本文完成方舟90 机翼的结构设计。材料方案：蒙皮用瓦楞纸（B楞 3mm），骨架用桐木方。目标是在 4.5kg 满载、3 倍过载（n=3）的设计工况下，机翼不折不断，且整机重量可控。
图0（结构总览）：一张图看懂机翼结构。上为俯视骨架布置——前缘绿色D盒、棕色主梁与后梁、青色翼肋、灰色机身与翼根销钉；中为翼型截面（从翼尖看）的双梁+D盒闭室；下为关键强度数据。
附：材料小课堂——什么是“B楞 3mm”瓦楞纸
蒙皮材料写的是“瓦楞纸（B楞 3mm）”。第一次见的队员会问：B 是什么？3mm 是指波浪芯纸，还是整张纸板？一张图讲清楚。
图0B：瓦楞纸像三明治——面纸 + 波浪芯纸 + 里纸。字母（A/B/C/E）表示波浪芯纸的规格：波越高越疏，缓冲越好但越软；波越矮越密，抗压越好、表面越平整。本机选 B楞（波高约 2.5mm，整张纸板总厚约 3mm），正好平衡“能弯折贴合翼型”和“提供抗剪抗扭刚度”两个需求。买料时直接跟店家说“3mm B楞单坑瓦楞纸”。施工时瓦楞方向必须沿展向，否则蒙皮弯不动。
一、设计输入
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 翼型 | NACA4415 |
| 翼展 | 2200mm |
| 弦长 | 400mm |
| 最大厚度 | 60mm（15%c，位于30%c） |
| 翼面积 | 0.88m² |
| 满载总重 | 4.5kg |
| 设计过载 | n=3（机动+阵风） |
| 悬臂长度 | 690mm（机身侧至翼尖） |
翼根（最大弯矩处）位于机身两侧。箱式机身宽 820mm，机翼搁在机身顶部，两侧各悬臂 690mm。这种"中心支撑+两端悬臂"的布局，比"翼根铰接"的悬臂梁弯矩小得多。
附：本文受力计算方法（工程梁理论）
下面的弯矩、剪力、应力是怎么算出来的？用的是航空/建筑沿用了上百年的工程梁理论：把半个机翼当成一根悬臂梁，升力当成分布载荷，从翼尖往翼根积分两次得到剪力和弯矩，再按梁帽轴力法和闭室剪流公式换算成应力。
图0C：五步计算流程。第3步"从翼尖往翼根积分两次"是核心；第4步把弯矩转成梁帽轴力，σ = M ÷ (梁帽截面积 × 梁帽间距)；D盒抗扭用 Bredt 闭室剪流公式。这种方法不是有限元，对大展弦比直机翼（本机AR=5.6）误差通常小于10%，配合15倍安全裕度足够安全。最终判据仍是地面静力加载试验（翼尖挂沙袋试弯）。
二、载荷分析：弯矩与剪力
升力沿展向按椭圆分布假设（e_span=0.957，接近椭圆）。设计总升力为满载重量×过载：
| 载荷项 | 数值 |
|---|---|
| 设计总升力 | 132.4N（4.5kg×g×3） |
| 翼根弯矩 | 9.9N·m |
| 翼根剪力 | 35.3N |
图1：灰色虚线为机身侧面（翼根支撑点）。弯矩在翼根处达峰值约 9.9N·m，向翼尖线性衰减至零。剪力在翼根处约 35N。注意弯矩的峰值不在机身中心线（那里被机身支撑抵消），而在机身侧面——这就是结构最危险的截面。
三、骨架方案：双梁+D盒+翼肋
机翼结构采用经典的双梁+D盒布局，所有受力件用桐木方，蒙皮用瓦楞纸：
3.1 主梁（前梁）
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 位置 | 30%c（距前缘120mm）——翼型最厚处 |
| 截面 | 10x8mm桐木方×2根（上下梁帽） |
| 梁帽中心距 | 46mm |
| 承担弯矩 | 6.9N·m（70%分配） |
| 梁帽轴力 | 151N |
| 工作应力 | 1.9MPa |
| 抗压安全裕度 | 15（桐木抗压28MPa / 工作1.9MPa） |
主梁放在 30% 弦长处——这里是 NACA4415 翼型最厚点（60mm），上下梁帽间距 46mm，抗弯力臂最大、效率最高。10×8mm 桐木方双帽贯穿全展，安全裕度 15 倍，极其充裕。
