大型搞機教程（1）

最近決定做一個關於像真機航模設計、建模以及控制等方面的教程，並且有機會的話可以以此為基礎和大家共同學習一些更深入的東西。教程較長，會分多期更新，內容涉及像真機外形設計、氣動計算、動力學建模、控制方法，如果大家感興趣，還可以增加結構設計、三維建模等內容，大家也可以在評論裡提出感興趣的內容，我都會盡力滿足。本系列教程本著先總體後區域性的思路，多半會出現一些不加解釋的術語和沒有詳細操作的軟體結果，如果有不清楚的地方大家可在評論裡指出，將另行詳細解釋。

像真機算是航模裡特別有味道的一類了，對於喜歡航模設計乃至小型飛機設計的同學，我也建議從像真機設計入門，這應該是高效又不失樂趣的一種學習方式。這個系列教程我們準備設計一架波音787的像真機航模。客機作為常規佈局，機翼機身等部件分明，是最適合作為像真機設計入門的，而且波音787也很優雅不是嗎。

先放一下最終CATIA建模效果

首先需要明確這次我們做787像真機的原則：

在還原真機細節和降低製作難度之間尋求平衡，整體以方法討論為主，不過分追求細節。

直接開工：

1蒐集三檢視

首先肯定是找到靠譜的三檢視和若干真機照片。可蒐集到的三檢視多半都有一些具體尺寸上的區別，這時候需要找一張三檢視作為主要依據，其他三檢視做為補充和調整依據，細節或三檢視上描繪不清的部分則可以參考真機照片或根據自己的喜好自由發揮。

這是一本專門介紹波音787的書的附圖，所以選擇以這張圖為主

飛機模型生產商的塗裝附圖，這張圖也很精細，但由於沒有前檢視，只能用於參考和補充

2確定基本尺寸

對於像真航模來說，尺寸太小會導致製作困難，比如機翼太小以至於舵機等部件無法安裝，又會因為“裝飾重量”（指為提高像真度而使用的非必要部件的重量）佔比高而導致飛行效能差。尺寸太大又會極大增加製造、運輸成本，甚至會出現造好了連門都出不去的情況。根據以往經驗和喜好，我們確定這架像真機的翼展為2。4m。波音787的翼展為60m，所以縮放比例為25，飛機各部件尺寸均以這個比例縮放。在CATIA中測繪出三檢視，並將尺寸縮放為翼展2。4m。

俯檢視畫出了機翼投影形狀、升降舵尺寸及位置等

側檢視畫出了發動機位置、機輪大小、方向舵尺寸位置等

正檢視畫出了機翼及平尾上反角，機輪橫向位置等

在測繪外形的時候，不光是飛機主體尺寸和主要部件輪廓需要測繪，如輪子、舵面、發動機等大小及位置也都需要準確測繪，甚至窗戶、天線等增加細節的部件也可以測繪下來。而且各部件的安裝位置、輪廓邊界都要清楚且統一。統一的意思就是不能俯檢視和側檢視的機身不一樣長，三檢視應該是一個物體在三個面上的投影，所有的線條和尺寸都應該是可以完美匹配在一起的。如果在測繪過程中發現參考的三檢視本身就存在不統一的情況，那就多找幾張圖，從不同角度確認一下，最終定一個統一尺寸。

從三檢視我們已經可以獲得很多飛機尺寸資訊，統計如下

顯然上述引數還不夠我們構建出精確的飛機外形，因為對氣動效能有重要影響的翼型、機翼及平尾安裝角等資料無法從三檢視中測量得出，這就需要我們自己來設計啦。

3確定總體引數

3.1整機重量

首先我們已經確定了這架像真機翼展為2。4m，製作工藝為輕木為主、使用複合材料加強。根據飛機各部位尺寸和以往製作經驗，重量估計如下

這個重量是我們的設計初始條件，最終重量可能會與我們的初始條件有所出入，到時候再進行進一步的迭代和調整。

3.2巡航速度

一般航模的飛行空速為10~20m/s，根據以往經驗，我們將這架飛機的巡航速度定為17m/s。如果說為什麼是17m/s而不是16m/s，這其實就是根據我的個人喜好來定的，因為航模並沒有一定的任務需求，所以速度可以隨意設計。當然這只是一個單一的設計點，如果有更進一步的要求，可以在多個速度點進行設計。

4翼面設計

4.1機翼翼型選擇

根據我們繪製的三檢視，可以知道機翼投影面積為0。56m2。此處的機翼面積包括被機身遮擋住的面積，這樣計算的原因一是考慮到計算總升力時，機身也會產生部分升力，二是計算氣動力系數時，參考面積的選取對最終結果沒有影響。

綠色部分是外部可見的機翼面積，而我們使用的機翼面積是綠色加橙色部分

升力公式

以海拔500m空氣密度1。1679kg/m3計算，巡航升力係數為0。52，考慮到機翼稍部和根部的升力損失，二維翼型的升力係數應稍大於計算出的0。52。

雷諾數公式

根據測繪，機翼平均氣動弦為0。305m，所以巡航時的雷諾數在30~33萬左右。

因為機翼的受載大、內部裝置較多、且需要固定發動機，所以選擇最大厚度在12%及以上的翼型。

根據以上要求，選擇機翼基本翼型為EPPLER67，如有需要修改的位置可以區域性修改翼型。（具體如何選擇翼型將會另有文章詳述）

從形狀來看，這個翼型厚度較大，內部容積大，後緣沒有過分細窄，適合普通航模的製作工藝。

升力曲線及阻力曲線

從升力曲線來看，0°迎角時升力係數就達到0。5，明顯屬於高升力翼型，結合所需要的0。52左右升力係數來看，常用的迎角範圍應為-1~3°。從阻力曲線來看，翼型的低阻範圍約為0~3°，較好地契合了常用迎角範圍。

升阻比曲線及力矩曲線

從力矩曲線來看，-2~4°範圍內力矩係數保持平穩，對俯仰運動干擾小。

4.2機翼扭轉角設計

二維翼型和其組成的三維機翼是有一定區別的，並不能簡單的將二維翼型的合適迎角（如本例中要獲得0。52的升力係數，翼型應有0°迎角）作為機翼各截面的扭轉角。對於這種大展弦比機翼，分段確定扭轉角是十分必要的。

根據機翼外形在機翼上設定幾個截面，一般簡單的平直翼和梯形翼只需要有翼根和翼尖兩個截面就可以了，但是我們這次設計的機翼平面形狀較為複雜，需要多設定幾個截面以更好地控制機翼形狀。

因為機翼形狀本身具有轉折，所以在轉折處設定了截面。機翼外段較細長，所以也設定了截面加以控制，這樣除去翼根和翼尖一共有5個截面，可以在這些截面處設定扭轉角（幾何扭轉）來控制機翼升力分佈，當升力分佈越接近於橢圓時，誘導阻力就會越小。

根據測繪出來的機翼前後緣輪廓、上反角，在XFLR5裡對機翼進行建模，各機翼截面扭轉角先設定為初始值0°。使用定載分析解算機翼沿翼展方向的升力分佈，並將橢圓分佈同時顯示出來，調整各截面的扭轉角使機翼升力分佈趨近於橢圓曲線，結果如下

可以看到，在多個截面控制下，翼根處的升力分佈非常接近於橢圓分佈。而在靠近翼尖處，因為當地弦長很短，若要完全符合橢圓分佈勢必會導致當地機翼扭轉角和迎角很大，這樣容易發生翼尖失速而危害飛行安全，所以在翼尖處不強求符合橢圓分佈。

最終機翼在XFLR5裡建模如下

（未完待續）