單，特別是水艙的設(shè)計(jì)和布置要考慮到快速裝填的需要。此外，在進(jìn)展模型飛機(jī)性能計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮其在大迎角起飛、大坡度盤旋等情況下的性能。四、構(gòu)造設(shè)計(jì)和制作工藝3kg載重的機(jī)體必須具備很高的強(qiáng)度、剛度才能滿足比賽的需要，而且還要兼顧質(zhì)量不能太重。為此，各參賽隊(duì)都在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面下了不少工夫。為了進(jìn)步模型飛機(jī)性能，復(fù)合材料和各種新技術(shù)都被運(yùn)用到了參賽機(jī)的設(shè)計(jì)和制作中。機(jī)翼大多采用單梁、半蒙板與構(gòu)架肋圖15、圖16配合的構(gòu)造，以兼顧強(qiáng)度和重量的要求。機(jī)翼主梁普遍使用輕木-碳-凱夫拉復(fù)合梁圖17在輕木梁的外外表貼碳纖維片，打磨后在梁上纏繞凱夫拉纖維，以防止復(fù)合梁受壓時(shí)失穩(wěn)。翼肋

8、通常使用輕木拼接而成，并適當(dāng)貼碳片以增加強(qiáng)度。2022年的比賽中，北航在參賽模型飛機(jī)上使用了泡沫夾層梁，進(jìn)一步減輕了構(gòu)造重量。筆者認(rèn)為，在以后的比賽中會(huì)有更多先進(jìn)的材料被運(yùn)用到模型飛機(jī)制作中，同時(shí)也應(yīng)采用各種先進(jìn)的軟件，準(zhǔn)確分析模型飛機(jī)各種情況下的受載情況，使構(gòu)造設(shè)計(jì)更為合理。機(jī)身設(shè)計(jì)非常重要圖18。為了減小阻力，從2022年起各參賽隊(duì)普遍將水艙設(shè)計(jì)在機(jī)身內(nèi)部，并采用碳梁和碳管進(jìn)展加固。在2022年比賽中，各參賽模型飛機(jī)的水框設(shè)計(jì)各具特色：北航參賽機(jī)使用碳管作為主要承力構(gòu)造圖19，簡(jiǎn)潔明快；西工大參賽機(jī)那么使用了較為復(fù)雜的復(fù)合梁構(gòu)架構(gòu)造圖20。起落架的設(shè)計(jì)和制作也不能無(wú)視圖21圖23，必須在滿

9、足強(qiáng)度要求的同時(shí)，保證模型飛機(jī)滑跑時(shí)具有足夠的穩(wěn)定性和操縱性，尤其是在模型飛機(jī)滿載起飛時(shí)。目前參賽模型飛機(jī)起落架一般采用前三點(diǎn)式，使用高強(qiáng)度碳管制作。只是在主起落架的布置上各參賽機(jī)有一些區(qū)別。多數(shù)參賽隊(duì)選擇將主起落架安置在機(jī)身上，這樣裝載水袋時(shí)效率較高，但主輪輪距較小，滑行時(shí)不太穩(wěn)定。西工大參賽隊(duì)那么將主起落架放置在機(jī)翼上，增強(qiáng)了滑行時(shí)的穩(wěn)定性，只是主起落架構(gòu)造比擬復(fù)雜，而且在放置水袋時(shí)翼根蒙板容易發(fā)生變形。五、真正的團(tuán)隊(duì)工程筆者認(rèn)為，3kg級(jí)載重工程真正吸引人的原因并不僅僅是其高技術(shù)含量和刺激、驚險(xiǎn)的比賽過(guò)程，還因?yàn)樗且豁?xiàng)真正的團(tuán)體工程。在賽場(chǎng)上，操縱手、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的隊(duì)員、扶模型飛機(jī)的隊(duì)員、裝填水袋的隊(duì)員必須齊心協(xié)力、默契配合才能完成比賽。而且賽場(chǎng)下，也需要有更多的隊(duì)員支持：從一開(kāi)場(chǎng)參賽模型的設(shè)計(jì)和制作、日常訓(xùn)練和維護(hù)到比賽前一天制作比賽用的水袋，都需要所有隊(duì)員的共同努力。因?yàn)楸荣惪胀兑玫酱罅康乃?，所以它的制作就成為?zhǔn)備階段非常重要和辛苦的一個(gè)環(huán)節(jié)。筆者忘不了和隊(duì)友們夜里坐在地上制作水袋、打著手電筒接力運(yùn)送水袋的情景。2022年，3kg載重的最后一輪比賽是在雨中進(jìn)