2010讲座——载重飞机

1、载重飞机载重飞机主要内容主要内容 回顾历史回顾历史载重比赛与载重飞机载重比赛与载重飞机 思考现实思考现实对于对于3kg项目的分析项目的分析 技术分析技术分析2009载重飞机的设计载重飞机的设计 展望未来展望未来3kg项目的发展项目的发展载重载重项目项目5kg油动载重油动载重3kg电动载重空投电动载重空投3kg油动限时载运空投油动限时载运空投国家体育总局航管中心为促进高等院校开展高层次国家体育总局航管中心为促进高等院校开展高层次航空航天模型活动，从而推动全国航空航天模型活航空航天模型活动，从而推动全国航空航天模型活动的发展，培养大学生创新实践能力，于动的发展，培养大学生创新实践能力，于2004年

2、专年专门设立全国航空模型门设立全国航空模型5kg油动载重比赛。油动载重比赛。规则规定模型飞机的空机重量不大于规则规定模型飞机的空机重量不大于5kg，发动机，发动机工作总容积不超过工作总容积不超过6.5cc，发动机的数量和型号不限。，发动机的数量和型号不限。载重飞机必须完成一个完整的封闭航线，以滑跑的载重飞机必须完成一个完整的封闭航线，以滑跑的方式起飞，滑降的方式降落。比赛以飞行载重量高方式起飞，滑降的方式降落。比赛以飞行载重量高低确定名次。低确定名次。5kg油动载重：油动载重：2006年航管中心又新增了一个项目年航管中心又新增了一个项目3kg电动载电动载重空投。规则要求飞机采用电机作为动力，空

3、重不重空投。规则要求飞机采用电机作为动力，空重不超过超过3kg，运送一定质量的水至指定空域上空投放，运送一定质量的水至指定空域上空投放，在规定的时间内完成一个完整航线，最终以飞机的在规定的时间内完成一个完整航线，最终以飞机的载水质量和投放的准确度来确定成绩。载水质量和投放的准确度来确定成绩。3kg电动载重空投：电动载重空投：考虑到原来的考虑到原来的5kg载重项目的危险性，从载重项目的危险性，从2007年开年开始设立始设立3kg油动限时载运空投油动限时载运空投项目，以替代原来的项目，以替代原来的5kg级油动载重。级油动载重。规则要求飞机空机重量不超过规则要求飞机空机重量不超过3kg，在规定的，在

4、规定的12分分钟内不限起降次数，运载水至指定高度空域投放，钟内不限起降次数，运载水至指定高度空域投放，最终以总的载水量和投放精度来确定成绩。最终以总的载水量和投放精度来确定成绩。3kg油动限时载运空投：油动限时载运空投：3kg电动载重空投和电动载重空投和3kg油动限时载运空投项目图示油动限时载运空投项目图示历年的载重项目历年的载重项目2005年载重参赛机年载重参赛机2004年载重参赛机年载重参赛机2005年载重机鸭式方案年载重机鸭式方案2006年载重参赛机年载重参赛机2006年电动载重参赛机年电动载重参赛机2006年电动载重机鳐鱼方案年电动载重机鳐鱼方案2007年电动载年电动载重空投参赛机重空

5、投参赛机2007年油动年油动限时载运空限时载运空投参赛机投参赛机2008年油动限时载运空投参赛机年油动限时载运空投参赛机2009年油动限时载运空投参赛机年油动限时载运空投参赛机2004年载重参赛机年载重参赛机该机采用了常规布局，机该机采用了常规布局，机翼外段上反。由于第一次翼外段上反。由于第一次参加类似比赛，设计相对参加类似比赛，设计相对保守，比如主起落架是用保守，比如主起落架是用铝板弯制而成，而起落架铝板弯制而成，而起落架轮则是采用轮滑鞋上的轮轮则是采用轮滑鞋上的轮子。子。北航队克服了缺少经验、北航队克服了缺少经验、缺乏训练等困难，最后在缺乏训练等困难，最后在山西大同的比赛中，夺得山西大同的