3.2 后梁
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 位置 | 65%c（距前缘260mm） |
| 截面 | 6x6mm桐木方×2根（上下梁帽） |
| 梁帽中心距 | 27mm |
| 承担弯矩 | 3.0N·m（30%分配） |
| 工作应力 | 3.0MPa |
| 抗拉安全裕度 | 15 |
后梁较细（6×6mm），承担 30% 弯矩，安全裕度同样 15 倍。双梁之间还形成一个小闭室，提供额外抗扭刚度。
3.3 D盒前缘（扭转核心）
前缘 0~35% 弦长段用瓦楞纸包成D形闭室，与主梁围成扭转盒。瓦楞方向沿展向——这样瓦楞纸可以沿弦向弯折贴合翼型弧面，同时展向提供足够的面内剪切刚度来抵抗扭转。
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| D盒闭室面积 | 29.4cm² |
| 翼根扭矩（保守估） | 0.5N·m |
| 蒙皮剪流 | 84N/m |
| 蒙皮剪应力 | 28kPa |
| 安全裕度 | 107 |
D盒是机翼抗扭的命脉。没有D盒的开口截面扭转刚度极低，飞机在阵风或副翼偏转时会"扭成麻花"。闭室形成后，扭转刚度提升数十倍，安全裕度超过 100。
3.4 翼肋
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 材料 | 瓦楞纸 3mm，按翼型轮廓切割 |
| 间距 | 150mm |
| 每半翼数量 | 8个 |
| 蒙皮平压安全裕度 | 2.2 |
翼肋维持翼型形状、把蒙皮局部载荷传给梁。150mm 间距下，瓦楞纸蒙皮在肋间的局部弯曲安全裕度 2.2——可接受。肋上开出梁槽口和减重孔，重量仅约 68g。
3.5 翼根接头
机翼搁在箱式机身顶部，翼根用桐木方根肋 + 2×M4 销钉固定在翼台上。销钉受剪、桐木根肋承压：
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 接头形式 | 2xM4销钉 |
| 销钉剪应力 | 1.4MPa（钢销许用200MPa） |
| 销钉安全裕度 | 142 |
| 桐木承压安全裕度 | 51 |
四、翼型截面结构布置
图2：橙色填充区为D盒蒙皮（0~35%c）。红色竖线为主梁（30%c，10×8mm桐木方），蓝色竖线为后梁（65%c，6×6mm）。棕色方块为梁帽截面。前缘用10×10mm桐木条收边，后缘用5×5mm桐木条。
施工关键：瓦楞纸蒙皮的瓦楞方向必须沿展向。这样蒙皮在弦向可以弯折贴合翼型弧面（瓦楞纸垂直瓦楞方向很柔软），而展向提供面内剪切刚度来抵抗D盒扭转。如果瓦楞方向搞反了（沿弦向），蒙皮将无法弯折成翼型弧面。
五、应力校核汇总
图3：所有梁帽工作应力远低于桐木许用值（红条=工作应力，黑三角=许用极限）。主梁1.9MPa vs 桐木抗压28MPa，后梁3.0MPa vs 抗拉45MPa——安全裕度均超过14倍。
即便把过载提到 n=5（极端着陆冲击），主梁应力也只到 3.1MPa，安全裕度仍有 9 倍。结构不存在强度瓶颈。
六、刚度：翼尖挠度
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 翼尖挠度（n=3） | 2.4mm |
| 挠跨比 | 1/283 |
翼尖在 3 倍过载下仅下弯 2.4mm，挠跨比 1/283——机翼非常刚硬。这说明双梁+D盒结构对这架 4.5kg 的飞机来说强度和刚度都极其充裕，桐木方可以适当减细以省重量（后续优化方向）。
七、机翼平面布置
图4：红色横线为主梁（贯穿全展），蓝色为后梁。绿色虚线为翼肋位置（150mm 间距，每半翼 8 个）。橙色区域为D盒蒙皮。灰色矩形为箱式机身（820×240mm）。
八、重量估算
| 部件 | 材料 | 重量 |
