在設計水平尾翼時,我們首次嚐試了全動平尾,既可方便調整平尾安裝角,又可提高操縱效率,且比正常平尾麵積減少10%左右,減阻收益非常可觀。
國外參賽隊新技術賞析
在SAE與ACC的賽場上,我們有幸見識了來自世界一流大學隊伍的航模設計水平及製作工藝,並留下了深刻印象。下麵從幾個方麵探討將來國內比賽可能用到的新技術。
1. 製作工藝
在工藝水平上,國外與國內比賽最大的不同是很多參賽機使用了先進的複合材料。通過賽場交流得知,國外一流大學的隊員不僅擁有自行設計纖維鋪層和纖維走向的能力,而且複合材料製備工藝的水平也很高。受比賽規則裏對模型飛機重量的不同限製,在美國賽場上參賽機多以木結構為主,而在歐洲賽場上參賽機所用到的複合材料工藝則大放異彩。
在ACC2013比賽中,德國、希臘、波蘭等多支隊伍都擁有高水平的複合材料製作工藝水平。由於每輪飛行前的靜力測試對模型飛機機翼的強度要求高,因此德國隊設計了一種“碳纖-玻纖-泡沫”材料的“D”型盒。希臘隊則采用了全碳“D”型盒,可直接參與傳遞彎矩,不僅結構效率較一般單梁式機翼高,其比強度和比剛度也很高。而波蘭隊和德國隊自行加工的碳纖維機身,流線外形非常漂亮,減阻效果也很明顯。在複合材料日益盛行的今天,希望在國內比賽中也能越來越多地用到複合材料工藝。
2. 氣動設計
在知識積累和軟件應用方麵,國內外高校的差距並不大,甚至我們的設計水平還略高於一般的國外高校。但相比設計最科學嚴謹的德國、希臘等隊,還是有一定差距的。如希臘隊使用的飛翼布局模型飛機,在沒有飛控的情況下,其橫航向穩定性也很出色,體現了高超的設計水平。再如德國隊在參賽機上使用的開縫增升襟翼,完整地遵循了“計算-仿真-風洞實驗-飛行測試”的設計流程,氣動性能非常優秀。就是憑借這樣嚴謹的作品,德國隊拿下了本次比賽的冠軍。經過答辯環節和飛行環節的較量,我們還發現,國外隊伍通常在設計階段花費大量精力和時間,在概念階段就將方案考慮得十分周全,且飛行結果與設計指標非常相近。而多年來我們采用的卻是相對固定的“設計-試飛-改進”模式,在試驗中反複修改方案,力圖飛行結果接近設計指標。這其實體現了自身設計水平相對不足的一麵。
3. 減阻細節
在載重類比賽中,由於模型飛機的誘導阻力占總阻力的比重較大,因此各隊都會在機翼翼梢端板和機翼平麵形狀的設計上花很大功夫。所以模型飛機上的減阻設計成為評定一個隊伍實力的基準,尤其對細節的把握反映了一個隊伍的設計水平和比賽態度。
在美國賽場上,我們看到波蘭隊參賽機應用了“半月形”機翼加翼梢端板的設計,且為了保證機翼前緣的曲率半徑,設計者將外端翼梁做成有合適彎度的,所采用的工藝非常出眾。在葡萄牙賽場上,德國隊參賽機機翼翼尖的翼型是經過大量計算實驗才設計出來的,減阻效果明顯。不過這隻是德國隊減阻設計的一小部分。他們的減阻工作可謂做到了極致:機身和載重艙進行了整流設計,所有舵機做成了內埋式;機輪采用全碳夾芯結構,輪外緣為圓弧形,可減少地麵滑跑阻力;起落架的碳管支架上被包裹了整流罩;所有舵麵接縫均用軟塑料片封住以保證氣流光滑。
希望以上內容能讓更多同學了解世界大學生航模比賽的現狀,學習一些先進的設計理念和工藝水平,為今後更多中國高校航模隊走出國門參賽提供一些可供參考的經驗。