制作航空模型的材料和工具

2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材制作航空模型的材料和工具航空模型的材料制作航空模型所用的材料品种很多，有木材、竹材、塑料、复合材料、纸、纺织品等非金属材料，还有少量的铝、钢、钛合金等金属材料。一、木材和竹材早期的模型飞机几乎全用木材或者竹材做骨架，上面再蒙上纸或者蒙上很薄的织物。现代的模型飞机，虽然应用大量的新材料，特别是各种塑料，但到目前为止，木材和竹材仍然占有相当重要的地位。木材和竹材的优缺点：木材和竹材不但具有材料好找、价格便宜、加工容易、粘结方便等优点，而且有着较高的比强度。比强度是指材料的极限强度和材料的比重之比。例如松木顺纹拉伸的极限强度是800千克力／立方厘米，普通钢是5000千克力／立方厘米；但松木的比重是0．52克力／立方厘米，钢的比重是7．8克力／立方厘米。所以，钢的比强度是5000／7．8=641；松木的比强度是800／0．52=1538。可见，松木的比强度大约是钢的2．4倍。木材的比强度高对于航空模型来说是一个非常显著的优点。但是，木材和竹材有三个较大的缺点：第—，木材和竹材有木纹、木节、竹节等，这会给强度带来损害。但木纹不见得全是缺点，正确地选择木纹，对增加模型飞机的强度会有很大好处；第二，木材和竹材当它的含水量变化的时候往往发生扭曲变形，这会给模型飞机的性能带来不利影响；第三，目前用于模型飞机的木条和木片，大多是用电锯加工的。用这种方法从圆木加工成材，出材率大约只有20％-30％，也就是说有大约70％的材料浪费掉了。模型飞机常用的木材。模型飞机的不同部位要采用不同的木材。制作翼肋、蒙皮、缘条、整形件等，要采用比重很小而又有一定强度的木材。我国常用泡桐木做这种材料，它的比重大约是0．28克力／立方厘米。对于高级的2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材模型飞机可以使用轻木(巴尔萨)，它的比重大约是0．15克力／立方厘米。但我国只有西双版纳出产轻木，价格比较昂贵。制作翼梁、机身桁条等受力部件，要采用比重不一定很小而强度较大的木材。常用云杉、红松、椴木做这种材料，它们的比重约是0．5克力／立方厘米。制作螺旋桨和发动机架，要采用有较大强度和硬度的木材。常用桦木、柞木、层压板等。制作框架、局部加强片、机身头部或翼根的蒙板等，要采用各向同性的层板。常用的有0．5毫米厚的三航空层板、2毫米厚的五层航空层板和3毫米厚的三层椴木层板等。木纹纹理的正确选用。从圆木的不同位置锯出来的木片有弦切木片、径切木片、斜切木片等三种。弦切木片。这类木片不稳定，干燥后容易产生翘曲。因此，一般不用这类木片制作模型飞机。在锯圆木时要合理下料，尽量减少出现弦切木片。径切木片。这类木片的横向强度小大，容易变曲，不宜用来制作平板零件。如果要用它制作平板零件，必须在结构』二加强横向强度，可以通过增加同木纹垂直的加强条来解决。这种木片却是制作曲面蒙皮的好材料。斜切木片。这类木片的剖面木纹是倾斜的。木纹倾斜45~时最稳定，不易变形，横向受力也比较好。这类木片适合制作平整的平板零件，比如整体的水平尾翼、垂肓尾翼、航空面、后缘条等。竹材的特性:从性能上看，竹材同木材相比有三点不同：第一，竹材的比重大约是0．9克力／厘米’，一般比木材大；第二，竹材顺纹抗拉强度大，大约是2000千克力／立方厘米，是木材的4—5倍。它的抗拉强度比普通铝还要大；第三，竹材2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材容易弯曲，加温后可以弯成各种复杂的形状，而木材是做不到这一点的。使用竹材一般要削去竹肉，只要竹青和竹皮部分。二、塑料和复合材料塑料和复合材料的比强度高，化学稳定性较好，不容易变形。一般塑料的比重大约在0．83-2．2克力／立方厘米之间，大约是铝的一半。泡沫塑料的比重只有0．02—0．03克力／立方厘米。因此，塑料和复合材料是在航空模型中除木材以外使用最广泛和最有发展前途的材料。