|---|---|---|
| 主梁+后梁 | 桐木方10×8+6×6 | 153g |
| 翼肋×15 | 瓦楞纸3mm | 68g |
| 蒙皮（D盒+后段） | 瓦楞纸B楞3mm | 440g |
| 前缘+后缘条 | 桐木条10×10+5×5 | 165g |
| 胶水/销钉/附件 | — | 80g |
| 机翼合计 | — | 906g |
机翼约 906g，占满载总重（4.5kg）的 20%，占空机重量的 56%。其中瓦楞纸蒙皮是大头（440g），后续可通过后段改用更轻的覆盖材料（如薄牛皮纸或保鲜膜）减重。
九、材料清单
| 部件 | 材料规格 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 主梁帽 | 桐木方 10×8mm | 2根×2200mm | 上下各一，贯穿全展 |
| 后梁帽 | 桐木方 6×6mm | 2根×2200mm | 上下各一 |
| 前缘条 | 桐木方 10×10mm | 1根×2200mm | 前缘收边 |
| 后缘条 | 桐木方 5×5mm | 1根×2200mm | 后缘收边 |
| 翼肋 | 瓦楞纸 3mm | 15片 | 按NACA4415轮廓切割 |
| D盒蒙皮 | 瓦楞纸 B楞 3mm | 2片×(770×140mm) | 瓦楞沿展向 |
| 后段蒙皮 | 瓦楞纸 B楞 3mm | 2片×(770×260mm) | 或换薄牛皮纸减重 |
| 根肋 | 桐木方 10×10mm框 | 2片 | 翼根承力肋 |
| 翼根销钉 | M4×30mm 钢销 | 4根 | 每侧2根 |
| 胶 | 白乳胶/热熔胶 | 适量 | 梁-肋、蒙皮-骨架粘接 |
十、施工要点
- 瓦楞方向：所有蒙皮瓦楞必须沿展向（弦向弯折）。切反了蒙皮无法贴合弧面；
- 主梁定位：30%c = 距前缘 120mm。这是翼型最厚点，梁帽间距最大、抗弯效率最高。梁帽要紧贴蒙皮内壁；
- D盒成型：先粘前缘条→弯瓦楞纸包到 35%c→粘到主梁前翼面。D盒闭室不可有开缝——任何缺口都会让扭转刚度暴跌；
- 翼肋开槽：肋上按梁位置开槽口（深=梁帽高度），梁穿过槽口用白乳胶固定。肋上另开减重孔（直径20~30mm）；
- 翼根加强：根肋用桐木方框（非瓦楞纸），销钉孔周围垫 1mm 桐木片分散承压；
- 蒙皮粘接：瓦楞纸与骨架接触面满涂白乳胶。大面积用喷胶，边缘用白乳胶加固；
- 防潮：瓦楞纸吸水变软，完工后表面刷一层薄白乳胶或贴透明胶带防水。训练当天如遇潮湿天气需特别注意；
- 运输：2200mm 一片翼不便运输，可在机身中心线断开为两片（每片 1100mm），中心插入φ8mm 碳管/桐木方套接。断开处梁帽用 100mm 长套管加固。
十一、结论与后续
- 强度：主梁安全裕度 15 倍、后梁 15 倍，n=3 工况下不存在强度瓶颈。即便 n=5 极端着陆，裕度仍有 9 倍；
- 刚度：翼尖挠度仅 2.4mm（1/283），机翼极其刚硬，不会出现颤振或气弹问题；
- 扭转：D盒闭室安全裕度 100+，扭转刚度充裕；
- 重量：机翼约 906g，占满载 20%。蒙皮是大头，后续可优化；
- 优化方向：当前梁帽偏粗（裕度过大），后续可将主梁降至 8×6mm、后梁降至 5×5mm，省重约 40g。后段蒙皮可换薄牛皮纸，再省约 150g。
下一篇将做尾翼结构设计（H尾双尾梁），随后进入动力系统选型。
分析方法：椭圆升力分布积分弯矩/剪力｜桐木力学参数：密度300kg/m³、弯曲35MPa、抗压28MPa、抗拉45MPa、E=4.4GPa｜瓦楞纸B楞3mm：平压0.8MPa、面内剪切3MPa｜设计过载n=3（机动+阵风）｜机翼搁置在820mm宽箱式机身顶部，悬臂690mm/侧｜报告日期：2026-08-22
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