6、比赛中，夺得了了5kg油动遥控模型载重油动遥控模型载重飞行项目的首冠，并以飞行项目的首冠，并以17.048kg的成绩创造全国的成绩创造全国纪录。纪录。2005年载重机鸭式方案年载重机鸭式方案在经历第一年的比赛之后，在经历第一年的比赛之后，各队对载重比赛有了更加各队对载重比赛有了更加明确的认识。明确的认识。2005年暑假年暑假队里设计制作了鸭式布局队里设计制作了鸭式布局验证机。该机的设计相当验证机。该机的设计相当前卫、大胆，翼展达前卫、大胆，翼展达6m，仅鸭翼的展长就达到了仅鸭翼的展长就达到了2m；翼面积接近翼面积接近3，是，是04年年载重机的两倍；同时采用载重机的两倍；同时采用三发共同拉进的动

7、力系统，三发共同拉进的动力系统，预期拉力也比预期拉力也比04年翻了一年翻了一倍；最大设计起飞重量多倍；最大设计起飞重量多达到达到40kg。但是该机最终在试飞中由但是该机最终在试飞中由于鸭翼的配平能力不足而于鸭翼的配平能力不足而坠毁，另外坠毁，另外700多克的超多克的超重和赛期的临近使大家最重和赛期的临近使大家最终放弃了这个方案。终放弃了这个方案。 2005年载重参赛机年载重参赛机该机采用了双尾撑双垂尾常规布局。该机采用了双尾撑双垂尾常规布局。尺寸比鸭式方案稍小，但是仍比尺寸比鸭式方案稍小，但是仍比04年的大了不少，翼展年的大了不少，翼展5米多。米多。在在05南通的首轮比赛中由于该机整南通的首轮

8、比赛中由于该机整体的尾撑刚度不够，导致平尾效率体的尾撑刚度不够，导致平尾效率下降，无法起飞离地。北航在第一下降，无法起飞离地。北航在第一轮三个组全面失利，飞机损失严重，轮三个组全面失利，飞机损失严重，而对手西工大则已经打破而对手西工大则已经打破04年纪录。年纪录。这样的情况下，北航全体队员利用这样的情况下，北航全体队员利用一个晚上的时间通宵改进飞机，其一个晚上的时间通宵改进飞机，其中最为关键的措施是布置凯芙拉纤中最为关键的措施是布置凯芙拉纤维编制的张线来提高飞机的整体刚维编制的张线来提高飞机的整体刚度。最终北航在第二轮的比赛中逐度。最终北航在第二轮的比赛中逐渐赶超对手，在第三轮中的反败为渐赶超

9、对手，在第三轮中的反败为胜，又一次夺得冠军，并创造新的胜，又一次夺得冠军，并创造新的全国纪录全国纪录25.2kg。在动力方面，这架飞机采用了单级在动力方面，这架飞机采用了单级齿轮减速，充分发挥了发动机的性齿轮减速，充分发挥了发动机的性能，这也成为今后载重项目动力组能，这也成为今后载重项目动力组的主流。的主流。2006年电动载重机鳐鱼方案年电动载重机鳐鱼方案该机翼展该机翼展3.1m，翼面积，翼面积1.23，是一个相当新，是一个相当新颖的方案，采用水舱和颖的方案，采用水舱和机翼中段融合的办法，机翼中段融合的办法，增大飞机的升力面和升增大飞机的升力面和升阻比，同时采用阻比，同时采用V尾来尾来简化飞机

10、部件、节省重简化飞机部件、节省重量。量。但是最终由于超重、工但是最终由于超重、工序复杂以及时间紧迫等序复杂以及时间紧迫等原因放弃了这个方案。原因放弃了这个方案。 2006年电动载重参赛机年电动载重参赛机相比较鳐鱼方案，该方案结构相比较鳐鱼方案，该方案结构简洁、工艺性好。它还很好地简洁、工艺性好。它还很好地利用水舱使起落架的高度降低利用水舱使起落架的高度降低的同时仍然可以使用直径较大的同时仍然可以使用直径较大的螺旋桨。而且低置的起落架的螺旋桨。而且低置的起落架在高速滑跑时摆振小，这在当在高速滑跑时摆振小，这在当时沈航的土跑道上优势明显。时沈航的土跑道上优势明显。另外，由于载重物的底盘较低，另外，

