讓航模設計師造一架能飛的真飛機,難度有多大? | 知乎問答精選

 

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讓航模設計師造一架能飛的真飛機,難度有多大?

2019年01月07日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 5 ℃ 次

【airbunny的回答(87票)】:

玩了快20年航模的表示,設計航模和設計真傢伙完全不是一回事啊!!!

比起傳統的飛機設計者和高性能無人機設計者來說,一個航模設計師一般缺少以下的一些能力:

首先是結構設計。對於航模來說,尤其是運動機,很多時候可以採取非常粗暴的方式設計結構。在完全無必要的地方使用堅固但沉重的層板,使用堆砌膠水的方法固定某些結構這些都是家常便飯。當然有的時候這麼做的目的是為了降低成本或者降低工藝複雜度,以及特別加固某些地方有利於承受粗暴降落(因為玩航模的人未必操縱技術夠好)。但對於有使用價值的飛行器來說,這麼做就很糟糕了。而且一般的航模結構效率都不高,因此實際上是沒法攜帶什麼載重的。當然航模也許除了一套FPV設備以外也沒什麼好帶上天的。但是對於有實際應用價值的飛機來說就不一樣了。而且氣動彈性問題航模上一般也是不考慮的,可是大傢伙上,這可是個讓人頭疼的事呢。

工藝和材料也是個問題。基本上航模的設計師在設計時能考慮到的材料也就是木材,或者是玻纖和碳纖的復材。但對於金屬材料,大約就是一問三不知了。怎麼設計半硬殼的金屬機體?航空鋁如何做鈑金?如何下鉚釘?金屬梁如何和機身連接?開口處如何加固?呵呵,咱們還是來聊聊世界和平的問題吧。在復材上也是。航模廠家對於復材的要求也不是很高,因此你想讓他們鬧清楚該用什麼什麼膠配什麼碳纖絲,該用什麼尺寸的熱壓罐多少溫度多少大氣壓,他們大約只會給你指指幹活的師傅,然後讓他憑著感覺來。即使是木材,航模設計師也未必多麼精通。因為尺寸和重量偏小,就是木材的材料性能都沒有完全發揮出來呢。

再次,設計氣動外形時的思路也會很不一樣。無論如何,就是在最差勁的飛機上也不會出現航模教練機機頭的這種簡陋到令人髮指的外形。

這麼做在阻力上的損失實在是太大了。但對於航模來說,想讓飛機推重比到1簡直易如反掌。所以這點阻力損失是可以接受的。而因為阻力上升導致的油耗增加,因為航模的單次飛行時間一般不到10分鐘,所以也可以接受。但對於有續航力要求的飛機來說,這樣的結構肯定不能考慮啊。還有垂尾容積,航模上一般也是算的比較簡單,所以多數都偏小。讀書時聽說過一個事情,一個教飛設的老師指著一張練習機的圖紙罵道:這麼小的垂尾你是要進尾旋的啊!可是那個練習機其實非常的好飛。航模上強大的動力把很多氣動設計上的問題都掩蓋了。因此壓根不需要認真考慮。當然做滑翔機,尤其是玩自由飛留空時間的那幫人還是需要好好面對這些問題的。但是這樣的人,如今太少了。這麼做在阻力上的損失實在是太大了。但對於航模來說,想讓飛機推重比到1簡直易如反掌。所以這點阻力損失是可以接受的。而因為阻力上升導致的油耗增加,因為航模的單次飛行時間一般不到10分鐘,所以也可以接受。但對於有續航力要求的飛機來說,這樣的結構肯定不能考慮啊。還有垂尾容積,航模上一般也是算的比較簡單,所以多數都偏小。讀書時聽說過一個事情,一個教飛設的老師指著一張練習機的圖紙罵道:這麼小的垂尾你是要進尾旋的啊!可是那個練習機其實非常的好飛。航模上強大的動力把很多氣動設計上的問題都掩蓋了。因此壓根不需要認真考慮。當然做滑翔機,尤其是玩自由飛留空時間的那幫人還是需要好好面對這些問題的。但是這樣的人,如今太少了。

航模的飛行速度一般比較慢,所以空氣還可以當作不可壓縮流來看待。但是飛行速度上來以後肯定要考慮壓縮性,這時候很多事情就麻煩了。可實際上,除了玩競速機的人以外,一般的航模都飛不到要考慮壓縮性的速度上,所以也罕有人會考慮這點。

對於一些飛機上常見的結構,可能航模設計師壓根就沒概念。比如如何操縱飛機的舵面,他們肯定會說各種舵機啊,Futaba,JR,Hitec的如數家珍的講一通。可是你說作動筒,大部分人會傻眼。舵面上要加質量補償,估計也是大多數人不知道你在說些啥。甚至連什麼是鉸鏈力矩都未必清楚。很簡單,這些東西在航模上完全沒有任何使用的必要啊,他們自然也不會去想了。

