Тренер для активних... планеристів
Плануючий в абсолютній тиші планер, плавні розвороти, хвилини і хвилини польоту. Навіть, якщо і є мотор, то він потрібен тільки для того, щоб вивести планер на необхідну висоту, а потім — парити. Все це, звичайно, красиво, але... Чим довше літаєш на планерах, тим менше звертаєш увагу на такі речі, як політ у зоні, керування швидкістю, маневри, побудова посадочної «коробочки» і багато іншого. Адже в лякаючому темпі зникають навички пілотування швидкої, маневреної моделі. А це вже може бути відверто небезпечним для оточення — всяке в житті трапляється.
Отже, потрібно мати модель, яка дозволить підтримувати на потрібному рівні вміння пілотування. А якщо її немає, то її необхідно негайно побудувати!
Технічне завдання і вибір концепції
Проектування кожного літального апарату, реального або моделі, починається з технічного завдання. Завжди важливо знати, що саме будемо будувати в кожному конкретному випадку. Отже, модель повинна бути:
- швидкісною
- маневреною
- в змозі виконати елементарні фігури пілотажу
- відносно невеликою в розмірах
- максимально простою і технічною
- максимально недорогою
- повинна мати навантаження на крило
- модель НЕ повинна бути літаком, призначеним виключно для пілотажу або так модного нині 3D...
Швидкість, маневреність і елементарний пілотаж дозволять відновити навички керування, поправити рефлекс. Але мене абсолютно не цікавить літак-пілотажка.
Невеликі розміри моделі дозволять перевозити її в компактному вигляді (зібрану або розібрану) в невеликому автомобілі, та й на стелажі така модель займає мало місця, і пилу менше на неї сідає... Низьке навантаження на крило дозволить стартувати з руки без ускладнень, полегшить посадку на обмеженій площадці, спростить керування і знизить швидкість звалювання.
Простота, дешевизна і технологічність, щоб швидко побудувати і піти літати. І не вкладати невідомо які суми в те, що в кінцевому підсумку закінчить своє життя як купка трісок на каменях. Що виходить — будую гоночну модель, щось наближене до F5D або хоча б віддалено таку модель нагадує.
Технологічні вимоги і компоновка
Отже, вільнонесучий моноплан нормальної аеродинамічної схеми з верхнім розташуванням крила. Відсутність будь-яких злітно-посадкових пристроїв. Доступ до внутріфюзеляжного простору після зняття крила. Хвостове оперення — Т-образне. Планер моделі — цільнодерев'яний, основним конструкційним матеріалом буде бальза. Крило — нероз'ємне, лонжеронний КСС з працюючою обшивкою. Фюзеляж — полумонокок, без виділених силових елементів.
А тепер все те ж, але нормальною мовою. Чому моноплан — зрозуміло, я до сих пір не зустрічав швидкісних біпланів або інших багатокрилих апаратів. Нормальна аеродинамічна схема має на увазі мотор з пропелером спереду, за ним крило, потім хвостова балка, оперення. Загалом, літак, до якого всі звикли. Верхнє розташування крила радикально спрощує конструкцію фюзеляжу і полегшує доступ до його внутрішнього простору. Зручно міняти батареї, монтувати обладнання, та й будувати простіше. Шасі нам ні до чого, садити доведеться на непристосовані майданчики, а стартувати з руки. Т-образне оперення менш схильне до поломок при посадках без шасі на кам'янисті майданчики в горах.
Ну і як стильно виглядає! Планер — цільнодерев'яний за простих причин. Бальза — відносно недорогий, доступний і простий в роботі матеріал. В умовах моїй домашній майстерні найпростіше будувати з бальзи. Крило буду робити складальне — сам не маю можливості вирізати серцевик крила з пінопласту, а попросити когось досить проблематично. Один лонжерон поставлю в точці максимальної товщини профілю. Суцільна працююча обшивка всього крила знову-таки з бальзового шпону. Жорсткість, точність дотримання профілю — це плюси такої конструкції. Складність в будівництві — найбільший мінус.
З фюзеляжем точно така ж історія. Складна форма передбачає скло-вугле-композитні конструкції або шкаралупи, гнуті зі шпону. Довго, дорого і складно в тих умовах, які маю. Тому побудую просту коробочку з невеликими скругленнями в кутах. У першому наближенні готове, можна переходити до розрахунків.
Розрахунок планера
Визначимося з максимальною вагою моделі і питомим навантаженням.
