Разработки

МОТОДЕЛЬТАПЛАН: КОМПОНОВКИ И СХЕМЫ

26.11.2016

МОТОДЕЛЬТАПЛАН: КОМПОНОВКИ И СХЕМЫДельтапланеризм, в 70-х годах переживавший период бурного развития, за короткий срок стал популярнейшим видом спорта. Секрет успеха объясняется прежде всего простотой конструкции и уникальными летно-техническими характеристиками летательных аппаратов. Меньше десятилетия потребовалось дельтапланеризму, чтобы стать олимпийским видом спорта. А желание спортсменов расширить возможности дельтаплана за счет старта с равнинной местности и набора высоты при отсутствии восходящих потоков привело к тому, что стали появляться дельтапланы, оборудованные двигателями.

Мотодельтапланы того периода отличало большое разнообразие схем и компоновок, смелый поиск оптимальных технических решений. В 1981 — 1983 годах такие решения были в основном найдены, и последовал бум в развитии этих летательных аппаратов (ЛА).
 
Но, прежде чем говорить о достоинствах и недостатках схем и компоновок мотодельтапланов, необходимо определить, что же следует понимать под термином «мотодельтаплан».
 
По существующей международной классификации к сверхлегким летательным аппаратам относятся безмоторные ЛА массой не более 60 кг и моторные ЛА массой не более 150 кг и площадью крыла не менее 10 м2. Эти определения приняты в 1981 году Международной авиационной федерацией с целью регистрации рекордов. Среди безмоторных СЛА наибольшее распространение получили дельтапланы. Определение дельтаплана, наиболее полно учитывающее особенности его конструкции, дано А. П. Клименко.
 
Согласно этому определению дельтапланом называется сверхлегкий летательный аппарат, аэродинамическая несущая поверхность которого формируется под воздействием потока на упругую среду «обшивка — каркас» и управление которым осуществляется за счет перемещения центра масс относительно крыла.
 
Развитие моторных сверхлегких летательных аппаратов, или, как еще их называют, сверхлегких самолетов (СЛС), идет по двум направлениям: СЛС, которые управляются рулевыми аэродинамическими поверхностями (рули высоты и направления, интерцепторы, элероны), и СЛС с балансирным управлением — мотодельтапланы.
 
Существенным признаком последних является силовая установка. В связи с этим определение дельтаплана может быть в полной мере перенесено на мотодельтаплан с прибавкой определения «моторный».
 
На рисунке 1 приведены основные схемы и компоновки мотодельтапланов, встречавшиеся на всех этапах их развития. Первую группу образуют МД, стартующие за счет разбега пилота. К преимуществам аппаратов этой группы относятся малая масса конструкции, возможность устанавливать на них маломощные двигатели, использовать для старта неровные площадки.
 
Рис. 1. Компоновочные схемы мотодельтапланов.
Рис. 1. Компоновочные схемы мотодельтапланов:
1 — с двигателем на спине пилота, 2 — с двигателем под крылом, 3 — с двигателем на мачте, 4 — с двумя двигателями на крыле или подкосах, 5 — с двигателем на мототележке, 6 — с двигателями на крыле или подкосах, 7 — с двигателем на фюзеляже, 8 — с двумя или несколькими двигателями на мототележке.
 
Однако их нельзя применять для транспортирования полезного груза, при выполнении старта на долю пилота выпадают большие физические нагрузки; безопасность же полетов ниже, чем у МД второй группы. Анализ авиационных происшествий на дельтапланах показывает, что подавляющее большинство тяжелых травм происходит при ударе головой или грудью о землю. Дело в том, что пилот такого мотодельтаплана (равно как и спортивного аппарата) не зафиксирован жестко относительно конструкции, а находится в мягкой подвесной системе, допускающей маятниковое перемещение относительно крыла. При сваливаниях, которые возможны во время полетов вблизи земли на малой скорости, мотодельтаплан сталкивается с землей, когда его траектория круто наклонена; в подобной ситуации корпус пилота наклонен вперед, что увеличивает вероятность неприятных последствий. Единственный и наиболее эффективный прием самозащиты, применяемый дельтапланеристами, — во что бы то ни стало встретить землю ногами.
 
