炫彩机翼揭秘 北航限时载运空投参赛机的复材机翼

复合材料具有重量轻、强度高、抗疲劳、可设计等特点，与飞机轻质化、长寿命、高效能的要求不谋而合，因此在飞机上的应用越来越广泛。全球首款第五代战机F-22的复合材料用量占飞机总重的24%；到了F-35战斗机，其复合材料用量占飞机总重的比例提高至36%。民航客机复合材料的应用比例也日益提高，空客A380复合材料用量占飞机总重的20%；而被称为梦想客机的波音787，复合材料使用量高达50%，成为迄今为止复合材料用量最多的一个机型。

近年来，市面上采用各种不同种类的复合材料制作的航空模型越来越常见。北航航模队紧跟时代潮流，在航模上大胆使用复合材料。作为CADC大赛首个将复合材料大面积应用在模型上的团队，我们在结构、设计和复合材料的选用、工艺上都实现了巨大突破。在2016CADC中国国际飞行器设计挑战赛总决赛限时载运空投项目中，北航航模队参赛机采用的彩色机翼惊艳亮相，其复合材料用量达到了90%以上。这款机翼在减轻重量的同时不仅增加了强度，炫彩靓丽的外观更给模型增添了独特的美感。下面，就为大家揭开它的神秘面纱。

这款炫彩机翼最引人注目的莫过于色彩斑斓的D形盒。其核心部件采用了三明治夹层结构的蒙板，具有重量轻、刚性高和强度高的特征，能在保持力学性能的同时显著减轻结构重量。具体来说，这种三明治夹层结构由重量轻而相对较厚的芯材和两侧的两层薄而坚硬且具有刚性的面板组成。其中面板结构承受平面压缩和拉伸载荷；芯板则承受剪切载荷，具有高压缩强度和高剪切强度。综合考虑重量和强度要求，选择了泡沫作为蒙板的芯材、玻璃纤维布作为面板材料。

在D形盒的制作工艺上，我们采用了模具成型的方式。这种成型工艺的一大好处是，制作出的蒙板一致性高，不会出现手工蒙制蒙板时出现的机翼扭转问题。此外，模具成型蒙板表面质量高、平整光滑，可省去在D形盒外再蒙膜的步骤，进一步减轻了机翼的重量。

至于机翼展现的彩色效果，并不是机翼完工后再在表面喷涂颜料，而是蒙板成型前就在内部涂刷出了色彩。具体操作方法是通过往树脂中加入不同颜色的颜料，从而做出彩色的机翼。

機翼的内部构造，我们在复合材料的使用上也做了很多尝试。如机翼的主梁就有了质的改变，摒弃了过去采用的木材手工贴碳凸缘及木质腹板的传统工艺，采用了碳纤维和泡沫固化工艺成型的一体翼梁。这种新结构与新工艺，在减少翼梁重量与工艺步骤的同时，翼梁的强度有了很大提升。而在翼肋的制作上，虽然沿用了轻木拼接而成的木质构架肋，但将原本的木质缘条改为在翼肋上粘贴单向碳纤维，增加了翼肋强度。

副翼尽管尺寸不大，但作用却不小。特别是当模型在重载高速飞行的状态下，传统的木质构架副翼由于强度不足，副翼舵效很弱，因此对飞行安全影响很大。此外，这种构架式结构工艺步骤复杂、蒙膜难度较大。为此，我们改用实心泡沫外铺玻璃纤维布成型的新材料与工艺制作副翼。为保证强度足够，在玻纤布与泡沫之间，还编织了与副翼方向呈45°角的碳纤维网格，用最小的重量代价换取了更好的增强效果。这种方法同样应用在了D形盒的制作中。

通过对复合材料的大面积应用，使这款炫彩机翼具有许多木质机翼没有的优点。首先，重量更轻、强度更高，纯机翼结构（不加舵机和副翼）重量虽然不足300g，但在静力试验中却能承受三倍于设计过载的载荷而不发生损坏。其次，复合材料成型机翼工艺性好、制作耗时少，只需两天时间便可完成一副翼展4m的机翼。再有，采用模具成型的机翼，一致性高、易于装配，可轻松地实现在不同模型间互换。

复合材料在航模上的应用有着巨大的发展空间，我们也将在复合材料应用的道路上继续探索、前进。希望在未来的赛场上，能看到更多、更美丽的复合材料模型展翅飞翔！