滑翔伞 DIY 制作

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感谢大侠:derek。写的太牛了,灰常感谢啊!

想飞的愿望从来没有停止过。一直想拥有一双属于自己的翅膀。滑翔伞是最安全和可靠的个人飞行器,同时也是最适合个人 DIY 的飞行器。到查阅和学习相关空气动力学知识,再到结构受力分析,花了半年时间。各个细节都不能遗漏,因为关乎生命安全。同时又做了一些改进,为了能比现有的滑翔伞更安全。一个滑翔伞在solidworks 的帮助下终于出现在电脑里。

 

 

 

 

 

 

 

 

滑翔伞的投影形状是按照升阻比最大的翼型:椭圆形。

参考资料:http://aerotech.buaa.edu.cn/EFM/Introduction/Book02/02_03.aspx?v=0&p=0&d=0&k=Book02_02_03

其中也说明了椭圆形翼型的升力系数展向分布是一个常数。

展向阻力系数分布图:

 

 

 

 

 

 

 

可以看出阻力系数在展向上的“趋势”是平坦的,由此可以将其简化为阻力系数在展向上是一致的。这个资料是从一个1996年的实验报告获得:报告名称《spanwise variation in profile drag for airfoil in low reynolds numbers》 作者是 Illinois 大学的 James J.Guglielmo 和 Michael S.Seligt

 

升力系数和阻力系数展向分布的规律很重要,因为这两种系数的分布规律是滑翔伞后掠形状的计算所必须的。同时后掠形状也和悬挂绳的分布和阻力也有关系。后掠形状对滑翔伞在飞行中的稳定性和伞翼塌陷后的恢复有很大的决定性作用,所以一个好的滑翔伞就必须对后掠形状进行优化。

 

其中的Cell ovalization 以及panel correction 参考了外国网站的paraglider design handbook:

http://www.laboratoridenvol.com/paragliderdesign/index.html

 

打印的模板:

Rib and Horizontal Rib

 

 

 

 

 

 

 

UP surface:

 

 

 

 

 

 

Low surface:

 

 

 

 

 

 

 

用来在布上画线的小车笔:(轮子是两元买来的摩托车玩具上拆的,铁丝是拆衣架的,木头是捡来的树枝刻的),实验证明,有了小车的帮助,不再需要尺子就可以在布料上画出和模板一至的线迹。速度和效率提高了很多,此乃一大改进,自我陶醉一下。

 

 

 

 

 

 

用来裁布料的烙铁小车:(绿色的小车其实是在二元店买的磨刀石,烙铁60瓦,不过还是觉得功率不够,划的快一点的话布料都划不断),用烙铁割布料的好处就是割痕融化后凝固,自动完成了布料封边,杜绝了散边现象,当然有条件用自动激光裁剪机就更棒了,连模板都不用打印了。呵呵呵。有了小车的帮助,布料裁割也不再需要钢尺来定位了,速度和效率有了很大的提高,和画笔小车一样,此乃本人的一大发明。

 

 

 

 

 

 

世利牌工业缝纫机(大旋梭,一机多用,薄布,厚布通吃):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

悬挂绳索:(大力马纤维制作,世界上最强的人造纤维)

 

 

 

 

 

 

 

从左到右:300公斤拉力,200公斤拉力,150公斤拉力。(这个比市面上滑翔伞用的绳索还要强大,本人就是有点过于小心谨慎,呵呵呵)

 

 

 

 

 

 

 

大力马绳细节: 左边八编,中间十六编,右边十六编。(十六编是为了便于绳索的缝纫)

已经缝制好的组绳:缝纫的方法是上下叠加缝合,这种方法有的滑翔伞也采用,比如 ADVANCE 品牌(很有名的)。先用30公斤的力预拉伸,然后在5公斤的拉力伸展下测量长度,每根缝纫好后再用20公斤左右的力作拉伸,然后在5公斤力的张力下确认长度,没有预拉伸的长度会短很多,预拉伸完后,长度就会很稳定了。滑翔伞绝对不可以用弹性系数大的绳索,比如尼龙绳。