Характерным признаком мотодельтапланов второй группы является шасси — колесное или поплавковое (при старте с воды). Эти аппараты способны перевозить полезный груз, взлет и посадка на них сравнительно просты, а уровень безопасности полетов выше, чем на МД первой группы. Последнее объясняется тем, что пилоты ограждены силовыми элементами конструкции и в большинстве случаев жестко зафиксированы привязными ремнями.
 
Мотодельтапланы первой группы имеют то же применение, что и мотопланеры. Их компоновки отличаются в основном расположением двигателей. Компоновка любительских аппаратов № 1 с двигателем на спине пилота встречается крайне редко. Она наименее безопасна, полет на таком МД требует от пилота особого внимания и напряжения при старте и к тому же характеризуется крайне низким уровнем комфорта.
 
Одной из разновидностей этой компоновки является аппарат с жесткой подвесной системой пилота, к которой крепится двигатель.
 
Компоновку № 3 с двигателем, расположенным на мачте крыла, использовали на начальном этапе конструирования мотодельтапланов. Основной недостаток схемы заключался в том, что линия действия тяги располагалась значительно выше центра масс и точки подвески пилота. В результате изменение силы тяги сильно влияло на величину продольного момента, а следовательно, на продольную устойчивость. На некоторых режимах такие аппараты проявляли склонность к потере продольной устойчивости и управляемости, а в практике их летной эксплуатации случались «кувыркания».
 
Компоновка № 4 с двигателями на подкосах или на крыле также не получила широкого признания из-за усложненной по сравнению с другими мотодельтапланами этой группы конструкции, к тому же такие МД оказались менее удобными в эксплуатации. Заметим, что двухмоторный летательный аппарат имеет некоторое преимущество перед одномоторным только в тех случаях, когда он может балансироваться и продолжать полет с одним работающим двигателем. У рассматриваемого варианта балансировка при одном работающем двигателе практически невозможна.
 
Наиболее популярной в первой группе МД стала компоновка № 2.
 
Силовая установка такого мотодельтаплана состоит из двигателя, длинного полого стержня, соединяющего двигатель с опорой воздушного винта, вала привода и самого воздушного винта. Конструкция обеспечивает быстрый монтаж силовой установки на крыло. Кроме того, винт находится сзади и далеко от пилота, что несколько повышает комфорт и безопасность. Аппараты этого типа выпускаются за рубежом серийно.
 
Среди мотодельтапланов с шасси наиболее широко распространена компоновка № 5. Мототележка (подвесная система) крепится к крылу через шарнир, имеющий не меньше двух степеней свободы в угловом движении. Силовая установка, кресло пилота, шасси, оборудование и другие элементы закреплены на мототележке. Эти мотодельтапланы просты в эксплуатации, не сложны по конструкции, что позволяет быстро разбирать и собирать их, заменять крыло. Они более комфортабельны, а управляются так же, как и спортивные дельтапланы. Мототележка приспособлена для перевозки грузов и пассажиров. При снятом крыле она может служить наземным транспортным средством.
 
Встречается среди любительских мотодельтапланов и компоновка № 6. Ее достоинство — малая масса; недостатки — невозможность управления по тангажу и крену при разбеге и пробеге.
 
На первом этапе развития мотодельтапланов разрабатывались схемы с балансирным управлением по одному или двум каналам и с аэродинамическим по остальным (компоновка № 7). В дальнейшем, правда, оказалось, что достаточно эффективным аэродинамическое управление при столь малых скоростях полета может быть лишь при использовании рулевых поверхностей большой площади.
 
