正值暑期,来自南京航空航天大学长空学院的社会实践团队制作一架无人货运飞机。社会实践团队以“弘扬劳动精神,践行青年担当”主题开展线下实践活动。实践活动由史明双教练,史明双教练带领19位学生于7月3日在南京航空航天大学明故宫校区航空特色科技创新基地展开。
随着航空技术的不断发展,无人货运成为无人机领域的重要研究方向。一方面,我国山地面积广大,无人货运飞机为交通不便的偏远地区和城市的物资投运提供了一种可行的解决方案;另一方面,在城市内部不增加当前交通压力的情况下进行物品的快速运输,助力快递行业“最后一公里”问题的解决也有着重大意义。
我们的实践团队完成了一架大载重高效率无人飞行器的设计制作、试飞验证,并在验证机试飞结果基础上,针对试飞中所体现出来的问题优化了飞机设计,对飞机结构进行了一定的调整,从而提高了飞机整体的载重量和载重效率。
7月3日,团队队长组织大家,进行了任务的初步分配,提出了基本的要求,将队员大致分为机身组,机翼组,尾翼组,动力组。大家充分利用已学的工程制图和空气动力学知识,积极交流,大致确定了飞机的尺寸和外形。根据设计,飞行器总体布局形式选用常规布局,上单翼,翼展约5.5m、长度2.1m,主翼翼型选用MH115,翼载荷100g/dm²。机身设有两个11.5L的货舱,每个货舱可载重11Kg。定好目标,大家都干劲十足地投入到了工作当中,各组成员利用SolidWorks等建模软件同时绘制机翼,机身,尾翼的三维图。
为了在使用同级别动力系统的条件下实现拉力的最大化,动力组成员对市售多款发动机进行了多方面的对比,综合考虑性能以及价格等因素,最终确定了21级车用二冲程甲醇发动机配合减速组的基本方案。
图为CAD绘图 大学生网报通讯员 皮俊杰摄
7月4日至7月12日,团队制作零部件同时也开始组装各部件。由于飞机零件如翼肋,外形复杂,机翼与机身对接接头、平尾与机身对接等处配合尺寸精度要求高,如果采用传统的手工切割方式下料获得所需零件,不仅难度大、生产效率低,而且零件质量难以达标。所以,团队充分利用航空特色科技创新基地的激光切割机对不同厚度的轻木、层板进行切割,从而得到所需木制零件。飞机大部分零件,包括翼肋,斜撑,樯,前缘木条,后缘木条等由光切机加工。此外,由于载重飞机对机身的强度、重量要求,一些部位需要使用到一些碳纤维零件,团队借用了航空学院的数控铣床,加工出了飞机所需要的碳纤维零件。在这一过程中,团队成员们充分认识到了平时学习的CAD绘图技术的巨大作用。
图为光切机床操作 大学生网报通讯员 皮俊杰摄
机翼制作包括拼翼肋,粘接斜撑,制作主梁,蒙板,蒙皮等操作,尾翼与机翼制作过程相似。机身制作先粘接好切割的零件,形成大致框架,在与发动机、机翼、尾翼连接部分使用碳板加强。
机翼主梁上下表面使用碳片加强,同时中间填充轻木板,靠近翼根位置填实,靠近翼尖适当镂空减重,整体加腹板,绕一层凯夫拉线,后涂慢干型环氧树脂 。利用型架将翼肋,樯,主梁等平面组合件置于型架上保证相对位置,以及飞机气动外形。在完成机翼框架基础上,使用瞬间粘接剂将轻木蒙板固定在翼根和主梁与前缘之间。副翼则以XPS泡沫为主体,使用环氧树脂粘接玻璃纤维、碳丝以加强韧性、强度。尾翼与机翼制作相似,但也有不同之处。由于采用全动平尾方案,平尾与机身连接部分需要采用轴承,保证转动顺畅。前机身使用碳方管,碳板加强强度,后机身使用碳片,连接尾翼部分。
图为机翼加工 大学生网报通讯员 皮俊杰摄
试飞是对飞机设计与制作环节的最终检验。如果发生重要受力部位强度不足、舵面效率不够以至于无法完成必要的姿态改变、发动机熄火等情况,等待飞机的将是坠毁,这是我们所有人都不愿意看到的。试飞前一晚,小到每一颗螺丝,每一片翼肋,团队成员们都进行了细致的检查,确保试飞万无一失。试飞当日,伴随着发动机的轰鸣,飞机首先完成了空载试飞,紧接着又完成了携带载重的试飞。虽然在试飞过程中发现飞机存在俯仰操纵能力略有欠缺,但飞机最终还是完成了空载与带载的飞行任务。针对试飞过程中体现出的问题,团队进行了有针对性的改进,增加了平尾的面积,从而提升了升降舵量;减短了货舱长度,减少飞行时的压差阻力;与此同时增大前起落架的大小,降低了降落的难度。
图为飞机外场试飞 大学生网报通讯员 皮俊杰摄
在实践过程中,大家每天早上9点准时到基地,晚上11点离开基地休息,制作过程一共花费9天。在如此短的时间内完成一架大型载重飞机的设计与制作,不仅需要每一个团队成员牺牲休息娱乐时间在工作室挥洒汗水,更需要团队成员配合、分工、互助。
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