11、由于载重物的底盘较低，使得起落架根部的弯矩较小，使得起落架根部的弯矩较小，在真实比赛中居然成功实现了在真实比赛中居然成功实现了在土跑道上满载着陆。该机的在土跑道上满载着陆。该机的投放方式则采用旋转水舱来进投放方式则采用旋转水舱来进行投放，类似于翻斗车的卸货行投放，类似于翻斗车的卸货动作。动作。但是该机的投放机构的可靠性但是该机的投放机构的可靠性不佳。在不佳。在06沈阳的比赛中，北沈阳的比赛中，北航就是因为最后关键时刻投放航就是因为最后关键时刻投放故障而败给南航，屈居亚军。故障而败给南航，屈居亚军。2006年载重参赛机年载重参赛机这是北航在这是北航在5kg级载重项目上的巅级载重项目上的巅峰之作。

12、峰之作。该机总体布局形式和该机总体布局形式和05年的类似，年的类似，主要的改进有：主要的改进有：1、动力布置改为、动力布置改为一拉一推的形式，即一台一拉一推的形式，即一台21级发动级发动机和一台机和一台18级发动机各自通过一级级发动机各自通过一级圆柱斜齿减速器减速后分别驱动螺圆柱斜齿减速器减速后分别驱动螺旋桨布置在机身的前后两端；旋桨布置在机身的前后两端；2、从设计一开始就考虑了布置张线张从设计一开始就考虑了布置张线张线，使之受力更为合理；线，使之受力更为合理；3、由于、由于增加了一台动力，全机的结构均进增加了一台动力，全机的结构均进行了优化与减重。行了优化与减重。最终在沈阳的比赛中北航又一次

13、夺最终在沈阳的比赛中北航又一次夺冠，创造了冠，创造了27.7kg的纪录。值得一的纪录。值得一提的是，这个纪录居然是由前发故提的是，这个纪录居然是由前发故障停车仅靠一台障停车仅靠一台18级发动机推动的级发动机推动的比赛机完成的。比赛机完成的。在在06年的比赛后，由于起飞重量过年的比赛后，由于起飞重量过大，事故率较高，项目过于危险，大，事故率较高，项目过于危险，5kg级项目被取消。至此，北航也级项目被取消。至此，北航也就包揽了这个项目的所有团体和个就包揽了这个项目的所有团体和个人的金牌。人的金牌。 2007年电动载重参赛机年电动载重参赛机该机的总体布局仍然沿用该机的总体布局仍然沿用06年同项年同项

14、目的飞机，主要进行的改进有：目的飞机，主要进行的改进有：1、飞机各个部件采用模块化设计，全飞机各个部件采用模块化设计，全机主要分为机翼中段、机翼左右外机主要分为机翼中段、机翼左右外段、水舱、机身、平尾、垂尾、机段、水舱、机身、平尾、垂尾、机头，油动和电动载重飞机除了机头头，油动和电动载重飞机除了机头以外其余各个部件均可互相通用；以外其余各个部件均可互相通用；2、改进了投放机构，可靠性极高；、改进了投放机构，可靠性极高；3、机翼面积加大，并进行了相应、机翼面积加大，并进行了相应的减重工作；的减重工作；4、电机采用行星减、电机采用行星减速器，并配以大桨，最大拉力可以速器，并配以大桨，最大拉力可以达

15、到达到5kg。在在07年南昌的比赛中，北航一路领年南昌的比赛中，北航一路领先，最大载重量达到了先，最大载重量达到了14kg，最终，最终包揽了该项目的个人和团体冠军。包揽了该项目的个人和团体冠军。由于电机、电池等成本过高，从由于电机、电池等成本过高，从08年开始该项目被取消。年开始该项目被取消。2007年油动限时载运空投参赛机年油动限时载运空投参赛机该机采用和电动项目相同的布局，各部件通用，动力采用该机采用和电动项目相同的布局，各部件通用，动力采用21级发动机带一级减级发动机带一级减速器。主齿和从齿的材料一开始采用铜和聚甲醛配合，但是在比赛过程中出现速器。主齿和从齿的材料一开始采用铜和聚甲醛配合