Следует отметить, что управление с помощью аэродинамических поверхностей приводило к усложнению конструкции и увеличению массы аппаратов. В то же время эксплуатация МД с компоновкой № 5 выявила достаточную эффективность балансирного управления. Именно поэтому от использования смешанного управления довольно быстро отказались.
 
Компоновки № 8 и № 5 аналогичны и различаются лишь числом двигателей. Аппараты с двухмоторными тележками строятся в настоящее время только как экспериментальные. Некоторым преимуществом таких МД перед другими «двухмоторниками» является возможность балансировки и продолжения полета при одном работающем двигателе.
 
Наибольший интерес с точки зрения практического применения представляют МД компоновки № 5. По сравнению с другими сверхлегкими самолетами они наиболее просты и дешевы, обладают хорошей эксплуатационной технологичностью и ремонтопригодностью. В частности, мотодельтаплан примерно в два раза дешевле схематических сверхлегких самолетов с аэродинамическим управлением. Следует отметить, что крыло такого МД принципиально не отличается от крыла обычного спортивного аппарата, основное отличие — усиленный каркас.
 
Рис. 2. Схемы мототележек.
Рис. 2. Схемы мототележек:
1 — вантовая, 2 — панельная, 3 — ферменная, 4 — балочная.
 
Гораздо больше конструктивного разнообразия в мототележках. На рисунке 2 представлены четыре типа применяемых в настоящее время тележек. Вантовая содержит минимальное количество стержней, расчаленных тросовыми растяжками. Она получила распространение благодаря минимальной массе, хорошей производственной и эксплуатационной технологичности. Мототележки, выполненные по вантовой схеме, быстро и легко складываются, занимают мало места при хранении. К недостаткам следует отнести меньшую по сравнению с другими схемами прочность и надежность.
 
Большой интерес представляют мототележки панельной схемы. Они содержат минимальное количество силовых элементов — стержней, из которых делаются плоские панели, стыкующиеся затем между собой, и лишь ненамного тяжелее вантовых при примерно равной производственной и эксплуатационной технологичности. Трудоемкость изготовления мототележек вантовой и панельной схем одинакова.
 
Мототележки панельной схемы имеют высокую прочность и надежность. Они способны воспринимать ударные нагрузки, возникающие при аварийных посадках, обеспечивают пилоту большую безопасность, реже ломаются. Чаще всего их проектируют для мотодельтапланов, которые предполагается эксплуатировать в жестких условиях с неподготовленных взлетно-посадочных площадок.
 
Ферменные мототележки состоят, как правило, из двух или нескольких пространственных ферм. Схема широко не используется, хотя по сравнению с другими такие тележки прочнее, да и поломка одного из силовых элементов не нарушает работоспособности всей системы. К недостаткам относится большое число соединительных элементов, сложность сборки и разборки. И последнее — эта схема не обеспечивает складываемость.
 
Мототележка балочной схемы представляет собой сложную полую балку с работающей, чаще всего стеклопластиковой, обшивкой. Она наиболее комфортабельна, имеет меньшее аэродинамическое сопротивление. С другой стороны, сделать ее значительно сложнее, нежели тележки иных схем. К тому же она не складывается, что усложняет транспортировку.
 
Очень часто, кстати, встречаются и «гибриды», включающие элементы различных схем.
 
Классическим примером МД с балочной мототележкой является Т-4, разработанный специалистами ОКБ имени О. К. Антонова. Его аэродинамическая основа — спортивный дельтаплан той же фирмы «Славутич-Спорт» с усиленным каркасом. Мототележка стеклопластиковая, выклеенная по матрице. В местах стыковки с подвесной системой крыла, двигателем и шасси установлены закладные металлические элементы. Т-4 предназначен для выполнения тренировочных полетов и участия в соревнованиях. Этот аппарат неоднократно использовался для выполнения показательных полетов на спортивных праздниках и смотрах-конкурсах СЛА.
 
