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[滑翔机] 三年之约——“Aleph0”电动滑翔机的设计制作

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楼主
发表于 2022-5-10 17:26 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式
本帖最后由 锴2510 于 2022-5-20 10:29 编辑

17年,我高一,开始玩滑翔机。上瘾到深处就想自己设计制作,无奈当时水平有限,而且高二开始,因为学业压力就搁置了航模。三年后,上了大学,稍闲下来,开始潜水学习(老外的博客和youlan的帖子很有帮助),慢慢鼓捣,2111-12月在软件里演算,223-5月制作试飞,花了小半年时间磨出来了。制作过程里的一些碎碎念和心理活动,我写在了自己的博客里:看这儿
这是我做的第二架滑翔机(上一架是Guppy,机身做着贼烦),因此设计时较为保守,重点在漂浮和盘旋,把穿透性之类的任务需求放在第二位。木机比起复材热气流机而言,一般会沉一些,翼型的厚度也大些,这二者的合理匹配在滑翔时是很不错的;但传统的厚翼型(8%左右)阻力较大。我想挑战一下,将飞机做得轻一些,同时尝试synerj之类的在木机上用得少的薄翼型,看看能不能做出来、飞得怎么样。
为什么叫Aleph0呢?对范数有所耳闻的朋友可能会会心一笑。不过我这么取名主要是因为这个字母写出来比较好看,又是希伯来语系中的首个字母,也符合“自己设计的第一架飞机”这个名字。
基本参数如下:
- 翼展     1.8m
- 翼弦     180mm-170mm-120mm
- 翼型     synerj80-synerj65(开源,RCG上可以下载)
- 翼面积 28.1dm^2
- 尾容量 ~0.41
- 机身长 ~950mm
- 起飞重量   540-700g
- 翼载荷@625g     22.35g/dm^2
- 动力:2212 1400KV+8x6/10x6/12x8折叠桨(待测试)@3S锂电
(更新,试飞帖看这儿
做出来大概长这样:

(浏览器版本太高了,只能传这么大的了。我再研究一下怎么传大图片)
Xflr5里大概长这样:

(上面是实际做出来的样子,下面这张是把翼展加到2m的尝试)
经过几(十)次尝试,将只考虑机翼+尾翼的电子风洞结果的升阻比优化到了20出头(平飞,3度迎角),这比起AG24-25-2616-17的升阻比好一些。当然,算出来的结果毕竟理想且有偏差,加上机身后会差一些。
而且,单纯讲升阻比没有意义。升阻比需要和飞机的重量匹配,如果飞机更沉一些,升阻比会上升许多,这也是配重的原理。在盘旋的时候,相当于飞机加了配重,升阻比也一样会增加,但由于侧滑的缘故,会有些损失。

(最初的设计和做出来的样子的对比,包含不同飞行模式下的理论结果)
在电子风洞(xflr5 v6.53)里尝试各种各样的设计很有意思,跟着作者的教程(B站有人搬运过)学到了不少东西,发现了一些之前没有直观感觉的事情,例如翼型弯度对飞机性能的影响程度。
另外,有朋友知道xflr5里,怎么样才能解决分析时超出飞行包线和无法interpolate的问题吗?无论分析全机还是分析机翼都是这样。请不吝赐教。

尾翼的展长比弦长影响更大。一开始的设计,平尾展长360mm;制作时,擅作主张地加到了420mm,再一算,发现升阻比降得很少而俯仰稳定性好了许多,很划算。垂尾也类似,根据Martin Simons的说法,大展弦比尾翼的操纵效率更高。不过垂尾在制作时做得太大了,以至于首飞时方向稳定性过强,很难操纵,切了三分之一垂尾才解决。

(不同尾翼面积的对比)
细节上的一些想法比较有趣。重要的结构连接处用了3D打印件,包括翼根、襟翼中段、全动平尾翼台、垂尾抱箍等,大大方便了制作;虽然翼根的打印件略超重,但结构强度足够。机身的结构比较独特,分体翼台、吊舱式的机头、尾管承力,有几分像人力飞机。当然,这些地方也给自己挖了一堆坑,多花了一些时间解决,也有一些不得不放弃,比如在尾管里塞配重的想法,因为会和螺栓、舵机线打架,无法实现,而过小的机身也难以挤出更多的空间。

机翼的图通过Profili+CAD画出,因为不会在建模软件里建骨架的模型,所以机翼的平面形状很憨。机身的图是通过现学CATIA画出来的。曲面功能很强大,就是和报错斗智斗勇很费时。

