相對(duì)于傳統(tǒng)飛行器,升力體是一種完全不同的概念。它沒有常規(guī)飛行器的主要升力部件-機(jī)翼,而是用三維設(shè)計(jì)的翼身融合體來產(chǎn)生升力。這種設(shè)計(jì)可消除機(jī)身等部件所產(chǎn)生的附加阻力和機(jī)翼與機(jī)身間的干擾,從而有可能在較低的速度下獲得較高的升阻比,達(dá)到提高全機(jī)性能的目的。
在上個(gè)世紀(jì)的中葉,在飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛行實(shí)踐中,人們逐漸發(fā)現(xiàn)了機(jī)翼和機(jī)身之間有存在有氣動(dòng)干擾,同時(shí)也就萌生了利用機(jī)身產(chǎn)生一部分附加升的想法。從1922年開始,出現(xiàn)了一系列“具有翼型的機(jī)身”的設(shè)計(jì),如1922年的RB.2h和1947年加拿大的CYB-3型飛機(jī)。到了1963年,美國NASA開始為返回式飛船進(jìn)行一系列的選型研究,其基本設(shè)計(jì)就是升力體。從1963年到1975年,NASA進(jìn)行了M2.F1、M2.F2、M2.F3、HL-10、X- 24A和X-24B共5種升力體的試飛研究,其中不乏一些已經(jīng)成功試飛的原型機(jī)。 碟形升力體的設(shè)計(jì) 從1997年開始,作了一系列低速升力體的研究工作。最初,參考俄羅斯升力體的外形設(shè)計(jì)了第一個(gè)低速升力體方案。但是在自由飛遙控模型的試飛中,發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)存在一些嚴(yán)重的問題,導(dǎo)致其安定性與操縱性不佳,而且升阻比不高。因?yàn)檫@個(gè)最早型號(hào)的升力體起飛離地都相當(dāng)困難,離地后俯仰安定性也很差,所以導(dǎo)致了一次嚴(yán)重的墜毀事故。 在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,又設(shè)計(jì)了一種全新的低速碟形升力體。為了提高其升阻比和改善操縱性、安定性并能充分發(fā)揮升力體的優(yōu)勢(shì),改進(jìn)后的升力體被設(shè)計(jì)成一個(gè)飛翼的氣動(dòng)外形。它與第一個(gè)升力體外形有很大不同。其主體是一個(gè)扁平的碟狀體,由其提供飛行中所需要的絕大部分升力。為改善橫向操縱性,在碟狀體的尾部了小翼。這對(duì)飛行的俯仰安定性可產(chǎn)生有利的影響。 在確定了平面形狀后,氣動(dòng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要是選擇合適的翼型。由于飛翼特殊的氣動(dòng)布局,為了保證俯仰安定性,理應(yīng)選擇S翼型。經(jīng)過分析和篩選,最后在十幾種S翼型當(dāng)中,選取了NACA5-H-15翼型。這種翼型具有15%的相對(duì)厚度,既有足夠的空間來安裝遙控設(shè)備、油箱和發(fā)動(dòng)機(jī),又不至于因?yàn)楹穸冗^大而引起后部氣流分離。碟型體后部的兩個(gè)突出小翼采用了對(duì)稱翼型,安裝角為0度。小翼之所以突出在圓盤輪廓之外,主要是為了避免大迎角下,碟形體產(chǎn)生氣流分離所導(dǎo)致的舵效降低。當(dāng)升力體迎角很大時(shí),這一部分處于比較“干凈”的氣流之中,可以保證升降副翼的操縱效率。因?yàn)檫@個(gè)升力體的尾力臂短,因此為保證航向的穩(wěn)定,垂直尾翼的面積必須做得比較大;從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和外表美觀的角度出發(fā),我們采用了垂尾布局。 飛翼這種氣動(dòng)布局的重心位置非常關(guān)鍵。通常情況下,重心應(yīng)當(dāng)在平均氣動(dòng)弦的20%以內(nèi),以保證足夠的俯仰安定性。這個(gè)碟形升力體的重心們于中弦線上25CM 處,相當(dāng)于平均空氣動(dòng)力弦的18%處。我們將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)頭正中,使螺旋槳中心與中弦線重合;拉力線有3度的下拉角和1度的右拉角。下拉比較大的原因主要是為了保證升力體俯仰力矩的平衡,使之在有動(dòng)力和無動(dòng)力時(shí)操縱感覺不至于相差過大。起落架采用前三點(diǎn)式,有利于起飛滑跑時(shí)控制方向。要注意的一點(diǎn)是,在起落架裝好后應(yīng)使升力體具有+2度的停機(jī)角,以免造成滑跑起飛時(shí)“拉不起來”。 結(jié)構(gòu)與制作 由于升力體的形狀比較特殊,故不適合采用常規(guī)的結(jié)構(gòu)。為簡(jiǎn)化制造工藝我們將這個(gè)升力體分為三大塊:中機(jī)身、左側(cè)機(jī)體和右側(cè)機(jī)體。中央機(jī)身與常規(guī)航模的機(jī)身結(jié)構(gòu)相同,只是要將其側(cè)板做成需要的翼型。我們?cè)跈C(jī)身中預(yù)留有一個(gè)載荷艙,位于重心處。這個(gè)升力體的左、右半機(jī)體的材料采用聚苯乙烯泡沫塑料,挑選密度較小的一種(13kg/m3)手工切削打磨而成。這兩部分加工,需利用數(shù)個(gè)卡板來保證外形的準(zhǔn)確與左右完全對(duì)稱。然后將中機(jī)身與左右裝機(jī)體用乳膠粘接,在施加一定壓力并固化12小時(shí)后,這個(gè)升力體便初具規(guī)模。 升降副翼用1×10mm木條搭成構(gòu)架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)重量輕、剛性好,只是加工有些費(fèi)時(shí)。兩側(cè)突出的小翼直接在側(cè)面機(jī)體上搭出來,再插上垂直尾翼,最后蒙上一層紙或絹就大功告成了。 注意,在蒙紙或絹時(shí)切不可用涂布油,因?yàn)橥坎加蜁?huì)融化泡沫塑料,所以只能采用稀釋后的乳膠。制作中也可采用了普通的報(bào)紙蒙皮:下表面兩層,上表面一層。將報(bào)紙沿纖維垂直于飛行的方向裁剪合適后,涂刷按1:2稀釋后的普通乳膠,粘貼于升力體的表面,待干透后再刷一層乳膠。宋處理后的表面平整光滑,且具有足夠的強(qiáng)度,唯重量稍大。 該升力體在試飛中表現(xiàn)出良好的飛行品質(zhì)。其起飛著陸與常規(guī)模型相比并無多大區(qū)別;只是降落時(shí)拉桿量較大原因是在較小的展弦比下,需要較大的迎角才能產(chǎn)生足夠的升力。該升力體的操縱性很好。由于其橫側(cè)方向很靈敏,因此如果沒有把握,試飛時(shí)最好利用遙控設(shè)備上的衰減開關(guān),將副翼的舵角設(shè)的小一些。升力體在重心位置時(shí)的俯仰特性很好,既有足夠的穩(wěn)定性,又能夠滿足操縱性的要求,操縱它飛行的感覺很“舒服”。飛行時(shí)需要注意的一點(diǎn)是,由于形狀特殊,升力體在空中的姿態(tài)不容易看清楚,因此最好在天氣較好,能見度高的情況下飛行。 |
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