Рис. 3. Мотодельтаплан Т-4 ОКБ имени О. К. Антонова — классический аппарат с балочной мототележкой.
Рис. 3. Мотодельтаплан Т-4 ОКБ имени О. К. Антонова — классический аппарат с балочной мототележкой.
 
В двухместном мотодельтаплане МАИ-2, созданном под руководством студента-дипломника А. Русака, применена панельная мототележка. Этот аппарат демонстрировался на всесоюзном смотре-конкурсе СЛА-85, где был высоко оценен специалистами и занял первое место в своем классе. Его единственный недостаток — ненадежная силовая установка на базе двигателя «ЧЗ—400».
 
Рис. 4. Двухместный мотодельтаплан МАИ-2 конструкции А. Русака с панельной мототележкой.
Рис. 4. Двухместный мотодельтаплан МАИ-2 конструкции А. Русака с панельной мототележкой.
 
Одна из наиболее удачных конструкций вантовой тележки у серийного французского мотодельтаплана типа «Космос». Этот аппарат удобен в эксплуатации, легко разбирается и быстро монтируется. Привести его из транспортного состояния (крыло в пакете размерами 4500X350 мм, сложенная мототележка) в рабочее можно за 10 мин., и сделать это по силам одному человеку.
 
Рис. 5. Серийный французский аппарат типа «Космос» с вантовой мототележкой.
Рис. 5. Серийный французский аппарат типа «Космос» с вантовой мототележкой.
 
Почти все стержни в мототележке изготовлены из труб Ø 53 мм с толщиной стенки 1,3 мм, причем продольный и вертикальный стержни усилены по всей длине трубами 50Х1,3 мм, заложенными внутри. Кроме того, вертикальный стержень имеет страховочную тросовую растяжку, которая с одной стороны крепится к элементам узла подвески, а с другой — к болту узла фиксации вертикального и продольного стержней.
 
Опытная эксплуатация МД «Космос» показала, что он требует очень «нежного» отношения и не рассчитан на грубые посадки, избежать же их не в состоянии даже высококвалифицированные пилоты.
 
Рис. 6. Двухместный экспериментальный мотодельтаплан с ферменной мототележкой «Поиск-03», созданный в СКБ МИИГА.
Рис. 6. Двухместный экспериментальный мотодельтаплан с ферменной мототележкой «Поиск-03», созданный в СКБ МИИГА.
 
При создании экспериментального двухмоторного мотодельтаплана «Поиск-03» мы выбрали для мототележки ферменную схему. Она представляет собой два модуля — верхний, изготовленный из труб Ø 34 мм (толщина стенки 1,5 мм) и нижний из труб Ø 36 мм (толщина стенки 2,5 мм). «Поиск-03» построен в СКБ Московского института инженеров гражданской авиации (МИИГА) и предназначен для изучения особенностей пилотирования и исследования функциональных возможностей мотодельтапланов такой схемы.
 
Следует отметить, что большая конструкторская и лeтнo-иcпытaтeльнaя работа, проведенная в СКБ института, позволила выявить наиболее удачные схемы мотодельтапланов, их преимущества и недостатки. Мы думаем, что читателям «М-К» будет интересно поближе познакомиться с одним из наших аппаратов. Подробнее о нем — в одном из следующих номеров.
 
Основные характеристики мотодельтапланов
 
Основные характеристики мотодельтапланов.
 
И. НИКИТИН, руководитель СКБ МИИГА




Рекомендуем почитать
  • АВТОЖИРУ — МОТОР

    АВТОЖИРУ — МОТОР

    Среди всех летательных аппарата, интересующих самодеятельных конструкторов, наиболее доступны, нааерное, автожиры. Как правило, это простые и сравнительно недорогие машины, поскольку из сугубо авиационных материалов при их изготовлении требуются разве что дюралюминиевые профили, и то а ограниченном количестве. Конструкцию именно такого летательного аппарата предложил читателям журнала полковник ВВС в отставке профессор одного из московских вузов Р.МЕРКУЛОВ. 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.