下面的帖子里,我慢慢贴制作过程。。容我先研究一下怎么传大图片。

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30
 楼主| 发表于 2023-1-30 10:51 | 只看该作者
LegendFly 发表于 2023-1-16 22:25
用心之作! 专程从B站回来点赞

谢谢!要改的还有很多,等有空了再接着折腾。您做得也很棒!
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29
发表于 2023-1-16 22:25 | 只看该作者
用心之作! 专程从B站回来点赞
28
 楼主| 发表于 2022-6-30 16:25 | 只看该作者
whitewolfd 发表于 2022-5-29 23:24
问题就在这,你完成以后的翼型并没有设计的那么薄,所以,为什么不用加工起来精度更高的翼型
搜帖子关键 ...

这不经验还没到还想给自己找事干嘛。不过,我觉得木机的误差更可能是:后缘厚,其他地方薄。我算过不准确的SynerJ的数据,即使后缘厚一点,Cl在0.2-0.4时也比AG稍好,影响不是很大。

fusion的帖子我看了,很有收获,感谢。


27
发表于 2022-6-6 15:13 | 只看该作者
26
发表于 2022-5-29 23:24 | 只看该作者
锴2510 发表于 2022-5-20 10:34
哈哈,您说得很对,结构上没有认真算过,这个设计给自己挖了一堆坑。
因为舵面开在70%弦长处,当时的想 ...

问题就在这,你完成以后的翼型并没有设计的那么薄,所以,为什么不用加工起来精度更高的翼型
搜帖子关键字:fusion
25
 楼主| 发表于 2022-5-20 10:34 | 只看该作者
whitewolfd 发表于 2022-5-17 09:18
做的很漂亮,现在坚持用木结构自己做鸡的年轻人不多了啊,不过还是有些问题不得不说:
1、首先主 ...

哈哈,您说得很对,结构上没有认真算过,这个设计给自己挖了一堆坑。
因为舵面开在70%弦长处,当时的想法是,既然铰链位置这么靠前,那就把铰链在机翼的一侧做成副梁,并将主梁移到20%弦长处,现在想想,忽视了抗扭的需要,主梁还是应该后移。
做的时候,手头没有木条,碳片也只有1.6x6和0.5x10两种尺寸,都不太合适,但只能拣结实的用。理论上,立起来装会好一些,但翼型厚度不允许。
如果用5x5的木条做副梁,底下贴0.5x5的碳片,可能会更好。
舵面也同理,主要为了抗扭,所以用了厚碳片。现在想想,舵面前缘用5x5木条,翼肋间加斜撑可能更好。碳片并排的一个好处是,铰链都在一条直线上,比较好装,舵面阻力小。
后缘这么做主要是为了翼型的准确性,后缘尽量薄。从结构上看,0.5x5的碳片就够了。结构上可以做出来,但问题是,热缩膜不粘碳纤维,蒙皮时有气泡,不知您说的是不是这个问题。
1米8的飞机,7037的穿透性比较差,顶风回场有点吃力,所以尝试薄翼型。
腹板的帖子我没查到,能麻烦您发一下链接吗?



24
 楼主| 发表于 2022-5-19 20:24 | 只看该作者
18292308809 发表于 2022-5-18 22:53
RCG是什么

RC Groups,老外的一个模型论坛。
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23
发表于 2022-5-18 22:53 | 只看该作者
RCG是什么
22
发表于 2022-5-17 09:18 | 只看该作者
做的很漂亮,现在坚持用木结构自己做鸡的年轻人不多了啊,不过还是有些问题不得不说:
1、首先主梁太靠前了,不管你怎么考虑翼型,主梁这么前就是给自己找事,主梁太靠前就会偏离机翼的主要承重焦平面,机翼后半部结构就变的脆弱了,必须加副梁,就会更重。
2、副梁强度太过剩了,用了那么多碳片却没放在受力最大的地方,也就是说副梁本来是给主梁帮忙的,现在变成喧宾夺主,主要受力的地方不在机翼重心,帮忙承力的地方却过于结实,就好像两个人抬钢琴下楼,力气小的在前面力气大的在后面,没劲的承受最大重量还是偏的,力气大的在后面被拽着还使不上力气。
3、副梁那个并排安装方式有点迷啊,这样还能发挥它的作用吗,你可以借鉴第二条的分析再看看。
4、副板装的太凑合,看得出来是现比划着切的,不要小看这东西的作用,某种程度上比的前缘蒙版还重要。论坛里面钟老师的帖子讲的很详细,有那么两篇帖子,你看完帖子本身,再把评论里大神的建议看完,就全明白了,基本上是殿堂级教科书的存在。
5、最后,不是我吐槽的你的手工,就看你装后缘的方式,我只能说费事吧唧的画图做风动,好不容易选了一个好翼型,但是加工过程中产生的误差已经远远大于这个翼型和别的翼型之间的差别,那你最后做出来的还是你设计的那个翼型吗?像这样纯手工做机,一米六翼展的大小,建议用SD7037这类厚一点的翼型
21
 楼主| 发表于 2022-5-14 08:25 | 只看该作者
本帖最后由 锴2510 于 2022-5-14 08:28 编辑
风之纹章 发表于 2022-5-13 23:37
复材的滑翔机对于没飞过滑翔机的固定翼老手来说,可不可以入手做入门练习?


