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改造一架电动模型飞机

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笔者自制一架25级电动模型练习机的想法由来已久,但因没有合适的图纸,一直未能实现。一次浏览《航空模型》杂志,发现附赠的油动模型制作图纸设计精巧、介绍详细,符合笔者的要求,于是决定对其改造,制作一架电动模型飞机

原设计图是一架油动P3A-1特技遥控模型飞机,强度较大。若将其改造成电动模型,应适当减轻强度、减小重量。扩大隔框减重孔;机翼的螺丝-插销固定结构改为橡筋捆绑固定;部分椴木层板由轻木代替;增加电池舱,机头处的上蒙板改为可拆卸式舱盖;尾翼舵机由机舱内改装到机尾处,用较短钢丝做连杆,使操控更精准。

一、工具及材料

工具主要有手术刀、美工刀、锉刀、砂纸板、曲线锯及螺丝刀等常用工具(图1)。切割层板时,先用曲线锯粗加工、再用手术刀和砂纸板细加工,以提高工作效率。笔者使用刀刃水平的11号手术刀片,与常用的23号刀片比,切割面更平整光滑。此外,笔者自制了小砂纸板与圆形砂纸板,打磨空间较小的零部件时得心应手。

材料包括不同规格的轻木片、轻木条、桐木条、2mm轻木层板、2mm椴木层板和胶水等。

二、制 作

1. 图纸

在普通文印店,将图纸放大至1∶1比例。注意保持图纸平整,尽量减少折痕,否则放大后会有较大偏差,影响制作与模型性能。

2.机翼

模型为矩形翼,翼展1150mm,用E207翼型,可兼顾飞行练习及初级特技动作。翼根处左、右2片翼肋用2mm轻木层板,二者肋间距为32mm,以保证强度。其余翼肋则使用2mm轻木片,并开出减重孔,肋间距为70mm。翼梁和前、后缘蒙板分别用3mm×4mm松木条、1.5mm厚轻木片制作。

翼肋。将翼肋图纸裁下,贴在2mm厚轻木片上后切割(图2)。下料稍有盈余(后续再打磨微调),切割时确保刀口与木片垂直、切口平整。撕去表面的图纸后,将切下的翼肋用钢丝、木条等固定在一起仔细打磨(图3)。

在翼根处的2片翼肋上开出连接插销孔和碳纤杆连接孔(图4)。按图纸做一块前缘翼型卡板备用(图5)。

按图将翼肋依次整齐摆放在下翼梁上,用少量502胶水粘接。粘接上翼梁和前缘木条并在机翼后缘蒙1.5mm厚轻木片。粘接时注意翼肋与前、后缘木片垂直。

粘接后缘时若不慎产生偏差,可在其后面粘一段4mm厚的轻木条(图6),然后用手术刀小心将其削切至与后缘一致,并用砂纸板打磨光滑。

机翼前、后缘用1.5mm厚轻木片从翼根向翼尖蒙板,以防止误差积累导致机翼扭转。笔者使用502胶水粘接蒙板,这种方法虽然快,但相比用传统的白乳胶较脆,强度稍差。接下来用细砂纸板打磨前缘木片,并用卡板不断检查(图7)。

为进一步增加机翼强度,笔者在D形箱和翼梁后方用较轻的木料做了斜撑和支架(图8、图9)。

翼尖和舵机安装座。比照图纸切割、粘接翼尖木片,并用边角料填充(图10)。用手术刀削出大致形状后用砂纸板打磨光滑(图11)。

副翼舵机安装在第3、第4翼肋间。切一片大小合适的轻木片,挖出舵机安装孔,并粘接加强片(图12)。将模板固定在2片翼肋间,再在粘接处用轻木条加固。接下来,在翼根部穿一根棉线至舵机安装板(图13),并用纸胶带固定,以方便后续牵引舵机导线。

副翼。考虑到模型做横滚、1/2古巴8字等特技动作需较大的副翼舵面,若用整片轻木片切割,不但用料多,而且重,因此将副翼做成了构架形式。

做好副翼后发现,抗扭曲性能较差,强度远远不够,不得不增加4mm×4mm桐木条斜撑(图14)。斜撑全部粘好后,将副翼与机翼相接处打磨成圆弧状。

3.机身

原模型设计为油动,强度较大。而笔者使用无刷电机做动力,震动很小,因此将机身稍作改动:增加了电池舱;改用2mm轻木层板以减重。其中电机安装板用2片2mm厚轻木层板叠粘在一起制作。

按图切割出侧板(有些切下的边角料较大,可用其切割隔框等小零件,图15)。将左、右侧板用大头针固定在一起仔细打磨,并按图纸在上面开安装槽。开槽时需牢牢固定好侧板,否则机身会扭曲,影响精度。此外,在每片侧板上多开出了2个槽,以安装电池固定板。