Дуже чимало. Якщо задатися малим питомим навантаженням, планер доведеться будувати дуже легким, що не спрощує завдання. Покладемо на планер 200 г, поки що. Розрахункова вага моделі виходить 641 г. Почнемо будувати, а там побачимо. Яке питоме навантаження прийняти? Думаю, щось в межах 32-35 г/кв. дм. З власного досвіду знаю, що з таким навантаженням відносно нескладно літати.
Почнемо розрахунки. Природно, всі базові калькуляції зведені в кілька таблиць. Виділені червоним поля — це ті величини, які я змінюю при розрахунках, всі інші значення з ними пов'язані і змінюються автоматично
Як видно, я оперую тільки сімома значеннями: вага моделі, питоме навантаження, відношення площ крила і горизонтального оперення, подовження крила, подовження оперення, коефіцієнт звуження крила і оперення, коефіцієнт статичної стійкості. Просто і швидко. Для багатьох ця спрощена методика може виглядати знайомо, чи не так?
Результати правої колонки приймаємо як вихідні дані для подальших розрахунків і переходимо до наступної таблиці.
Тут вже трохи складніше. Розраховуємо числа Re для ряду передбачуваних швидкостей, моменти горизонтального і вертикального оперення, деякі навантаження.
Результати розрахунків:
Трохи пояснень до наведених розрахунків.
Всі величини представлені в імперіальній системі. Перші три таблиці — це нічого більш, ніж простий розрахунок площ, довжин і інших геометричних характеристик крила і оперення. Для їх заповнення непогано виконати ескіз моделі, звідки найпростіше взяти необхідні дані. Ну, а ескіз виконую, базуючись на даних найпершої таблиці.
Таблиця 4 — це вже розрахунки стабільності моделі, моментів горизонтального і вертикального оперення та інших пов'язаних параметрів. Дані для частини розрахунків беремо з таблиці 5.
Так буде виглядати розраховане крило в плані. Невелика зворотна стріловидність теоретично поправить характеристики моделі при польоті на швидкостях, близьких до швидкості звалювання. Поліпшить керованість, зробить звалювання не таким різким.
Але це теорія, як буде в практиці — подивимося. Досить давно точиться багато суперечок про переваги і недоліки крил зворотної стріловидності. Як завжди, немає однозначних позитивних чи негативних результатів. Але завжди можна перевірити це на власному досвіді.
А тут — розподіл підйомної сили за розмахом:
Досить сильно відхилена від ідеального еліпса, але простота вимагає жертв! Щоб добитися ідеального еліпсоїдального розподілу підйомної сили, потрібно довго працювати над підбором форми крила в плані, кутами атаки, вибором профілю крила в корені і на закінцівки...
Тепер — розподіл коефіцієнта підйомної сили за розмахом:
Так... Стійкою ця модель не буде ніколи. І легкої в пілотуванні теж. Швидке і різке звалювання на крило гарантовано. Чому? Cl, або ж коефіцієнт підйомної сили, можна прийняти як визначення, наскільки «важко» працює даний профіль. Плоский графік розподілу Cl припускає однаково навантажене крило в кожній його точці за розмахом. Зрив потоку настане в першу чергу в точці найвищого навантаження (де тонко, там і рветься...). Розглядаючи розподіл Cl, бачимо, що не всі частини крила працюють однаково.
В моєму випадку ясно, що ближче до закінцівки навантаження зростає, значить, і зрив буде наступати в першу чергу саме там. І природно — різке зменшення підйомної сили і звалювання на крило.
Звичайно, є і позитивні сторони, такі як велика маневреність по крену і інші. Але врешті-решт, я не будую стійкий літак, скоріше навпаки — нестійкий в самому закладенні. Крім того, прийнятий коефіцієнт статичної стійкості (0,45) зумовлює деяку різкість при маневрах в горизонтальній площині. Пора визначитися з профілем крила.
Досить часто в гоночних моделях використовують профілі серії MH (Martin Hepperle, розробляв профілі для Team LOGO), HD (Hannes Delago, розробляв профілі для Team ARIANE). Розроблено спеціально для гонок F5D, мають чудові характеристики і абсолютно не годяться для набраних крил. Навіть, якщо це крило з жорсткою обшивкою. Пошукаємо щось близьке, але простіше. Як, наприклад S6061 або ж S6062. Правда, другий дуже вже тонкий, будуть проблеми з міцністю. Тому зупинимося на S6061.
Відмінностей не так вже й багато, на перший взляд, але...
