制作实物模型样机步骤方法

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当一个设计组,经过研究定出飞机完整外形(至少已有三面图形),加上其他初步的设想后,就可着手建造飞机的实物模型(样机)。建造这种模型的目的,主要使得设计人员及工程师们能够正确的调配和使用机内的空间。例如,座椅及货柜的安排,驾驶舱内的设计,机身内的管道、电线及缆索的安装,机翼前、后缘空间的利用,以及可活动部分的运动情形等等。其中构件、支撑件及机上任何设备都必须准确地安放在适当的位置,这是在一般工程图上无法准确做到的。这样可避免所有构件制造好或选购后,在装配时由于构件之间的位置干涉或者其它原因无法安装而必须返工,不仅造成经济上的很大浪费,而且耽误飞机整个研制进度。负责飞机总装配的技术人员,对此有着极其深切的体会。


实物模型基本上是飞机的整体或某部分的全尺寸模型,越是复杂的部分越是需要,例如,机翼及发动机区域。美国波音公司往往是采用制造全机的实物模型,如为波音 747、757 和767都做了全机实物模型。而洛克希德公司的 L-1011 宽机身飞机是把机身与机翼分开的,其机翼部分实物模型又名为“铁鸟”,翼面装有前缘缝翼和后缘襟翼,并装有可活动的设备及各种管道。这种实物模型是以金属为主,有些模型上是用木材。至于采用金属或者木材,完全看哪一种方便、经济,并无硬性规定。但需有一定程度的强度,能承受结构本身重量以及装配时工作人员的重量。另一个常见的实物模型是驾驶舱部分,如波音767的飞行员驾驶舱,因为必须确定舱内仪器面板和操纵系统的位置、风挡和窗户的视线以及座椅位置等,这是非常重要的一部分。这些工作单靠二维图形是无法设计、布置的。


一般情况下发动机以及机翼前缘和后缘处的操纵装置、电线、缆索、液压导管、防冰热气管等都要在实物模型中进行适当的安排。此外,为维护方便,还要在结构的某些地方开口。因此,如果没有实物模型的帮助,就很难做到有效的设计安排。


为使民航运输飞机在没有造出前,就能让航空公司以及其它使用人员能观赏到机舱内部的实景,以及实际旅客使用时是否方便、舒适等,也应制造一实物模型。这种样机做好后,再邀请有关人员上机“试坐”,这样可事先能了解乘客的意见,改进内部装饰、座椅设计和安排。另外,对于各种运输机(专门运输军用物资及车辆)也应做实物模型,这种实物样机可以用来做实际装货和卸货的模拟试验,如洛克希德公司的C-5A军用运输机,就做了这种模拟试验,以确保设计的正确性。


另外,在军用飞机上,还应考虑机枪机炮、炸弹及火箭等的安装,这些都须先在实物模型上预装。在战斗机上的起落架的收放运动比运输机更复杂(因为空间小),它们的运动机构和相关构件都很复杂,如无实物模型则难于安排妥善,保证设计正确无误。,经过各种模拟装配和模拟试验后,反过来再完善设计图纸。

从以上介绍的很多关于实物模型的应用情况,可知样机的作用有:
⑴改良或改进设计;
⑵有效利用空间;
⑶确保有优良的可达到性;
⑷将来能达到完善的维护;
⑸协助设计良好的密封物以及整流罩;
⑹使结构处于最佳位置,获得最有效的设计性能,并避免构件之间的干涉现象。

当设计工作进行过程中需要更动设计时,亦可参考实物模型,以便改进设计。


飞机总体布置图


随着飞机设计或研制阶段的进展,要制作不同级别的样机,如美国波音商用飞机公司把样机分作三级。

一级样机(Mockup ClassⅠ)

用最少的零件、廉价的物料制造全尺寸所设计的飞机。它供设计人员进行实物研究、熟悉机体情况并帮助工程设计小组分配各自专业设备的空间。

二级样机(Mockup Class  Ⅱ)

全尺寸质量更高的样机,供设计人员在发出设计图纸之前,检查设计内容时使用。各种导管、电线电缆、液压管路和操纵系统等都安装在内,以保证设计时给出足够的空间余量。制造此样机时使用高级木料、金属或塑料,其制造尺寸也非常接近实际公差尺寸。

三级样机(Mockup Class  Ⅲ)

全尺寸金属样机,用以规划和制订精确的制造工艺程序,所用材料几乎全部是生产用材料,所有结构和设备都按生产公差要求进行制造。这一全尺寸金属样机是以后飞机投产的原始制造依据,保证所制造飞机的外形气动要求,各部件的互换协调以及飞机的各项性能要求。

飞机样机的制作过程是极其费事和耗费资金及时间的工作,对飞机研制周期影响很大,是飞机制造过程中的关键环节。产品三维数字化定义首先是为解决这一技术关键而发展起来的。