由于机身使用2mm轻木层板制作,翼台强度较差,不能承受橡筋捆绑机翼的压力,需要比照翼台做出加强板。其长度略大于2个机翼固定插销间的距离。将翼台加强板打磨光滑后,分别粘贴在左、右侧板上。

用曲线锯锯掉隔框内的多余木料。由于曲线锯初加工后,隔框边缘很粗糙,因此还要进一步打磨。隔框、侧板等的内圆弧边缘用砂纸板打磨效果不好,于是笔者自制了一个圆形锉,用起来得心应手(图16)。

机身构架时,在桌上平铺一张机身纵轴图,以定位隔框位置,并保证它们与桌面垂直。机身构架完成后,笔者用轻木片和轻木条又进行了加强,以提高其抗扭能力(图17)。最后,用2mm厚椴木层板做起落架安装座并固定在机身相应处

接下来制作电池舱盖。由于每次飞行都要更换动力电池,因此电池舱盖需方便拆卸、结实牢固。笔者采用了木质构架蒙板加装弹簧插销的方法:按实物尺寸切割木料,搭建出骨架(图18);在靠近机翼一侧的舱盖上安装弹簧插销(图19),并在其另一侧粘接2小条桐木条做固定;在构好架的舱盖上蒙轻木片后打磨光滑,再安装到电池舱上检查尺寸是否合适(图20)。

4.尾翼

采用轻木构架尾翼。首先打印两份平尾图纸,一份用于定位各部件,另一份剪切后粘贴在轻木片上用于切割。比照图纸,用切割好的木条搭建出平尾构架。完成后,发现平尾较软,抗扭能力差,于是又用桐木条做了斜撑(图21)。

拼接各部件时,接缝处难免配合不够紧密。为此轻轻打磨接缝处后,用碎木屑填满缝隙,再滴少许502胶水粘牢。用同样方法制作升降舵,并打磨光滑。

垂尾也是构架而成。但需注意,垂尾下方与机身相接处木料要多出12mm(图22),以插入机尾,增加强度。此外,垂尾安定面后缘也要留出一定长度的木条,以插入机尾的定位槽内。

5.蒙皮

笔者选择了国产热缩膜为这架模型飞机蒙皮。因条件所限,使用的是普通的家用熨斗蒙皮(有条件的模友可选专门用于模型飞机蒙皮的熨斗和热风枪,二者分别适用于小范围蒙皮熨烫和翼尖等处的收缩处理,效果很好)。

熨烫时,有几点需注意:(1)蒙两种不同颜色的蒙皮时,先蒙浅色,再蒙深色;(2)接缝处顺气流方向的蒙皮要压住逆气流方向的蒙皮(图23),这样可防止模型飞行时气流将蒙皮吹开;(3)蒙机翼骨架时,先蒙对角线位置的两点,再粘接另一对角线的两端,然后粘住中心点,最后大面积粘接整个表面。这样可最大限度保证机翼不扭曲;(4)机腹及机翼下表面用颜色较深、显眼的蒙皮,以便于操纵手辨识模型在空中的姿态。最后检查各部件蒙皮情况(图24),是否有褶皱出现。

三、动力系统及电子设备

这架模型机体重约500g,加上电子设备后重量为920~1020g。通常初级练习机推重比在0.8~1即可,但考虑到这架模型做简单特技动作时,需要较大拉力,笔者将拉力选在1300~1500g之间。

最终为这架模型飞机选配的动力设备是(图25):KV870 2814无刷电机,12×6木质螺旋桨,3S/2200mAh/30C锂电池,40A电调。这套动力设备的最大电流约25A,可提供1400g拉力,足够为这架模型提供所需动力。

一般情况下,25级模型练习机通常用3个标准舵机分别控制副翼、升降舵和方向舵。为减轻重量,以及充分利用手头的设备,笔者用2个扭矩为1.8kg·cm(6V)的9g舵机分别控制副翼的2个舵面,用扭矩为2.8kg·cm(6v)的14g金属舵机控制升降舵和方向舵。

安装舵机时注意一些细节:不需插拔的舵机线插口用热缩套管套牢(图26);需经常插拔的插口用专门的锁扣固定(图27);固定舵机时,用自攻螺丝在木板上钻好孔,滴少量502胶水加固后再拧紧;连杆夹头套上一小截硅胶管防松脱(图28);在舵机线末端粘上小标签标明各通道(图29)

四、试 飞

这架模型是上单翼布局、重量轻、翼载荷小,十分适合初学者飞行训练。但相对普通练习机来讲,它的舵面较大,可做横滚、古巴8字等简单的特技动作。为此,试飞前笔者为模型设置了大小舵角:小舵量用于入门训练、练习起飞、航线和降落;大舵角用于进阶飞行。

试飞时,先操纵模型飞简单的航线,待多飞几次,熟悉其性能后,再飞特技动作。此外,试飞应选在人少、空旷的地方,将安全放在第一位。