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第二十章 外形结构 协作完成（第1页）

陈东风在和杨辉的讨论修改中，也要兼顾下唐昌宏的结构设计，至于杨韦他现在的精力就不够了。忙忙碌碌中，已经快半个月过去了，杨辉的发动机子系统在陈东风的协助下都已经定稿了，剩下的就是具体的元器件选择，电路板的设计了，这些接下来都交给杨辉独自处理。

陈东风接下来就要和唐昌宏一起把航模的外形结构设计方案拿出来，并争取在八月底前完成。陈东风和唐昌宏来到空教室后，先问“老唐，航模外形结构我们已经确定按照irage2000的模样进行缩放，你觉得现在这次的重点和难点在哪里？”

唐昌宏点点头，丝毫没有因为他的年纪比陈东风大而有尴尬和不满，他对陈东风能力的相当有信心，也很服气陈东风现真正的进入小组长的角色。唐昌宏组织了一下思路慢条斯理的开始叙述。

由于航模外形结构由其的用途决定，现在的这款航模主要目的是飞行及特技表演。对航模的技术要求应该是安全性、可靠性、维修性、经济性。

从设计角度来说航模外形结构设计要先从其结构承载布局形式开始，接着是结构主要受力构件布置设计，这之后是飞机结构的刚、强度计算分析，最后才是飞机结构构件及其具体连接设计。由于航模的结构关键细节部位的安全寿命及损伤容限要求不是很高在设计中暂时不考虑。

唐昌宏在结构设计中使用的是结构有限元分析法。由于结构设计中应力和变形分析十分重要，它是分析和评估结构承载能力、使用寿命、可靠性和进行优化设计的基础，又是修改设计和制定试验方案的依据，特别对按疲劳、损伤容限设计的关键件，其应力和变形的分析精度要求更高，需要有合适的模型和计算方法才能满足要求。目前主流的分析方法就是结构有限元分析法。

航模结构设计包含机翼结构、尾翼结构、机身结构、发动机舱结构、起落架结构等。目前唐昌宏需要陈东风帮忙的是机翼和尾翼的结构设计。机翼是航模上升力的来源，尾翼、尾翼副翼和机翼副翼都是保持航模飞行平衡和做出特技飞行的关键运动部件。所以其受力大且复杂，还要牵涉到副翼的协调控制问题。

这些完成之后，两人一起完成航模结构的刚、强度计算分析。最后的连接设计唐昌宏可以一个人独立完成。因为航模结构的刚、强度计算分析，需要大量的数学模型建立以及计算分析，这是个工作量很大的活，而连接设计则是可以根据各个结构的设立分析，来设计出连接机构的强度和形状。

陈东风听完感叹一句“老唐，你早就给我在前面的路上给我挖好了坑啊，就等着我来跳。不过，外形结构设计我是外行，你得帮我一起做！”

“能力有多大，责任就有多大。这不说的就是你嘛？”唐昌宏笑说。

“一起合作，各司其职，我也只是过来辅助的，核心的任务还是要你们三人负责。”陈东风认真的说道。

“好啦，不要这么严肃，我们虽然之前没有时间计划，但是大家心里的时间节点都是暑假结束前啊，时间紧迫，一起加油干吧！”唐昌宏一句话让两人重新投入到了紧张的设计工作中。

如果是真飞机，那其结构设计绝对不是唐昌宏和陈东风两个人两三个月可以设计玩的，飞机结构要考虑到结构的强度、刚度、疲劳、耐久性、损伤容限、维修性要求、适航性、工艺性、低成本设计、重量、防雷击、抗腐蚀等等。不过现在的航模这些除了强度、重量和低成本其他统统不考虑。

结构有限元分析法了可以分析出结构的基本受力情况，考虑到飞机在起飞、降落以及特效飞行时候的飞行姿态会有大的载荷，因此在结构中需要考虑到这些情况。

唐昌宏，以航模重心（待定）为坐标原点（机身方向为x，垂直方向为y，水平方向为z），建立坐标系。根据重力，升力，阻力，推力，起落架载荷，惯性力也就是质量乘以加速度的负值，质量力，这些数值建立达朗倍尔动静分析（也称刚体动平衡）。达朗倍尔动静分析方法为航模的任意一点的x方向所有fx之和为0，y方向所有fy之和为0，z方向所有z（质量力）之和为0

根据动平衡的分析可以得知航模各个时候的载荷，取其最大值，结合飞机的结构，设计出比较准确的外形结构。

陈东风对机翼和尾翼的设计是在唐昌宏的帮助下，并结合自己查的资料进行的。

首先确定机翼、尾翼的功用。机翼首先是提供升力面即产生升力，其次是副翼、扰流片横向操纵作用。尾翼的功用是航向的操纵性。

考虑到机翼的主要结构承受的力是升力，而升力是传到机身上，由机身带起全机。或说扣除机翼上自己那部分，其它部分给机身。所以如果把机翼拿出来进行受力分析，即研究对象就是机翼和机身之间的关系，机身作为支持，而它们相互之间固定不动，故研究它们之间力的传递时，如果静力平衡方法分析，可以得出结构的受力情况。两侧机翼副翼的上下翻折可以控制航模包括转向、翻滚和抬头等飞行姿态，由于机翼副翼的受力复杂，需要考虑和机翼的连接受力情况，需要进行连接部位的结构加强。

再考虑到航模的特性，选择的是重量最轻，结构最简单的纵向骨架形式的单梁机翼机构沿翼展方向安置的构件，包括梁、纵樯和桁条。

梁是最强有力的纵向构件，它承受着全部或大部分的弯矩和剪力；纵樯可以承受由弯矩和扭转而产生的剪力；桁条可以承受局部空气力载荷，并将翼肋互相连系起来。

至于尾翼，它其实也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似，由于其主要的功用是航向的操纵性，所受的力大都来自于气动力，所以对结构的强度要求没有机翼那么的高。尾翼的方向舵是其运动的核心部件，其结构也是采用最简洁的纵向骨架形式的单梁机翼机构，当然在梁、纵樯和桁条的具体规格上和机翼是有所区别的。

机翼、副翼、尾翼的合理联动是航模飞行稳定基础，它们的合理联动决定了不同的飞行姿态。因此陈东风把副翼和尾翼可动面的联动关系列为了重点，这是航模的运动基础。

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