16、，但是在比赛过程中出现了严重的可靠性问题。在最后一轮采用了铜铝配合并加以适当的冷却和润滑。了严重的可靠性问题。在最后一轮采用了铜铝配合并加以适当的冷却和润滑。07年在南昌的油动限时载重空投比赛中，北航在前两局几乎全军覆没的情况下，年在南昌的油动限时载重空投比赛中，北航在前两局几乎全军覆没的情况下，在最后一轮力挽狂澜，上演了一出反败为胜的好戏。在最后一轮力挽狂澜，上演了一出反败为胜的好戏。2008年油动限时载运空投参赛机年油动限时载运空投参赛机由于奥运禁飞，没有足够由于奥运禁飞，没有足够的试飞和训练时间，该机的试飞和训练时间，该机仍然沿用前一年的布局形仍然沿用前一年的布局形式，外段换成了梯形翼，

17、式，外段换成了梯形翼，以减小诱导阻力，并设计以减小诱导阻力，并设计了翼稍小翼（由于超重比了翼稍小翼（由于超重比赛中没用）。赛中没用）。在杭州的比赛中，由于飞在杭州的比赛中，由于飞机过于陈旧，在性能上处机过于陈旧，在性能上处于劣势，我们最终仅获得于劣势，我们最终仅获得了亚军。了亚军。 2009年油动限时载运空投参赛机年油动限时载运空投参赛机09年的年的3kg载运空投规则将载运空投规则将总时间由总时间由12分钟缩短至分钟缩短至9分钟，分钟，空投高度有空投高度有30米降低至米降低至18米。米。我们吸取教训对飞机进行了我们吸取教训对飞机进行了重新设计：重新设计：1、动力组在前一、动力组在前一年基础上使

18、用钢齿，提高可年基础上使用钢齿，提高可靠性；靠性；2、保留水舱，采用、保留水舱，采用“上装下投上装下投”的方式，大大的方式，大大简化了地面装载再启动的工简化了地面装载再启动的工作量；作量；3、全机采用不对称布、全机采用不对称布局形式，即水舱和机身分置局形式，即水舱和机身分置两侧，简化了飞机结构和传两侧，简化了飞机结构和传力路径。；力路径。；4、采用新翼型，、采用新翼型，并增大了翼面积（比前一年并增大了翼面积（比前一年大大15%）；）；最终我们在合肥的比赛中，最终我们在合肥的比赛中，重夺个人、团体冠军。重夺个人、团体冠军。 主要内容主要内容 回顾历史回顾历史载重比赛与载重飞机载重比赛与载重飞机

19、思考现实思考现实对于对于3kg项目的分析项目的分析 技术分析技术分析2009载重飞机的设计载重飞机的设计 展望未来展望未来3kg项目的发展项目的发展5kg油动载重油动载重3kg电动载重空投电动载重空投3kg油动限时载运空投油动限时载运空投单个起落，时单个起落，时间因素可以忽间因素可以忽略。载重量是略。载重量是决定因素。决定因素。起落数不限，起落数不限，时间和载重量时间和载重量成为两个并列成为两个并列的要素来共同的要素来共同影响成绩。影响成绩。拼极限拼极限拼效率拼效率 跳出原先5kg载重的关于极限极限项目的设计思维模式，在设计的一开始就将可靠性可靠性放在首要位置。 决定胜负的关键已经从最初的单次

20、起落的极限极限比拼转变到规定时间的效率效率比拼上来，飞机的飞行速度有了更加明确的要求。例如：例如：1、齿轮的选择上，重量已经、齿轮的选择上，重量已经不是决定性因素，而是可靠性；不是决定性因素，而是可靠性；2、翼型的选择上，升力系数、翼型的选择上，升力系数已经不是决定性因素，而是升已经不是决定性因素，而是升阻比；阻比； 增加投掷的次数比提高投掷的精确度更加关键例如：例如：07年短航线飞法的确定年短航线飞法的确定主要内容主要内容 回顾历史回顾历史载重比赛与载重飞机载重比赛与载重飞机 思考现实思考现实对于对于3kg项目的分析项目的分析 技术分析技术分析2009载重飞机的设计载重飞机的设计 展望未来展

