DIY旋翼机-讨论飞机承力部件选铝合金还是钢更好

我们肉眼看到的天空并不平静,飞机在天上承受的气流是变幻的,都要不停地给飞机的各个部位施加交变载荷。真正大强度使用的定型飞机的关键部件无不是钢的,铝合金承受的局部小载荷最终都要传递给钢件。很多朋友以铝合金做主要机件,连接还要靠钢螺栓,但钢和铝合金材质不同,两种材料材料本身固有的弹性模量不同,造成连接处很快就要被交变载荷冲击出间隙,造成结构失稳,这一点已经被前些年国内各单位大量仿制开发的美国快银系列超轻机的航空实践所证实,因此,该类型超轻机没有被预期的那样作为主要作业飞机推广。

航空爱好者制造的飞机绝大多数充其量做个本场闭合航线或小航线飞行,飞行强度和大飞机无法比,这样短暂的飞行是检验不出飞机机体寿命的,地面静强度加载实验并不能完全模拟真实的飞行,所以,近期老外真正的飞行员用以铝合金做机体的所谓“成熟”动力三角翼做环球飞行时在我国南方坠机身亡也就不足为奇,这就是为什么我们国家不轻易给外国小轻机发放适航证的主要原因。

前几年,我曾经亲眼看到泛美航校的飞机——就是视频中用玻璃钢制造的奥地利D—40,着陆中被阵风掀翻(驾机的是外国飞行教员)。所以,造旋翼机,在超轻机的重量限制内,尽量选用大排量发动机,同等设计强度,宁可牺牲一定重量,承力部件尽可能用疲劳强度更保险的钢材。我们不仅要飞上天,更要N次——直到永远平安回到地面才是我们共同的心愿和努力的目标!

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选择什么材料是由很多因素决定的,结构强度、重量、制造工艺、成本、安全等等因素决定的。从结构强度和安全上来讲,铝材不差,我坚持认为最总要的是结构形式。从空气动力学的角度看(对空气动力学了解甚少,流体学的很糟糕),我只能赞同的是越重应该越稳定,同时应该使用大功率发动机。可是另一个安全问题冒出来:旋翼的载重加大。(我们能买到的旋翼真的很好吗?)种种矛盾因素如何协调,最终决定了选择什么样的材料,什么样的结构形式。

通过这一段时间的学习和了解,个人认为旋翼机在空中时刻的两个主要危险因素是:

1,旋翼头轴承有脱开的可能。 虎牙兄弟的双轴承设计提醒的我。(虽然我还是觉得他这种设计不太合理,呵呵,还是对我有很多启发)。

2,旋翼的强度。应力最为集中的看上去应该就是旋翼,特别是旋翼与夹板的连接位置。这里的承力截面尺寸小而且受到的弯矩最大(我把旋翼简化成悬臂来考虑,一端固定,另一端受力,固定端的弯矩最大,应力应该最高)。所以对于第2点问题,我也总奇怪现在所看到的很多旋翼为什么大多是铝合金的? 而且也几乎没听到过旋翼空中折断的说法。所以按楼主说法,旋翼一定要用钢来造?

zshyf-h回复:

复合材料寿命趋于无限(书上说的),但是你的结构承力铝合金呢?最好的铝合金旋翼最长疲劳时间也就1000小时左右;铝合金结构件也好不到哪去;万一因为设计上有一点应力集中,铝合金结构件很快因疲劳而损坏。所以你们愿意用铝合金做结构件就去做,但道理我说明白了----生命是自己的,我是不会用铝合金做结构件,拿自己生命开玩笑的。

我们虽然选择DIY,但不等于粗制滥造;设计时要考虑旋翼机整体的疲劳问题;还要考虑旋翼机整体气动压力中心以及配平问题(是气动压力配平,不是配重)。徐斌先生双人旋翼机倒栽于高速上----我认为就是气动压力配平不好和仰角过大(大于失速角)导致的。

hhe回复:

说的对,选材由自己的设计目标来决定。即使设计目标是安全,也不一定非要做的很重吧。如果结构件非要用钢材,那旋翼机中最重要的旋翼首选就该是钢材了? 不是说不可以,只是借用楼主常用的经验证明法反驳一下你的观点。

zshyf-h回复:

旋翼选铝合金那是你们的选择,我的选择起码是玻纤。抬杠没用的,你们去看些资料,铝合金旋翼多少寿命?玻纤多少寿命?复合材料多少寿命?还是那句话,我不希望做个大玩具,而且也不希望自己的旋翼机只有几百、最多上千小时的寿命。用铝材做个大玩具玩1000小时左右也可以了。

hhe回复:

对于不合理或者武断的观点,我就是喜欢抬杠。疲劳寿命除了和材料本身性质有关以外,还依赖于制造工艺以及零部件使用时候的应力水平。只要结构合理,应力水平足够低,寿命就会增加。有一种设计方法叫做无限寿命设计方法,原理就是降低结构的应力水平到无限寿命应力极限之下。

ZBQ687回复:

DIY旋翼机-讨论飞机承力部件选铝合金还是钢更好

xuheyingsy回复:

首先航空铝材在我国合格的很难找到(不对外),都不是用于结构构造的,业余的基本上也只能进口,铝材不能焊接(要专业设备),结构强度不够。铆接也要有一定专业基础的才好,徐斌坠机就是结构强度不够的原因。 而钢结构不一样,钢管可弯,可焊接,加工设备到处都有,精度和强度可靠。可是空重大,450kg以下起飞重量,难以保障,最好设为600kg左右,需用大一点的发动机.由于空重大起落架设计时就要难得多,要有抗6G以上冲击才行(保命要紧)。

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