蚊」式簡史(2)——木殼是怎樣煉成的

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現在再來說說「蚊」式的結構,比較枯燥啊。

「蚊」式採用的是比較少見的硬殼式設計,英文為monocoque,mono來自希臘文,是「單一」的意思;coque來自法文,是「外殼」的意思,因此monocoque的意思是一副外殼(沒多的了)。硬殼式結構的外殼或者蒙皮也是要承力的(見下圖下方),不靠內嵌桁梁什麼的。如果在機身上出現了整體性的縱向桁梁結構,那就說明主要的承力部分不是蒙皮而是這些桁梁,則稱為半硬殼式(semi-monocoque)結構(見下圖上方),因此這兩種結構的主要區別就在於那層殼或者叫應力蒙皮(stressed skin)。大部分飛機都使用半硬殼結構,包括今天的F22和殲20。當然今天使用全硬殼結構的飛機又重新出現,比如F35和鶻鷹,這是由於現代複合材料的比強度已經大大強於鋁合金,且加工成本已經下降到可以承受的地步。全硬殼結構可以節省重量,但對材料強度要求苛刻。

半硬殼和全硬殼

「蚊」式飛機的機體材料主要是樅木和雲杉,前機身外殼使用較為厚實的層板製成,內有木質的加強件和金屬連接件。但是怎麼把這堆木頭片給湊成一幅硬梆梆的飛機殼子哩?還得扛得住飛行員的各種造?要知道在德國佬炮口之下,皇家空軍的飛行員不用誰催促都會用上喫奶的勁瘋狂拉桿蹬舵的。於是老頭和他那幫人用了 「模壓膠合成型」法來生產機體:先照著設計的機體外形製造一個硬模,中間放一可以鼓起來的氣囊。再把加熱過的優質木板和半流質的特殊黏結劑交錯放進這硬模子,密封之後就加溫加壓,脹鼓鼓的氣囊就把木板擠壓成型。黏結劑也會把多層木板黏結為一個牢固的整體,等完全凝固後,取出成型的木板,鉚合起來,就成了一個完整的機體。這還不算,約翰牛們還在其中來了層夾心材料,在兩層層板之間填充了厄瓜多輕木夾芯也稱「巴沙爾木」的鬆軟木料,使機身成為一段具有足夠強度的夾心結構,於是乎進一步提高了它的強度。這麼著「蚊」式的後機身看著細長脆弱,其實完全能夠禁得住機動時的強大空氣動力及各種扭。下圖為木質外殼的生產過程。

木頭殼子這麼造

說起來老頭們的招數和現在用複合材料製造機身的方法倒有點像,比如波音787的機頭。也要一個芯模(下圖左上),不同的是使用高速鋪帶機(這玩意是高科技嘍)反覆纏繞芯模之後形成機身外殼(下圖右上)。等纏完了後再退出芯模。之後,最重要的一步就是熱壓,把機身外殼放入巨大的熱壓罐中(下圖左下),經過數小時的熱壓(也是高科技,絕活就是整個過程裏壓力和溫度的控制)成形,之後在機身外殼上切出舷窗、加油口之類的一堆開口(下圖右下),然後可以送去跟中機身之類的大部件對接了。

787是這麼造

「蚊」式兩塊大木頭片殼子採用榫接和鉚接方式結合,再加上特製強力粘膠,結合處嚴絲合縫,很是牢靠,從外頭看成品很難瞅出接縫來。多說一句,現代的複合材料部件也是需要膠接的。分成兩半來製造木質機身倒還有個好處——可以在機身沒有結合前就把大部分設備都安裝到位,工人們不用象搞金屬機身飛機那樣彎著腰鑽進狹窄的空間裏大蝦米一樣地操作,只有少數的布線工作需要工人「鑽洞」實施。下圖的左上角就是在對合前的木質機身上操作的工人。紅圈處為兩片機身對合的鉚接結構(鉚接之後還要塗膠)。結合完成後再緊緊裹上馬達普蘭蒙布 (madapolamn一種細平紋棉布)並刷上漆,對機體起到二次加固和防水防潮的作用,可謂一舉兩得。下圖的左下角則是一幫女工正給對合後的機身裹上蒙布。 「蚊」式只有少量部件為金屬製品,比如副翼。全機金屬件總重130公斤。

大家一起造蚊子

完成機身機翼的製造後,再組裝起來,這「蚊」式就算OK了。這一整套工藝不算複雜,也用不上啥高精尖的設備,只要是能加工木料的地兒,就能拉開架勢開造。所以嘛,英倫三島的傢具廠就顯本事了「嗯,俺們家可不是村裡的,當年也是造過飛機的哦」。主要由郎森、E. Gomme、帕克·諾爾、Styles & Mealing傢具廠製造,其中有些廠家據說現在還沒倒閉。「蚊」式所需的專用木板來自美國威斯康星州馬什菲爾德的羅迪斯製造公司,老闆漢密爾頓·羅迪斯招了一幫姑娘來熨燙木板。翼梁由J.B.Heath和Dancer & Hearne樂器廠製造,襟翼、襟翼護罩、前緣組件、彈艙門等等N多部件在白金漢郡的海威科姆製造,因為這旮沓的傢具製造業很牛。前後得有大概5000架「蚊」式安裝了它們那的部件。

這一邊那一邊,男女各佔半邊天

在加拿大,「蚊」式的外殼由通用汽車加拿大公司的安大略省奧沙瓦工廠製造,然後運到多倫多的德哈維蘭工廠總裝。在澳大利亞,德哈維蘭公司悉尼工廠直接製造「蚊」式。加拿大共製造了1076架「蚊」式,澳大利亞製造了212架。總數7781架「蚊」式中有6710架是戰時生產的。

好了,關於「蚊」子的結構就白話這麼多。我知道你也受夠了。

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