- MH 42 — max camber 2,09% at 35,09% of the chord; Leading edge radius 0,4615%
- S6061 — max camber 1,75% at 41,20% of the chord; Leading edge radius 0,6096%
Велика кривизна і відносна товщина МН42 дасть нам більший коефіцієнт підйомної сили (за який заплатимо великим коефіцієнтом опору), але менший радіус передньої кромки зробить цей профіль більш зривний, в порівнянні з S6061. А при моєму за визначенням нестійкому крилі це не є найкращий вибір.
Якщо порівняємо поляри, то виявляється, що S6061 має трохи ширший ефективний діапазон чисел Re, трохи більший коефіцієнт Cx, поляра його проходить менш полого при негативних кутах атаки. Наведені приклади для Re=140000 (близьке до середнього значення для польотних швидкостей — див. Таблицю 2) показують це більш ніж наочно.
Можна дуже довго писати про поляри, про дані, в них представлених і способах інтерпретації. Поляра — це обличчя профілю, в ній представлено абсолютно все необхідне, щоб правильно вибрати профіль для крила моделі. Але, на жаль, я просто не в змозі описати все, так і не зумію — маса спеціальної, професійної літератури присвячена цій темі.
Як бачимо з прикладів, різниці дуже малі, але з досвіду знаю, що профілі S/SD не так критичні до якості виконання, як MH/HD. Та ще це підтискання закінцівки в задній частині профілю у MH42... Спробуйте це проклеїти! Вибираємо S 6061!
На цьому і закінчимо розрахункову частину, оскільки основні необхідні параметри моделі ми вже визначили. Вся подальша метушня з полярами крила, полярами моделі, повним опором і іншим великої користі мені не принесе, адже я будую модель не для спорту, не для рекордів, ні до чого все це в даному випадку.
Комп'ютерне моделювання
Ескізний проект готовий, пора порахувати параметри силової установки і гвинтомоторної групи. Який мотор, батареї і пропелер встановимо в модель?
Дивимося в шафу, риємося в коробках. Маємо мотор Model Motors AXI 2808/20, батарею Panasonic 7x1200 mA, дві батареї NoName 8x1800 mA (підозрюю, що це KAN або HECELL). Контролер JETI JES 30-3p, пропелери Graupner 10x6. Правда, є ще лопаті до складних пропелерів Graupner і Aeronaut, але кок для них, на жаль, розрахований на вал мотора діаметром 5 мм. А у мене 4 мм. Але є цанга до нього і пластиковий кок. Доведеться ставити пропелер нескладний і розраховувати на можливість його поломки при посадці. Вибору особливого немає. Для «пророкувань» можливостей моделі скористаємося MotoCalc.
Чи полетить? Так, на 100%. Судячи з розрахунків, навіть непогано. І необхідно взяти поправку на точність розрахунків. На загальну думку, MotoCalc дає похибку близько 20%. З особисто проведених вимірювань можу сказати одне — з батареями Sanyo 8х1700 4/5AUP дана гвинтомоторна установка дає тягу близько 820-830 г. Або ж приблизно на 200 грамів більше, ніж показує MotoCalc. І як вірити прорахункам?! Пора почати будувати.
Споруда
Споруду починаємо зі... зважування листів бальзам. Постійно озираємося на прийняте значення максимальної ваги планера — 200 г. Тому відбір матеріалу відповідної щільності досить важливий. Відбираємо два листа 1,5 мм на фюзеляж і поперечний набір крила, шість листів 1 мм на обшивку крила і стабілізатора, один лист 3 мм на лонжерони, різні силові елементи, набір стабілізатора і зашиття фюзеляжу. Рейки 6х3 і 6х6 мм, рейку 3х3 мм, дві рейки 2х2, куточок 6х6 мм. Все звалюємо в купу і вантажимо на ваги. Скільки? 218 г? Якщо зрізати все зайве, повинно вийти правильно.
Роздруковуємо креслення, окремо всі елементи. Готуємо робочу площину. Життя навчило — якщо хочемо мати пряму, без круток і перекосів модель, потрібно мати рівний стіл. Тому кілька років тому довелося розоритися і купити скляну плиту 15 мм завтовшки. З розжареного скла, моторошно дорогу. Але абсолютно рівну. Конкурувати з нею може тільки плита з броньованої 25-міліметрової сталі (один мій приятель на такому будує), але вона трохи важче. Крім того, до скла практично нічого не прилипає — ні смола, ні Циакрін. Не дряпається, добре миється. Але не варто на ній що-небудь забивати, або взагалі стукати... Скло все-таки, handle with care...