可以,不同滑翔机在操控上区别不大,主要是需要习惯滑翔机的飞法,保持速度,顺势而行。第一架飞机最好收二手,因为磕磕碰碰可能比较多,修着不心疼。只要从固定翼转过来的这个坎过了,就没啥了。
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20
发表于 2022-5-13 23:37 | 只看该作者
复材的滑翔机对于没飞过滑翔机的固定翼老手来说,可不可以入手做入门练习?
19
 楼主| 发表于 2022-5-13 18:46 | 只看该作者
闪电飞猫 发表于 2022-5-13 11:49
嘿,斜撑在下一期,斜撑的其中一种形制

学到了,斜撑感觉更好做一点。斜翼肋我慢慢学着画,感觉热缩膜蒙皮后表面凹凸那点影响也不大。滑翔机的讨论群里看到过老外的木机,整个机翼骨架都是斜翼肋做的。




18
发表于 2022-5-13 11:49 | 只看该作者
锴2510 发表于 2022-5-11 13:22
学到了。斜翼肋我还不会画,慢慢学习中。下次把舵面前缘换成整条轻木或桐木。

嘿,斜撑在下一期,斜撑的其中一种形制



17
发表于 2022-5-13 11:37 | 只看该作者
锴2510 发表于 2022-5-11 13:22
学到了。斜翼肋我还不会画,慢慢学习中。下次把舵面前缘换成整条轻木或桐木。

找资料时偶然翻到的,古代斜翼肋工艺。不过,我的看法是斜翼肋用于蒙板结构会更有用,蒙皮结构反倒导致机翼表面不平顺。蒙皮结构用斜撑更好,只要不是凹凸翼型机翼,抗剪抗扭都有效,而且制造工艺更简单。




16
发表于 2022-5-12 12:44 | 只看该作者
本帖最后由 59744a 于 2022-5-12 12:46 编辑

挺好
15
 楼主| 发表于 2022-5-11 17:16 | 只看该作者
电脑再开机后,浏览器里又识别不出Flash插件了,疑似是被微软屏蔽了,挺气人。无奈把图片在本地压缩过再传上来,图片右下角有时间水印,细心的朋友可以注意一下,4月份因为疫情的缘故,几乎是空白的。

装尾翼需要先考虑舵面驱动,所以机头得一起做,把舵机装上,测试下舵面动作,才能装尾翼。

机身的外形大概是这样的:


机身的结构比较独特,斜隔框承力,空间也紧凑,我还没见过类似的设计。但这也意味着工序比较混乱,可维护性也很差。最大的弱点在于尾管,碳纤维卷管的强度弱,断了也没法接。电子设备也不太好换,只能祈祷一下电子设备的寿命能比飞机长。
尾管上需打孔、预埋螺母,隔框需预先修整,斜隔框还需要贴碳。装配时,先装上机翼,在尾管上假装龙骨和最后两个隔框,再假装斜隔框和防火墙,以确定关键受力件的位置;之后穿钢丝和拉线,测试是否有干涉。锯短了后面的机翼固定螺丝,以防止其和钢丝打架。无误后点502粘合。之后修配斜隔框和防火墙,把电机和第2隔框也装上,看是否干涉;无误后先粘下面的斜隔框,再粘其余零件。用环氧树脂加强机身。类似笼子一样的结构加大了施工难度。


假装一部分零件,承力件已经用环氧树脂贴过碳。拉杆已经穿入,但别着劲儿,需要调整,这一步留到确定钢丝长度后来做。


先装上最后俩隔框和龙骨。

斜隔框需要反复修配,什锦锉慢慢磨。

注意接主翼舵机的延长线,5pin,供电+3条信号线。电机是朗宇2212三代。电调是飞盈佳乐的弗兰奇。需要注意的是,这电调基本就是穿越机电调绑了个BEC,2S下BEC正常但电调罢工,必须用3S。