 

 

 

 

 

 

 

将风筝布蒙在模板上面用小车画笔进行拓扑:不再需要尺子定位,速度快了很多。

 

 

 

 

 

 

简易工作台:(一个挂衣服的架子上托着一张木板)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新买的风筝布: 44克/平方米,单面涂胶。气密性不错,很硬,虽然没有专业的滑翔伞布好,不过也还合格。

 

 

 

 

 

 

OMEGA 8 的绳索如下图:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我的组绳缝纫细节:

 

 

 

 

 

 

缝合长度:300公斤的是35厘米,200公斤的是25厘米,150公斤的是15厘米,应该还可以吧。

 

简易透气性测试装置(porosity test)

 

 

 

 

 

 

一个大桶,一个直的矿泉水瓶,一个重物。测试过程: 将要测试的布料用橡皮筋封住瓶口,橡皮筋要勒得很紧,不然结果会相差很大。在矿泉水瓶底加上重物。

 

 

 

 

 

 

 

然后将矿泉水瓶放入盛有水的桶中,因为瓶子底下已经挖有孔,所以水会慢慢的进入瓶子里,记录水到达瓶子某个位置所需要的时间就是透气性(porosity)。哇咔咔,天才!昂贵的透气性测试仪就这样被打败和抛弃了,可爱的经销商们,不要怪我啊,我也是无意中想出来的。

 

 

 

 

 

 

现在我们来讨论塌陷和恢复的过程。

 

当一个滑翔伞塌陷后,失去向前的速度,只有向下的速度,那么气流是垂直吹向伞底的,对于进气口而言,如果进气口没有因为折叠而关闭,那么进气口会因为冲击的气流而产生很大的气动压力,那么伞翼应该会在进气口强大的压力下快速充气而重新展开,但是实际情况并不是如此,伞翼并不是想象中的那样很稳定的展开,而有时候还会前马蹄形或后马蹄形震荡,这又如何解释呢?

 

那么我们可以假设一下,

 

假设1:在滑翔伞以某种速度下坠的时候,有一部份的进气口是处于进气状态,而另一部份的进气口是处于出气状态(至于为什么会这样,大家也可以自己去思考,我也不知道,因为这只是假设),这就解释了为什么伞翼不能展开的原因。

 

基于上面的假设,如果在进气口加上一个单向阀,应该就可以解决了上面的问题?这就是我的伞翼的进气口设计的基本出发点。

基于上面的假设,甚至可以推翻进气口越多伞翼越容易恢复的论点。这就是为什么前沿只有5分之2的长度有进气口的原因。

 

当然,上面的假设只是可能的一种原因,

 

还有另外一种假设:

假设2:

原因就是当滑翔伞以某个速度下坠时,全部进气口都不能正常迎向冲击气流,也就是全部进气口都不处于进气状态。

 

其实,假设2也就是假设1中最坏的情况,而且假设2比假设1 出现的可能性会小很多,所以优先考虑解决假设1所面临的问题。

假设3:如果滑翔伞下坠的过程中 A 挂点前面的伞翼前沿向上折起,那么也会出现全部进气口不能充气,假设3 是假设2的一个特例,针对这个特例,可以在进气口的前沿再加一个拉索,也就是在 A 组挂索前再加一个拉索,形成和 A 组挂索共同的作用,保证进气口的正常打开。

 

滑翔伞的设计绘图过程:

1.确定2.3米的弦长和4度的飞行攻角:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第二:

 

确定伞翼的前视弯度:

 

 

 

 

 

 

 

 

第三: 确定翼面的后沿:

 

 

 

 

 

 

 

第四:做出翼中性面曲面

 

 

 

 

 

 

第五:做出一个椭圆形,这个椭圆形就是翼型的尺寸参考。

第六:定出翼肋位置(蓝色的线段)。

第七:定出气流和拉力的夹角(绿色的)(这个计算用到了升力系数和阻力系数展向分布规律,和组绳阻力,以及伞翼的前视弯度)(这个决定了伞翼的后掠形状)。

第八:在翼中性面上做出弦长(长度参考椭圆)(紫色的)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第九:参考紫色的线段在Y 平面上做出两条曲线:(土黄色)