此外航模設計師恐怕相當缺少的一種能力就是工程能力。設計航模的話,一本上一個人就夠了。頂多和工廠的師傅交流下工藝問題,或者和有經驗的操縱手交流下飛行性能(實際上很多航模設計師自己的飛行技術就不錯),剩下的設計師一個人包辦就成了。土豪們也許還會招個製圖員。可是設計真實的飛機,就絕不那麼簡單了。除非是那種home build plane,否則設計一架飛機的分工還是相當精細的。總體、氣動、結構、控制……這是一個系統工程,而不是一個個人英雄主義逞強的事情。就是牛到波特魯坦那樣幾乎全場單挑的主,把他的手下人都撤走了,他也什麼都做不了。

可靠性工程上,航模設計師更是幾乎壓根不會考慮的。為什麼?一架航模,單次飛行時間10幾分鐘,頂多了20多分鐘。飛行100個起落也就到壽命了。可是這點壽命,哪怕是對於粗製濫造的無人機都是不可忍受的。在美國,不能保證飛300小時不摔的無人機都不好意思和人打招呼(實際上軍方也不會買)。而對於載人的飛機來說,航模標準的安全性更是要命的。

至於行業標準就更不用說了。適航是什麼,能吃嗎?冥航腫菊又是啥?為啥我的飛機上天要先給他打招呼?看看,玩航模的就是這樣了。

所以對於一個航模設計師來說,設計需求和飛行器尺寸的特殊性,使諸多問題是他們無需考慮的。因此,一般的航模設計師大約能設計到的極限也就是無需適航的home build plane,或者一些超輕型飛機。其中高手大約可以搞搞大些的傢伙,也就是輕型飛機級別或者中型的無人機。至於那些有商用價值的飛機……咱們還是接著聊世界和平問題吧。-_,-

最後,謝喵(邀?)~

【張水的回答(27票)】:

一看大小,二看速度,三看性能。說白了要讓飛機飛起來就三點:結構不散架還不太重,發動機推力能帶到足夠的速度配合翼型能產生足夠的升力,飛起來了操作者能控制得了飛機。

以下分析全部按照超輕型飛機,即重100-300Kg,最多容納兩人,長度不超過10米,速度不超過200公里來說。

1. 結構方面最適合用桁梁式結構,框架結構的設計也有。

##桁梁式結構可以理解為航模飛機外殼放大,內部加兩根主梁跟一個座位,當然材料就得上LC4鋁等金屬了。

##用木頭做的話表面看容易了,但是木頭做的主梁強度太低,得用框架式結構,更費工。

##蒙皮嘛,框架式結構直接上帆布,桁梁式的不追求高(zhuang)大(bi)上的話,沒有蒙皮完全不礙事。如果跟航模製造廠關係好能請人開模做樹脂蒙皮那就更好了。超輕型飛機的蒙皮美化效果遠大於使用價值。

##總體強度是不需要擔心的,只要地上滑動不散架,不需要擔心空中解體。

##重量問題比較麻煩,土飛機飛不起來多半就是造飛機的不懂受力設計和計算,結果造的太重,這個是需要一定的知識儲備的。不過壕可以考慮直接買LC6工字擠壓型材,強度絕對綽綽有餘,需要考慮的是怎麼說服操作者相信這種看似單薄的結構強度怎麼會夠。

2.速度不超過200公里,高度不超過500米,按照市場上能買到的民用發動機的水平,推力應該都是過剩的,基本不需要考慮氣動阻力,稍微修修型就行,如果不裝蒙皮裸奔的選手連這步都省了。

##螺旋槳是個大問題,船用的不合適,航空用的手工不太可能做出來,跟航模的差別很大,無法借鑒。

##用汽油發動機就必須配減速器,能傳動100馬力的減速器,這個調校跟壽命,唔……

##用電動機?確實不需要減速器,不過功率放大後的電動機——我覺得這個電動機的錢足夠直接買小飛機了。

##升力係數主要看翼型,這個可以直接查NACA,層流翼就別想了,選個薄翼型,允許公差大的,NACA手冊的數據都很詳細。跟航模飛機比,我是沒見過大的航模,小航模的翼型見過的都很粗糙,肯定是不能直接套到大飛機上的,這方面要考慮的是怎麼造而不是怎麼設計,大翼公差要求高,手工照著圖紙做出來的東西很難好用。