垂尾扭簧和摇臂细节。拉线用线缠几圈点502固定。

3D打印件大大方便了固定。此时平尾的舵角还没粘死。

尾翼翼台的位置比较灵活。先确定拉杆入口、出口,碳管上缠胶带再打孔,防劈。用刀和什锦锉扩大开口,穿钢丝,折Z弯。如果摩擦比较严重,把冲突地方的钢丝折成Z字形,弯折处应多留一些,因为要前后运动。
钢丝的长度大概确定后就没法改了,通过测试、调整舵机、翼台、舵角的相对位置来调中立点和行程。拉杆驱动实际上是四连杆机构,舵机摇臂越短、舵角力臂越长,舵面行程越大。我先测试了动作,固定了舵机一侧,之后固定了舵角。
拉线要烦人一些,因为是一锤子买卖,容错率较低。我取了较长的一段钢丝,先固定舵角侧(折回来缠线点502),之后固定舵机侧,并上电测试行程和力度。确定无误后,松舵机侧,粘垂尾。垂尾粘牢后,将舵面掰回来,确定舵面舵机均在中位时对应的线长,折回来做标记。之后检查行程是否够用,将拉线穿过摇臂孔并固定,剪去多余部分。将摇臂装在舵机上,通过微调舵机位置来尽量调正中立点,点胶固定舵机。舵机缠纸胶带防止胶渗进外壳。因为空间不够,方向舵舵机锯掉了一侧耳朵。
尾翼的驱动部分比较难做,花了我一下午+一晚上,主要是因为1)钢丝和碳管的摩擦不好解决,反复尝试了弯折钢丝。2)反复确认垂尾的行程、拉线长度、舵机位置很耗时。3)机身的空间设计得比较小,为了让舵机相互不干涉,花了不少时间调整。
舵机的空间也比较紧张。注意钢丝被弯过以减小摩擦阻力。两个弯折点要离得比舵面行程长度更远一点。舵机的边上粘了木块。
本来侧面桁条想用一整条碳片的,但弯不过来。拍脑袋的想法靠不住啊。
之后就是蒙板了。只蒙了一部分容易受压的地方,懒得拼板子了。蒙板方法同机翼。
然后蒙皮。
用饮料瓶剪了个舱盖。
机头这里的设计也有问题。突出的那一块会阻挡电机启动,需要电机有足够启动力度。飞盈佳乐电调需要连电脑调参,比较烦。我把信号线和地线接到穿越机电调上调的。
紧钉式折叠桨总是射桨,将电机轴锉花后解决。
塞1300mah的电池有点委屈这个机身了。接收机的天线甩出来贴在机身侧面或机翼下表面。
机翼承载测试。4S 8000电池+500mL装满水的水壶,大概1.25kg?

差不多做完了。之后调了调,5月7日就上天了。试飞过程我再开个帖吧。请关注新帖。




14
 楼主| 发表于 2022-5-11 14:50 | 只看该作者
闪电飞猫 发表于 2022-5-11 12:41
看到这上反角插销,我觉得白瞎了这折寿的碳梁

常见的做法是拿碳板切出来,但疫情期间,高端家伙是摸不着了,就拿层板做了。本来想做成层板夹碳的,后来也懒得做了。其实层板的强度也够用了,而且修配比碳的方便,摔飞机的时候还能牺牲插销救一下机翼主结构。

13
 楼主| 发表于 2022-5-11 14:46 | 只看该作者
水磨泉 发表于 2022-5-11 11:52
好帖,读着舒服。一点补充,对着电脑做出来的机还要经过大自然和人的长时间飞行检验才能得出是不是好机。像 ...

感谢支持。电脑算出来的毕竟还是理想化,更多是帮助确认设计的合理性。好飞、好维护、寿命长当然最好,但需要经验的慢慢积累。第一次从头到尾自己做,木构架蒙膜也不太扛得住太阳晒,我只希望它能活过这个夏天


12
 楼主| 发表于 2022-5-11 13:22 | 只看该作者
遗落的忧伤 发表于 2022-5-11 12:08
一般上梁要结实点,碳片抗挤压效果不好,其实下梁用碳片,上梁用松木可以。后缘用轻木加碳片效果就不错了 ...

学到了。斜翼肋我还不会画,慢慢学习中。下次把舵面前缘换成整条轻木或桐木。

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