НЕОБЫЧНЫЙ ЭЛЕКТРОЛЕТ

С легким шелестом лопастей пропеллера модель ушла в воздух. Пройден один круг, другой, третий. Все это знакомо нынче во многих кружках нашей страны ребята поднимают в полет авиамодели с электродвигателями. Однако какие-то особенности этого аппарата заставляют неотрывно следить за ним. То ли непривычный для электролетов элемент крыла — закрылки, то ли уверенность, своего рода надежность полета. Все-таки мы привыкли к тому, что мощности электродвигателя только-только хватает удержать модель в воздухе.

Но вот пройдена база, закончен десятый круг. Наверное, последует «конвейер» — промежуточная посадка с последующим взлетом, затем паренек мягко посадит свою модель и выключит питание. Но нет! Она, неожиданно взревев двигателем (если так можно сказать о загудевшем сильнее электромоторчике, которого почти не было слышно раньше), выполняет петлю, настоящую мертвую петлю! Раздаются аплодисменты зрителей, а «пилотажка» — она действительно оказалась достойной этого названия — уверенно демонстрирует чуть ли не весь комплекс акробатических фигур.

Создать такую машину помогли не только золотые руки моделистов, но и знание основ электротехники и аэродинамики.

Началась работа над проектом будущей электропилотажки с выбора двигателя. В основном раньше ставили моторчики типа ДК-5-19. Легкие, оборотистые, они допускали чуть ли не трехкратную перегрузку по напряжению. Но такой перекал давал о себе знать. Мощное искрообразование на щетках и большой рабочий ток нагревали мотор так, что плавились пластиковые корпуса коллекторов и отпаивались пластинки от держателей щеток. С этим боролись, ставя текстолитовые детали вместо капроновых и переделывая щетки. Однако все равно мощности не хватало: легкая модель совершала лишь горизонтальный полет.

Но вот кто-то принес посмотреть взятую у соседей-судомоделистов моторную установку, выпускаемую нашей промышленностью для плавающих моделей под маркой А-287. Солидный вид ее сразу же отпугивал — слишком тяжела. Все-таки подключили к питанию и… Оказалось, что моторчик почти без искрообразования и заметного нагрева допускает четырех-пятикратный перекал по напряжению при кратковременных включениях. Замеры показали: потребляемая мощность равна 30 Вт и более (при напряжении 13,5 В ток равен 2,2 А под нагрузкой). Это не несколько ватт ДК-5-19! Потом взвесили двигатель. Масса — 62 г. Когда же сняли дейдвудную трубку и гребной винт, укоротили длиннющий вал, осталось всего 46 г (для сведения: ДК-5-19 весит 25 г). Стало ясно, что можно приниматься за работу. Пластиковый капроновый корпус заменили на тонкостенный стаканчик из магниевого сплава МА-8. Он легче, термостоек и позволяет заменить подшипники трения на шариковые.

Рис. 1. Пилотажная модель с электродвигателем:

1 — кок винта, 2 — фюзеляж, 3 — киль, 4 — фальшкиль, 5 — стойка шасси, 6 — воздушный винт, 7 — крыло, 8 — закрылок, 9 — тяга, 10 — стабилизатор, 11 — руль высоты.

Рис. 2. Конструкция фюзеляжа:

1 — двигатель, 2 — гибкий проводник, 3 — окно выхода охлаждающего воздуха, 4 — фонарь (целлулоид 0,3 мм), 5 — полик (ватман), 6 — фигурка пилота (пенопласт), 7 — шпангоут, 8 — винт М2 крепления крыла, 9 — качалка (стеклотекстолит 0,5 мм), 10 — стенка канала охлаждения (ватман), 11 — капот-заборник (целлулоид 0,6 мм или стеклопластик 0,3 мм), 12 — гнездо двигателя (бальза), 13 — лобовой шпангоут (фанера 1 мм).