3. 性能方面。

##大翼要有個3-5度上反角,垂尾/平尾得有個1、2米廠,滾轉跟俯仰穩定性不會太差的,偏航嘛——我覺得不是大問題。

##副翼反效和氣動調整片對超輕型飛機來說太高端,不用考慮。

##操作桿最好帶點助力,要求不高,汽車轉向助力足以。

總之造個能飛的飛機不難,區別只在風險高低。不過想戰翻二戰前的飛機……不說別的,他們的發動機普遍能戰翻現有的民用發動機——那時候要求的最大功率和高空性能是汽車發動機根本不會考慮的性能,而航空活塞式發動機,其到二戰末期就已經達到巔峰水準了,後面的改進基本都是成本和經濟性改善。而金屬蒙皮工藝、增壓座艙這些都是土法造飛機不可能達到,也不需要用到的工藝。

題主說的《鳳凰劫》我沒看過,只能根據豆瓣影評和題主發的幾張圖推測,如有誤勿噴。

1. 第二張圖似乎是飛機手冊,推測是給出了飛機的升力係數的,根據這個計算飛機升力毫無難度,關鍵是看懂手冊。

2. 失事飛機似乎兩個大翼和發動機、螺旋槳都在?造大飛機第一難是動力裝置,第二是機翼製造公差,至於機身,說實話只跟舒適性有關,只剩幾根骨架都能飛。

【王玉良的回答(14票)】:

說句不好聽的,看到玩航模的孩子們用推重比那麼大的發動機

我真的在想,你們到底是在造飛機還是火箭?

飛機靠的是機翼產生的升力,火箭靠的反作用力。

你確定玩航模的孩子們的航模上的機翼不是放大號的平尾?

【浩浩的回答(8票)】:

之前和一個北航飛設專業的小夥伴試圖設計過一架飛機,後來不了了之。發現問題確實很多。

比如控制器,我可以去做一個小型飛行器的平飛穩定的自動駕駛儀,但問題是,傳動用純電傳還是液壓動作筒?液壓系統應該怎麼在這麼輕的飛機上做多餘度?是否有合適的液壓筒?是否可以保證穩定性。

飛行器的材料如果資金衝突其實是沒有太大問題,但是設計-組裝-調整的週期太長。成本太高。

動力系統的選配和動力屬性需要大量的資料支持。

氣動模擬什麼的倒都不是太大問題,然後關於金屬疲勞仿真什麼的心裡一點底都沒有。

差的更多的是經驗和錢吧。

【東郭的回答(17票)】:

基本不可能。

1、設計思想方面。大飛機與小飛機的設計思想就不一樣,更不用說飛機與航模了。由於結構簡單質量輕,航模根本不用考慮結構強度和人的生理約束對過載的限制,航模只需要可以在一定的範圍內飛行就好了,而真正的飛機設計要考慮的因素很多,每一種設計方案都是對各種影響因素的權衡。

2、動力方面。飛機飛行速度增加一倍,發動機功率就要變為原來的8倍,飛機飛行速度大,對推力的要求就更大。現在航空發動機的推重比增大真的很困難,因此要充分利用發動機的推力,襟翼副翼等升力部件必須要設計得非常好才能產生足夠大的升力。但航模由於動力充足,就沒有這方面的顧慮。這就是為什麼很多航模能夠飛出真正飛機做不到的詭異動作。

3、結構強度方面。由於尺寸效應,飛機需要對結構設計進行優化,從而在滿足強度要求的情況下盡可能降低結構質量。有句話叫「為減輕每一克質量而奮鬥」,但航模不需要顧慮那麼多,很多時候用帶骨架的泡沫、塑料或者木質結構就能滿足要求。

4、控制方面。航模一般都由人在地面控制,直接遙控伺服電機就能操縱舵面控制飛行。航模飛行中所受干擾少,所以控制起來簡單。但飛機飛行時,氣流複雜,舵面所受的反饋力矩大。應對複雜的飛行狀況,光靠人是不行的,飛機中有複雜的助力系統和控制機構,甚至還有自動控制自主飛行的能力,這都是航模所沒有的。

5、安全性方面。航模成本低而且無人,所以偶爾一些小故障是可以接受的,也是在所難免的。但飛機的製造成本高,而且關乎人命,同時飛行速度快危險性大,因此必須盡可能把風險降到最低。飛機上很多關鍵部位的機構都不止一個,是有安全裕度的,一個壞了另一個立即參與工作保證飛行安全,航模實在不行了可以強行著陸然後回收修復,但飛機可不能輕易墜毀。

以上是我的一些看法,很不全面,因為飛機設計是一個很大的系統性工程,需要很多專業人士設計幾年才能完成。像燃油系統和經濟性這些方面我都沒有提,因為實在是才疏學淺,不過可以看出的是,要讓航模設計師設計飛機,實在是太難太難太難太難太難太難太難太難太難太難太難太難太難太難了XD

【知乎用戶的回答(0票)】:

航模設計基本上就是給板磚足夠大的推重比就可以飛上天的水平吧。

正宗飛機要麼要省油,要麼性能要好。基本上可比性很小很小很小

【喲喲的回答(8票)】:

航模和真飛機區別主要在動力上面,航模的動力,不論是電動,油動,還是渦噴,動力都是大大的富餘的

所以航模可做各種吊機,翻滾,所以不太需要考慮什麼翼面升力,氣動模型什麼的。

如果材料發動機過關,真要造根據現有的圖紙,應該問題不大,問題是你敢飛嗎?