21、望未来3kg项目的发展项目的发展 其他各个队伍的水平的迅速提高；其他各个队伍的水平的迅速提高； 规则中的总时间由原来的规则中的总时间由原来的12分钟缩短到分钟缩短到9分分钟，空投高度由原来的钟，空投高度由原来的30米降低到米降低到18米。米。2009年的总体形势：年的总体形势：西工大西工大昌航昌航沈航沈航北航北航20082008年各队参赛飞机年各队参赛飞机 可靠性高，可靠性高，9分钟内不允许出现任何故障分钟内不允许出现任何故障 爬升迅速，平飞速度快，一个起落的时间爬升迅速，平飞速度快，一个起落的时间应该控制在应该控制在45秒左右秒左右 载重量大，设计载重量应该以载重量大，设计载重量应该以10k

22、g起步，起步，最大载重量设计为最大载重量设计为12kg对于对于2009年载重机的总体要求：年载重机的总体要求： 常规布局，平直梯形翼，前三点式起落架常规布局，平直梯形翼，前三点式起落架 投放系统采用投放系统采用“从上装载，从下投放从上装载，从下投放”的的模式模式 动力系统在原有的基础上改用钢齿动力系统在原有的基础上改用钢齿2009年载重机方案：年载重机方案：1、翼型由原来的、翼型由原来的S1223换为换为FX76MP12，在付出了抗失速特性和大升力系数的代价在付出了抗失速特性和大升力系数的代价下，具有较高的升阻比；下，具有较高的升阻比；2、在重量不增的情况下，将翼面积增加、在重量不增的情况下，

23、将翼面积增加15%；3、在、在08年外段采用梯形翼的基础之上，全年外段采用梯形翼的基础之上，全展长采用梯形翼，根稍比取为展长采用梯形翼，根稍比取为2机翼设计机翼设计机翼设计机翼设计 2009年 2008年 FX76MP12 S1223相对厚度：相对厚度：12.13%最大厚度位置：最大厚度位置：20.3%相对弯度：相对弯度：8.67%最大弯度位置：最大弯度位置：49.9%相对厚度：相对厚度：12.13%最大厚度位置：最大厚度位置：33.9%相对弯度：相对弯度：7.63%最大弯度位置：最大弯度位置：46.1%机翼设计机翼设计机翼的减重措施：机翼的减重措施：1、在保留插销部分的层板腹板的基础上，将、

24、在保留插销部分的层板腹板的基础上，将腹板减弱为桐木或轻木，部分打减轻孔；腹板减弱为桐木或轻木，部分打减轻孔；2、梁的凸缘按照等弯曲拉伸强度设计，由原、梁的凸缘按照等弯曲拉伸强度设计，由原来的阶梯变宽度改为连续变宽度；来的阶梯变宽度改为连续变宽度；3、副翼的前缘打减轻孔，后缘用轻木代替原、副翼的前缘打减轻孔，后缘用轻木代替原来的碳条。来的碳条。机翼设计机翼设计机身水舱设计机身水舱设计1、将原来的机身和水舱两个部件合为一体，减、将原来的机身和水舱两个部件合为一体，减轻重量，提高可靠性；轻重量，提高可靠性；2、采用机身水舱偏置形式，简化传力路线；、采用机身水舱偏置形式，简化传力路线；3、合理整流，减小迎风面积，减小水舱阻力；、合理整流，减小迎风面积，减小水舱阻力；4、保持原载重机底盘低的优势，着力加强前起、保持原载重机底盘低的优势，着力加强前起落架强度。落架强度。机身水舱结构机身水舱结构水舱机身主起落架机翼主销主起斜撑主起碳管图图1 1投放系统结构投放系统结构舱门转轴舱门投放舵机架投放机构图图3投放系统结构投放系统结构图图2图图9 9图图1010水舱传力图水舱传力图图图