Рис. 3. Крепление стоек шасси:

1 — медная трубка (обмотана нитками и вклеена в крыло), 2 — фиксатор стойки, 3 — фанерная накладка, 4 — стойка, 5 — щиток.

Доработке подвергся и коллектор — его корпус для надежности выточили из текстолита, да и пластинки щеток с краев примотали к держателям тончайшей медной проволокой. Сами же держатели смонтировали на металлической стенке мотора через изоляционные текстолитовые стаканчики. Учтите, что отверстия в торцах корпуса и стенки не только для облегчения: через них проходит часть воздуха, который гонит пропеллер и охлаждает сильно нагруженный двигатель. А он после всех доработок «похудел» и стал весить всего 38 г. У некоторых из этих моторчиков подковы статора со временем теряют магнитную силу, в таких случаях рекомендуем подмагничивать их с помощью простейшего приспособления. Воздушный винт подберите сами в зависимости от частоты вращения вала переделанного двигателя. Только не устанавливайте на него кок большого диаметра: отверстия охлаждения двигателя будут загорожены, и он начнет перегреваться. При хорошем же охлаждении и времени работы около 3 мин доработанный мотор позволяет довести потребляемую мощность до 40 Вт.

Приняв коэффициент полезного действия установки равным 40%, а винта — 70%, можно попытаться определить основные параметры модели. Прежде всего о скорости полета.

Малая, безусловно, привлекательна. Однако пилотажная модель не должна быть слишком тихоходной. Иначе ей не удержать натяжения корд в точках полусферы, близких к зениту. Условимся, что длина проводов-корд равна 5 м и центробежная сила уравновешивает вес модели. Этого натяжения будет достаточно, так как электросамолет летает в зале, где ему не страшны порывы ветра, а дополнительное усилие даст ряд мер, применяемых пилотажниками: выкашивание оси двигателя из круга, загрузка внешнего конца крыла, отклонение руля поворота, сдвиг выводов корд из крыла назад и дифференциальное отклонение закрылков. При данных условиях минимальная скорость полета около 7 м/с. Круг самолетик пройдет за 5 с (с учетом длины руки «пилота»). Угловая скорость получилась ненамного отличающейся от условий «большого» пилотажа. А что же даст мотоустановка? Ее тяга (в ньютонах) будет равна:

где N_В — мощность на валу двигателя, равная потребляемой им мощности, умноженной на КПД электромотора, Вт;

η — КПД воздушного винта;

V — скорость полета, м/с.

После расчета получаем величину тяги—1,6 Н, или примерно 160 г. Значит, именно в такую массу нужно «уложиться» при постройке аппарата. Летные характеристики улучшатся) если модель удастся сделать легче, примерно весом 100 г. Избыток мощности поможет стать ей маневреннее.

Какую величину удельной нагрузки на несущие поверхности принять для электропилотажки? С учетом сравнительно короткой корды — около 10—15 г/дм2. Тогда минимальный радиус разворота позволит выполнить не только круглые, но и квадратные петли.

В результате получаем общую площадь несущих поверхностей 7—10 дм². Разделим ее так. Крыло — 85%, горизонтальное оперение — 15%. Теперь можно начертить всю модель. Загвоздка только в том, из чего ее строить. Ведь на конструкцию остается не так много: двигатель с винтом и коком весит около 40 г, система управления — 5 г, да и шасси, даже одностоечное велосипедное, едва ли получится легче 5 г. Остается всего 50 г.

Возможных путей несколько. Из бальзы удастся создать легкую наборную конструкцию, которую вы обтянете длинноволокнистой бумагой на эмалите. Можно взять ватман и из него склеить всю модель, предварительно раскрасив выкройки деталей акварелью. Крыло с закрылками получится весом около 28 г, так как эта бумага обладает удельным поверхностным весом 1,8 г/дм².