Відразу хочу сказати — якщо кому-небудь, що не має досвіду будівництва моделей з бальзам, здасться, що він в змозі повторити саме цю конструкцію, моя порада — не варто... Це не той літак, який вибирають як першу або другу модель. Простим він тільки здається. Це не жарти, мені щиро шкода вашого втраченого часу і зіпсованого матеріалу. Саме тому я не маю наміру докладно описувати весь процес побудови — досвідчений моделіст сам визначить, що і як зробити. Величезний простір для імпровізації і пошуку власних рішень.
Вирізаємо боковини фюзеляжу з листа 1,5 мм. Моторний шпангоут з фанери 3 мм. Набір кіля, шпангоут хвостової балки, дно фюзеляжу з листа 3 мм. Заготовляємо відрізки рейки 3х3 — поздовжньо-поперечні підсилюючі елементи, відрізки куточка 6х6 — елементи нижньої частини фюзеляжу. Зі шматочка бальзи 50х25х15 вирізаємо бобишку — в неї буде входити посадковий штир крила.
Збірку починаємо зі склеювання набору кіля і наклейки на боковини фюзеляжу підсилюючих елементів. У набір кіля вклеюємо трубку тяги керма висоти. Після цього приклеюємо боковини фюзеляжу до задньої крайки кіля і його набору. У цей момент вже стає ясно, чи вийде прямим фюзеляж. Якщо вдалося зібрати з перекосом — мабуть, варто все викинути і почати спочатку. Далі на дно фюзеляжу наклеюємо куточки. Склеюємо боковини і дно фюзеляжу. Вклеюємо моторний шпангоут і бобишку.
З листа 3 мм за місцем вирізаємо верхню і нижню кришки хвостової балки. Вклеюємо на місце. У верхній частині кіля вклеюємо два відрізки куточка 6х6 — посадочне місце стабілізатора.
Наждачним папером номер 120 і рубанком акуратно обдираємо все зайве по краях. Кладемо на ваги. У мене вийшло 46 г. А у вас? Витрачений час — близько трьох годин на все, з перекурами і розумними бесідами з п'ятирічною дитиною. Це все в суботу.
Тепер крило. Із залишків листів 1,5 мм вирізаємо нервюри поперечного набору крила і пластину передньої кромки. З листа 3 мм — лонжерони, закінцівки, вкладиші в елерони під качалки, куточки на стики елементів набору. З рейки 6х3 — передні кромки елеронів і задні кромки крила в місці навішування елеронів. Обрізаємо за місцем рейки 2х2 мм — з них будуть виготовлені елементи посилення задньої кромки. Нервюри і лонжерони прорізаємо до половини висоти по місцю монтажу. Встановлюємо лонжерони на столі, вклеюємо повні нервюри.
Закриваємо передню і задню кромки. Вклеюємо половинки нервюр і закінцівки.
Склеюємо листи 1 мм для верхньої обшивки крила, вирізаємо заготовки і приклеюємо до набору. Вклеюємо рейки передніх крайок елеронів і задніх крайок навішування. Вклеюємо розпірку, що посилює, з фанери 3 мм в центроплан.
Знімаємо крило зі столу, зрізаємо монтажні ніжки у нервюр, ошкурюємо і обшиваємо крило знизу. Приклеюємо рейку передньої кромки. Із залишків 3 мм листа вирізаємо набір стабілізатора, збираємо на столі, обшиваємо залишками листа 1 мм. Ошкурюємо за місцем. Кладемо все зібране на ваги. 171 г перед фінальним ошкурюванням ...
Субота вечір, пора спатоньки...
В наступні вільні вечори неквапливо ошкурюю наждачним папером 200 і 400 зібрані елементи, прорізаю елерони і кермо висоти. Вага після ошкурювання знижується до 165 г. Шість грамів ваги гарно пішло в бальзовий пил, рівномірно розсіяний по майстерні. Закриваю капот, наклеюю смужки Velcro в місцях монтажу регулятора і батареї, вклеюю качалки і сервомеханізми, встановлюю тяги...
Наближаємося до моменту обтягування. Обтяжковий матеріал — плівка Oracover Transparent. Легка, міцна, прекрасно укладається і вмощується. Весь низ моделі — синій, боки фюзеляжу і частина крила — жовті, верх стабілізатора і передня частина крила — червоні. Яскраво і помітно, має бути добре видно в польоті. Установчі кути крила і стабілізатора — 0/0.
Навіть вага готової моделі виявилася дуже близькою до спочатку прийнятого. Після обтягування монтую залишки електроніки, встановлюю мотор, приймач. Підключаю батарею і починаю програмувати передавач... Все, фініш. До ранку суботи модель повністю готова, можна вирушати на поле.