第十:用土黄色的线段做出两个曲面:

 

 

 

 

 

 

 

 

第十一:用刚做好的曲面切去翼中性面的前后就得出滑翔伞的中性面(其中已经包括了后掠形状的优化结果)是不是很漂亮?:

 

 

 

 

 

 

 

 

第十二:加上翼肋:

 

 

 

 

 

 

 

 

第十三:加上上下翼面:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第十四:加上组绳和刹车(完成):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

翼型在4度攻角(也就是trimmed 角度,此时的升阻比最大,以及在trimmed 速度26公里/小时的时候提供60-75公斤的升力)时的上下翼面得压力分布图(用profili软件分析得出)升力中心点在30%左右. 悬挂点的位置为A 8.5%, B 33%, C 73%:

 

 

 

 

 

 

 

 

伞翼弹性势能和内应力分布图(根据升力分布曲线得出的):

下面的图是悬挂点分别为 8.5% ,33% ,73% 的时候伞翼弹性势能最低时的势能分布图和应力分布图(这时候的应力分布上下前后最均匀,也就是说整个弦向上没有容易折弯的地方,伞翼可以在最小的内压下保持翼型,也就是说伞翼最不容易塌陷。此时的 3 个悬挂点受力分别是: A 45.9% , B 38.9% , C 15.2%.

应力分布图为什么要在伞翼的弹性势能最低时,这是因为伞翼只能作为弹性体来分析受力,而且三个挂点的最终受力值是当弹性势能达到最低的时候的值(这个不难理解,弹性势能总是在最低时才是稳定的)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

翼肋通气孔特写:(菱形的通气孔能最大限度的保留翼肋的强度)孔的尺寸在保证满足通气的情况下尽量小。 A ,B 挂点间的通气孔采用倾斜的方式排列,以保证上翼面的升力传到 A,B 挂点并维持上翼面的形状。

 

 

 

 

 

 

 

来一个材料的大合照,这些材料将在未来的两个星期变成滑翔伞,其中的 mylar 只用在进气口位置的翼肋,总重280克,其他的翼肋用普通布料斜向加固。

 

 

 

 

 

 

单向阀上的拉链:需要快速放气打开拉链,只在第一组和第四组上使用。

 

 

 

 

 

 

 

用别针先把需要缝合的部件连在一起。

 

 

 

 

 

 

 

后来发现用别针的方法并不好用,缝纫是一个需要很高技巧的活。

整个制作过程很慢,也很繁琐,有缝错的又拆了重缝。这是中间的 5 个气室。

 

 

 

 

 

 

 

缝纫机和台子,呵呵呵,简陋的说。

 

 

 

 

 

 

 

今天多了8个气室。平均一个多小时一个气室,太慢了。

 

 

 

 

 

 

 

 

今天到了红树湾大草地,晒伞。本来是想看看能不能逗一下的,因为没有一丝风,所以就变成了纯粹的晒伞了。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

拍摄的视频:

 

逗伞:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

视频:http://v.youku.com/v_show/id_XMzA2ODU3ODA4.html

为了提高操控性,和稳定性,滑翔伞前视弧形已经由 (Projected span / flat span = 0.81):

 

 

 

 

改为下面的弧型 (projected span / flat span = 0.775) ,只是在绳子上做出改动,伞头不需要改变。

 

 

 

 

 

改动后,伞头有更大的横向分力,对抗塌陷的能力会更强,而且同时对于刹车的反应也更灵敏。

 

改进后的逗伞照片:

 

 

 

 

 

 

 

视频:http://v.youku.com/v_show/id_XMzEwMDQ3MzY0.html

降落伞:

 

 

 

 

 

 

 

视频:

大梅沙沙滩试风,遇俄罗斯滑翔伞粉丝,一起疯。回来掏沙子。

视频:

大梅沙逗伞

 

文章来源:新浪博客 作者: derek

 

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