另:知乎日報上面曾經看到過一篇文章提到過有一個深圳的工廠,專門提供全套木質飛機套件,價格不貴10W以內,剛找了一下實在是想不起網站了,有知道的麻煩告知一下。

終於找到了,www.mini-max.cn

【張坤的回答(0票)】:

這樣看什麼樣的飛機了,要是僅僅只需要飛起來,我覺得沒多大問題,自己找找農民造飛機,就可以瞭解了,但是如果需要設計合理,飛行安全等等等等,那別說玩模型的,就是天天玩飛機的,自己來這麼造一個也挺麻煩的。但並非不可能。

【王玉良的回答(0票)】:

首先定義一下「真飛機」,噴氣式能安全載人的飛機。

如果航模是小學數學,那造真飛機就是現代數學,除了都是數學,好像關係不大。。。

同理,航模和真飛機,除了都是人造飛行器,好像也沒啥關係。。。

【蔡和銘的回答(0票)】:

就好像你玩船模,用的是遙控器,你覺得還可以,你真的想開開真船嗎?估計你連劃漿都難。

【夏爾謝夫的回答(1票)】:

玩航模的都經歷過「提控回家」吧。

這要是真飛機就上晚間新聞了。

【Center的回答(1票)】:

親,你敢做航模設計師做出來的飛機麼~貌似航模大多數都是以墜毀結束自己的生命…

【航笛的回答(3票)】:

如果你指的是及其簡易的那種航空器,那沒任何問題。如果你指的是你能看得上眼的那種飛機??,幾乎沒有任何可能。飛機製造屬於高端製造業,涉及的工程學科繁多,只有建立了航空工業體系的國家才有設計生產製造的能力。

【柴健翌的回答(0票)】:

看了這段視頻你就有概念了....

設計已經有很大障礙了,還有實際的建造問題,哪裡搞材料哪裡搞配件,安裝工藝怎麼辦

【720P】黑科技:非洲人民也要造飛機

【ACI字幕組】

【知乎用戶的回答(1票)】:

我不知道難度多大,我感覺應該很大很大。

因為模型只是個非常簡單的實現原理的最原始的原型而已。

比如汽車模型,用到內燃機或是電機,用到連桿機構,用到齒輪就可以跑了。

真正的汽車是在這些原型上面經過百年的琢磨改進的,設計時應該會考慮用途?那麼會更具這些用途考慮:發動機的選擇,位置,使用壽命,安全性,動力; 考慮舒適度:用那種避震系統,座椅大小位置材質; 考慮外觀風格,內部裝飾,整體的統一性;考慮安全性能......這些所有的設計又都互相影響與牽制,得找到個平衡點。還要考慮到成本與價格及市場......

飛機也許更麻煩。

航模設計師要造真飛機,那應該能應付這麼多的挑戰才行。

【李宇的回答(4票)】:

來,跟我念,

只要推力大,板磚飛上天!

只要推力大,板磚飛上天!

只要推力大,板磚飛上天!

【airbunny的回答(2票)】:

讓四驅車製造商生產出一輛能開上路的汽車試試?

【知乎用戶的回答(0票)】:

我覺得難度主要在強度、動力和操縱上。

動力就不多說了,航模和大部分小型飛機動力問題都不大,主要是發動機重量。

操縱問題如果僅要求能飛的話油門、俯仰、滾轉、偏航四個夠用了,甚至偏航可以捨掉。高度、速度、姿態等參數用人的感覺也能湊合。

最不好解決的就是強度問題。航模的很多零件什麼的飛行過程中幾乎都當做剛體,沒有變形或者變形很小。真機就不行了,氣動力、重量等和航模都不在一個數量級上,材料使用受到很大限制。還有一個問題就是預應力,航模很多東西都是強行連接的,很多地方都是膠水粘的,真機上可沒有這麼強的膠水,也不會允許預應力的出現。

題主提到的算升力其實情況恰好相反,航模雷諾數小反而不好算,單就氣動設計的話設計航模的去捨設計真機難度不大。

【飛翔的回答(0票)】:

氣動原理都差不多,差距主要在重心的測定,因為真飛機不可能讓人拿手上去試重心

【哲生的回答(0票)】:

樓主先讓民間造個2000馬力發動機再說

標籤:-飛機 -航模


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