“蚊”式简史(二)

现在再来说说“蚊”式的结构。

“蚊”式采用的是比较少见的硬壳式设计,英文为monocoque,mono来自希腊文,是“单一”的意思;coque来自法文,是“外壳”的意思,因此monocoque的意思是一副外壳(没多的了)。硬壳式结构的外壳或者蒙皮也是要承力的(见下图下方),不靠内嵌桁梁什么的。如果在机身上出现了整体性的纵向桁梁结构,那就说明主要的承力部分不是蒙皮而是这些桁梁,则称为半硬壳式(semi-monocoque)结构(见下图上方),因此这两种结构的主要区别就在于那层壳或者叫应力蒙皮(stressedskin)。大部分飞机都使用半硬壳结构,包括今天的F22和歼20。当然今天使用全硬壳结构的飞机又重新出现,比如F35和鹘鹰,这是由于现代复合材料的比强度已经大大强于铝合金,且加工成本已经下降到可以承受的地步。全硬壳结构可以节省重量,但对材料强度要求苛刻。

半硬壳与全硬壳结构

“蚊”式飞机的机体材料主要是枞木和云杉,前机身外壳使用较为厚实的层板制成,内有木质的加强件和金属连接件。但德哈维兰公司采用了“模压胶合成型”法来生产机体。具体方法为:先根据所设计的机体外形制造一个硬模,中间设置可膨胀的气囊。把加热过的优质木板和半流质的特殊黏结剂交错放入模具,密封后加温加压,膨胀的气囊就把木板挤压成型。同时黏结剂会把多层木板黏结为一个牢固的整体,等完全凝固后,取出成型的木板,铆合起来,就成为了一个完整的机体。设计师还在其中加了一层特殊的夹心材料,即在两层层板之间填充了厄瓜多尔轻木夹芯也称“巴沙尔木”的松软木料,使机身成为一段具有足够强度的夹心结构,从而大大提高了它的强度。使得“蚊”式的后机身看似细长脆弱,其实完全能够承受机动飞行时的巨大扭矩。下图为木质外壳的生产过程。

“蚊”式的木质外壳制造

当代用复合材料制造机身的方法与此法有些类似,比如波音787的机头。也要一个芯模(下图左上),不同的是使用高速铺带机反复缠绕芯模之后形成机身外壳(下图右上)。待缠绕完成后再退出芯模。之后,最重要的一步就是热压,将机身外壳放入巨大的热压罐中(下图左下),经过数小时的热压(压力和温度都是绝密)成形,之后在机身外壳上切出舷窗、加油口等开口(下图右下),就可以送去对接了。

787的复合材料机头制造过程

“蚊”式两半机身的结合采用了榫铆和铆接方式,再加上特制强力粘胶,结合处严丝合缝,非常牢固,成品从外观上很难看出有接缝。现代的复合材料部件也是需要胶接的。分成两半来制造木质机身还有一个好处——可以在机身没有结合前就把大部分设备都安装到位,不用象金属制飞机那样要钻进狭窄的空间内操作,只有少数的布线工作需要工人“钻洞”实施。下图的左上角正是在对合前的木质机身上操作的工人。红圈处为两片机身对合的铆接结构(铆接之后还要涂胶)。结合完成后再紧紧裹上马达普兰蒙布(madapolamn一种细平纹棉布)并刷上漆,对机体起到二次加固和防水防潮的作用,可谓一举两得。下图的左下角则是一群女工正给对合后的机身裹上蒙布。“蚊”式只有少量部件为金属制品,比如副翼。全机金属件总重130公斤。

“蚊”式的机身对合

完成机身机翼的制造后,再组装起来,一架“蚊”式就基本成形了。这一整套工艺不算复杂,也用不到高精尖的设备,只要能加工木料的地方,就能开展生产。机身壳体主要由郎森、E.Gomme、帕克·诺尔、Styles& Mealing家具厂制造的,其中有些厂家在今天也小有名气。“蚊”式制造所需的专用木板来自美国威斯康星州马什菲尔德的罗迪斯制造公司,公司老板汉密尔顿·罗迪斯招募了一群姑娘来熨烫木板。翼梁由J.B.Heath和Dancer& Hearne乐器厂制造,襟翼、襟翼护罩、前缘组件、弹舱门等许多部件在白金汉郡的海威科姆制造,因为这里有标准很高的家具制造业。约有5000架“蚊”式安装了来自海威科姆的部件。

Styles & Mealing家具厂的女工和她们制造的“蚊式”机身

在加拿大,“蚊”式的机身壳体则由通用汽车加拿大公司的安大略省奥沙瓦工厂制造,然后运到多伦多的德哈维兰工厂总装。在澳大利亚,德哈维兰公司悉尼工厂直接制造“蚊”式。加拿大共制造了1076架“蚊”式,澳大利亚制造了212架。总数7781架“蚊”式中有6710架是战时生产的。

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