Но наиболее привлекательный и благодарный материал — мелкошариковый упаковочный пенопласт (удельный вес 0,016 г/см3 или 0,32 г/дм2 при толщине 2 мм). Особой внешней отделки не потребуется, достаточно наклеить на белоснежные плоскости, вырезанные из тонкой цветной бумаги буквы полосы или эмблемы. Можно вырезать из пенопласта и целое крыло по металлическим и фанерным шаблонам, потом проколоть его вдоль спицей, вставить в образовавшееся отверстие нихромовую проволоку и облегчить крыло изнутри. Подобное «изделие» на удивление легкое — с закрылками оно весит 5—6 г.

Рис. 4. Двигатель:

1 — корпус, 2 — шарикоподшипник 3X7, 3 — ротор в сборе, 4 — держатель щетки, 5 — изоляционный стаканчик, 6 — задняя стенка, 7 — кольцевой магнит статора.

Стабилизатор с рулем высоты проще изготовить из целого куска, так же как и вертикальное оперение. Если у вас есть обрезки бальзы, окантуйте все плоскости и рули по периметру полосками этой древесины. Фюзеляж обработайте снаружи, затем разрежьте вдоль по вертикальной оси раскаленной струной, выдолбите изнутри и скрепите эмульсией ПВА.

Прорисовывая узлы системы управления, постарайтесь разместить в модели качалку с максимальным размахом плеч подвески корд. Многие допускают ошибку, устанавливая короткоплечие качалки управления, а они для легких микросамолетов не подходят. Малый рычаг — малый вращающий момент. В результате перемещения слабо натянутых корд если и передаются на рули, то либо неточно, либо с запозданием. При крайних отклонениях качалки рули высоты должны уходить вверх и вниз на 40°, закрылки — на 30° в обратную сторону.

Для корд лучше использовать проволоку марки ПЭЛ. Некоторые применяют многожильный провод во фторопластовой изоляции МГТФ. Он служит долго, но модель летает с ним хуже. Дело в том, что при той же площади сечения жилы у последнего больше внешний диаметр, а это лишнее сопротивление воздуха. Толстая корда как бы заворачивает самолет в круг, уменьшая натяжение проволок.

При токе 2,5 А можно использовать провод ПЭЛ с диаметром медной жилы 0,25 мм (ток его плавления 10 А), падение напряжения на двух таких проволоках длиной по 5 м будет примерно равно 9 В, Из-за нагрева рекомендуем соединять качалку с кордами проводом большего в 1,5—2 раза диаметра. Тонкий мог бы если не перегореть в крыле, то, по крайней мере, подплавить пенопласт. Учтите, что все соединения электрической цепи можно выполнять только с помощью пайки, ни в коем случае простой скруткой жил!

Рис. 5. Система управления:

1 — провод-поводок, 2 — качалка, 3 — гибкий проводник, 4 — кронштейн закрылков, 5,7 — тяги (чий), 6 — кабанчик руля высоты, 8 — трубка-шарнир (солома).

Источник тока любой, лишь бы он обеспечивал на подходе к кордам напряжение 24 В. Это и набор круглых батареек или аккумуляторов, и элементарный выпрямитель переменного тока. На ручке же управления смонтируйте переменное сопротивление, позволяющее снижать подводимое к кордам напряжение хотя бы в два раза, и выключатель.

Отправляя микросамолет в первый полет, обязательно проверьте, нет ли перекосов плоскостей, легко ли отклоняются рули, на нужном ли месте находится центр тяжести. Если у вас нет опыта пилотирования кордовой модели, сместите его на 5—7 мм вперед, загрузив нос аппарата.

Начинающим авиамоделистам можно рекомендовать построить учебную. Переделок двигателя для нее не потребуется, воздушный винт ставится прямо на вал, выходящий из дейдвудной трубы. Только не забудьте, что в таком варианте, когда нет требований к вертикальному маневру модели и мощность мотора ограничена нагревом его элементов, допустимо подводить к нему напряжение не свыше 8 В. Так как рабочий ток при этом равен 1,4 А, падение напряжения на кордах 5 В, то к ручке надо подвести 13 В.

Ю. ПАВЛОВ, инженер