虽然它们还不能在航空模型领域内完全代替木材，但它们所占的比例肯定越来越大，并对航空模型的发展产生积极的影响。航空模型常用的塑料和复合材料有硬质泡沫塑料、注塑件、板材热压件、玻璃钢和石墨纤维等。此外，还有热缩型的塑料蒙皮，它将逐步代替传统的绵纸和尼龙绢蒙皮。硬质泡沫塑料。常用的硬质泡沫塑料有聚苯乙烯硬泡沫塑料、聚氯乙烯硬泡沫蛆料、聚氨脂硬泡沫塑料、聚苯乙烯硬泡沫塑料吹塑纸。在航空模型中硬质泡沫塑料是使用最多、最有发展前途的塑料材料。可以根据模型的不同要求，选择不同强度和比重的泡沫塑料。加：工：硬质泡沫塑料很方便，可以用加工木材的方法进行，也可以用电热丝切割，还可以用模塑的方法成批生产。注塑件和板材热压件。可以用于注甥件和板材热压件的材料很多，常用的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、尼龙等。在航空模型中注塑件主要用来制作螺旋桨、桨帽、整流罩、发动机架、各种接头和摇臂等。也有整架模型飞机都是注塑的。注塑件的特点是可以制作各种复杂的零件，大批生产效率高，成本也较低，但由于模具较贵，不适宜少量或单件生产。2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材板材热压件。它可以用来制作薄壳机身、舱盖、罩壳、翼尖等。生产这些塑料零件的设备简单，模具费低，因此，可以组织小批量生产。玻璃钢。它是用玻璃纤维和树脂胶结合而成的复合材料。它在航空模型中可以用在木结构的局部加强和表面加强上。也可以用在硬泡沫塑料的表面加强上，形成复合夹层结构。还可以单独制作成薄壳件，如机身、整流罩等。它的特点是强度大、重量轻、加工成型方便，适合单件生产。石墨纤维。在航空模型中用在结构的局部加强上。它往往同树脂胶结合使用，利用预制的石墨纤维树脂片，贴在翼梁或其他需要加强的部位上。三、其他非金属材料纸。常见的书皮纸、绘图纸、白板纸、卡片纸等，都有一定的刚性，可以用来制作小型纸模型飞机的机翼、尾翼、机身等。绵纸。可以用作构架式模型—龟机的蒙皮。在大多数情况下，绵纸蒙皮要刷上涂料，以保证它的气密性和张紧度。有一些初级构架式模型—龟机用拷贝纸、打字纸、油封纸、卷烟纸等制作蒙皮。用这些纸可以不刷涂料，因为这些纸的气密性比绵纸好得多，而且蒙好以后只要喷上一点水就会张得很紧。用作蒙皮的纸最重要的是抗拉强度要好。近年来出现了许多新型纸张，其中有一种是类似布的“不织布”纸，用来做模型·电机蒙皮很有发展前途。因为它的强度接近于布，比纸大许多倍，气密性也好。纺织品。有些较大的构架式模型飞机，用生绢、绝缘绸、尼龙纱等纺织品制作蒙皮。这些蒙皮不但重量轻，而汁强度大。还有一些新型的伞翼机、帆翼机和其他柔性机翼的模型，它们的机翼多使用气密性较好的轧光尼龙绸或涂胶尼龙绸。橡胶。在模型飞机上，橡胶材料主要用来做动力橡筋，其次是橡胶机轮以及使用甲醇燃料的橡胶软油箱和泡沫橡胶减震垫等。2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材四、金属材料除了极少数的全金属模型—电机以外，金属材料在模型飞机上使用的数量不大。铝。如果不算发动机，在模型飞机上．-使用的金属材料中以铝合金为最多。如橡筋动力模型飞机的硬铝管机身、自由飞模型飞机和竞速模型飞机的铝合金前机身，还有铝合金整流罩、摇臂、机翼插销、起落架、发动机架等。近年来出现了铝箔蒙皮。这种蒙皮是把铝箔蒙在木板上或泡沫塑料芯子上做成的。铝箔蒙皮的结构强度大，抗侵蚀性能好，而且在阳光下闪闪发亮，模型飞机飞到很远还能看到它。钢。在模型飞机上所使用的钢材除螺丝钉以外，主要是各种钢丝。如线操纵模型飞机的操纵钢丝，一般用直径0．25-0．5毫米的单股钢丝，也有用合股钢丝的；机翼连接用钢丝，如FIA国际级牵引模型滑翔机FIB国际级橡筋动力模型飞机的机翼接头，一般用直径2-4毫米的弹簧钢丝；起落架用钢丝，模型飞机的起落架大都用弹簧钢丝制作，钢丝的直径决定于模型飞机的大小和起落架的结构形式，一般用直径为2-3．