Політ
І ось я з новим творінням на полі. Навколо повно торішньої висохлої трави, на випадок запланованих падінь, батареї встановлені, центрування перевірено. Полетів. Перший політ закінчується через 12 секунд. Відірваний болт монтажу крила, надломлений фюзеляж. Центрування, як виявилося, було навіть не заднє, а просто 1,5 см за критичною точкою.
Їду додому, перевіряю розрахунки. Н-да... Без коментарів. Замість CAX в розрахунках вдалося підставити хорду крила в корені. Поправляємо, перераховуємо, центрування зсувається на 3 см вперед. Вечір присвячений ремонту і радісному очікуванню наступного дня.
День другий. Те ж поле, той же пілот і модель. Цього разу політ триває близько 2 хвилин і закінчується падінням на яскраво-зелену пшеницю. Правда, висота її сантиметрів 5 або 6. Одним словом, все той же болт і остаточно поламаний фюзеляж в двох місцях. Пілот не впорався з керуванням. Додому, посипати голову попелом.
Клею розбитий фюзеляж, врізаю нову гайку кріплення крила, обтягую. Вийшло досить непогано і майже непомітно. Зменшую витрати рулів до 40% від початкового і додатково «затискаю» їх 40-відсотковою експонентою. Готово.
День третій. Летить! Дуже швидко летить. Ну дуже швидко летить! Після радісного базікання в повітрі протягом п'яти хвилин саджу модель на клаптик торішнього вівса. Уффф. Вгамувавши тремтіння в руках, починаю аналізувати політ. Цей і кілька наступних...
Результати
Поставлена мета досягнута. Вдалося побудувати модель, яка на 100% відповідає вимогам, що до неї пред'являються. До моменту написання даного матеріалу модель вже політала трохи, я з нею освоївся, навіть трохи полюбив. Особливо запам'ятався день 1 січня. Вдалося зламати при посадках два пропелери і на завершення дня обірвати антену приймача. Що за радість! В кінцевому підсумку поставив складаний пропелер, модифікувавши з допомогою ножа звичайний пластиковий кок для пропелера ДВС. Антену припаяв нову, благо була запасна. Літаємо далі.
Швидкість горизонтального польоту більш ніж достатня. Практично весь час можна літати в пів-газу, ну, може на 2/3. Якщо на повному газу — швидко втомлюється шия вертіти головою. Це щось маленьке дзижчить, миготить, метається по небу. Ффу...
Літачок дуже чуйно реагує на сигнали управління. Кожен маневр виконується відразу ж, без затримок, миттєво. При польоті з мотором неможливо відпустити ручки передавача — якою буде реакція моделі на збурення повітря в наступні секунди польоту, важко сказати. Бочки виконуються практично без підрулювання, зі швидкістю близько одного обороту в секунду. Розвороти з креном в 75-80 градусів навіть на максимальній швидкості легко контролюються. Зрештою, будував я гонку, а гонка на кожному колі виконує таких розворотів три.
Політ на спині з мінімальною корекцією ручки «від себе», перехід в нормальний політ напівбочкою або напівпетлею — без несподіванок. Петлі, іммельмани, гірки — просто і приємно. Далі моя фантазія не йде, цього пілотажу мені, як то кажуть, вище даху.
Політ без мотора дуже мало відрізняється від польоту звичайного швидкісного планера. Глісада полога, легко контрольована. Не варто експериментувати зі швидкістю зниження — як я і припускав, звалювання дуже різке, без будь-яких попередніх ознак. В одну мить модель зривається у вертикальну спіраль, з якої досить легко виходити… якщо є запас висоти.
Потренувавшись з посадками, прийшов до висновку, що краще особливо не втручатися в управління, особливо, якщо висота менше двох метрів. Якщо падати на камені, то навряд чи буде що збирати. Втім, апарат продемонстрував дивовижну стійкість до пошкоджень. Один раз на посадці зачепив кінцем крила за валун у траві і відбувся тільки вм'ятиною на передній кромці. Та й перші польоти вдалими важко назвати...
Пізніше я замінив приймач на шестиканальний, запрограмував диференціальні елерони і закрилки. Зник неприємний розгортаючий момент при невеликих кренах (реверс елеронів), посадка з випущеними на 40 градусів закрилками стала простою, навіть нудною. Виводимо на глісаду, кидаємо ручки, закурюємо. Якщо все було правильно розраховано, сяде сам, нічого смикатися.
Одним словом, я задоволений. Будувалося швидко, не встигнувши набриднути. Літає непогано, лоскоче нерви. Швидкість, маневреність — приємна різноманітність, так необхідна в житті.