5毫米的。另外，还用到马口铁，一般用来制作油箱。铜。薄铜片主要用来制作油箱，其他铜材主要用来制作摩擦件和油管等。钛合金。钛合金轻而强度大，近年来广泛应用在模型飞机的承力部件上。航空模型常用的金属材料性能见下表。五、粘合剂和涂料粘合剂粘接是在制作模型飞机过程中进行结合加工的主要手段。在所有的模型飞机结构中，除了要经常拆装的部件外，很少有使用钉子和楔子连接的地方。因此，粘合剂就成了制作模型飞机不可缺少的重要材料。在模型飞机制作中常用的粘合剂有快干胶、乳胶、各种合成树脂胶和酪素胶等。快干胶。这是一种在木结构模型飞机上使用最普遍的传统的粘合剂。快干胶是用喷漆稀料或者丙酮等溶剂溶解硝酸纤维素(如乒乓球、可燃性照相底片或其他赛2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材璐珞制品)制成的，它的特点是在常温常压下干燥快，不怕水。它的缺点是在干燥过程中挥发出有害的气体会污染空气，而且容易着火燃烧。另外，快干胶不能粘接聚苯乙烯硬泡沫塑料。乳胶。也就是聚醋酸乙烯乳液。这是一种粘合剂，目前使用十分普遍。它的优点是本身虽是水溶性的，但固化后不溶于水。在它固化的过程中对空气没有污染，不易燃。缺点是固化时间长和固化后不能长时间浸水。乳胶不仅可以用来粘结木材，还是硬泡沫塑料的理想粘合剂。乳胶稀释后还可当作涂料使用。合成树脂胶。合成树脂胶的种类很多，如环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚脂、脲醛树脂、聚氨酯胶(即“乌利当”)等。其中环氧树脂胶对木材、金属、陶瓷、玻璃、橡胶等都有很好的粘结性能，只是对塑料差一些。它可以在常温常压下固化，收缩率很小，不怕水，稳定性好。因此，在航空模型制作的各种粘合中，使用环氧树脂都有良好的效果。环氧树脂同玻璃布结合使用可以制成玻璃钢零件。常用的型号有E—5l(即618)，E—44(即610)，E—42(即634)等。不饱和聚脂的流动性比环氧树脂好，多用来制作另一类玻璃钢零件。酚醛树脂和脲醛树脂在航空模型制作中主要用来粘结木材。聚氨脂胶用来粘结软性泡沫塑料。502胶。502胶是一种Q-氰基丙烯酸脂类粘合剂。它是一种无色透明液体，使用很方便，不需加热、加压、在室温下就能迅速固化；可粘结金属、玻璃、橡胶、木材、塑料(但聚乙烯、聚四氟乙烯不能粘结)等。502胶的耐水性不好，固化后很脆。由于胶液很稀，付于多孔性的材料容易渗透，因此，并不是很好的木材粘合剂。酪素胶。这是一种在航空工业中使用了多年的木材粘合剂，后来也在航空模型中广泛应用。但由于使用不方便，目前已被新的粘合剂所代替了。不干胶。也叫做压敏胶。它是一种不用等待固化就有良好粘结强度的粘合剂。在航空模型套材中被广泛应用。涂料2014年克拉玛依市科技局计划项目《依托科技制作与发明培养中学生创新能力的实践研究》---校本教材涂料可以使模型飞机的表面光滑、美观，并有一定的抗浸蚀能力。涂布油、硝基漆、有机玻璃涂液、环氧漆、泡沫塑料涂液、乳胶漆等都是模型飞机常用的涂料。涂布油。它是一种硝基涂料，也叫硝基皮尺清漆。但和硝基清漆不同，涂布油的收缩率大，漆膜韧性好，因此它可以使蒙皮张紧并增加气密性和防止浸蚀。涂布油易燃，使用时要注意防火。它的溶剂多用喷漆稀料，挥发时污染空气，必须在通风很好的地方涂刷。硝基漆。有色的硝基漆是美化模型飞机的主要涂料。它用喷漆稀料作溶剂，干燥快，不怕水，但易燃，挥发时对空气有污染。可以采用刷涂，但最好采用喷涂。有机玻璃涂液。一般是用甲苯、丙酮、三氯甲烷、三氯乙烯等溶剂将有机玻璃溶解而制成的一种涂料。把它涂在硝基漆的外面可以起到增加光泽和防浸蚀的作用。在使用甲醇燃料的模型飞机上，必须涂上有机玻璃涂液，防止甲醇的浸蚀。有机玻璃涂液易燃，挥发时会污染空气。脂肪族聚氨脂油漆。这是一种涂料，它的色泽鲜艳，光泽好，漆膜坚硬，抗腐蚀能力强，是模型飞机上使用的理想涂料之一。它的缺点是喷涂操作比较复杂，而且有几种配料具有毒性，对操作者的健康不利。泡沫塑料涂料。在泡沫塑料