УНИКАЛЬНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ

Сразу два мировых рекорда установил на международных соревнованиях по судомодельному спорту советский спортсмен, мастер спорта международного класса Г. Шахазизян. Это произошло на стартах в болгарском городе Толбухине; один из рекордов перекрыл в классе В1 прежний результат сразу на 24 км/ч! Событие, можно сказать, уникальное — в наши дни даже доли процента прибавки скорости, требующиеся для утверждения рекорда, даются конструкторам-спортсменам ценой неимоверного напряжения сил.

Теперь рекорд, ранее, кстати, тоже принадлежавший советскому спортсмену А. Тупикину, составляет 269,219 км/ч!

Примечательно, что столь солидная прибавка скорости получена не благодаря отладке модели. Главную роль сыграл истинно творческий подход как к теоретическому исследованию характера движения спортивного снаряда, так и к его проектированию. И эти два фактора позволили создать модель не только логичную и совершенную по своей конструкции, но и выдающуюся по ходовым качествам.

На предлагаемой вашему вниманию кордовой была испробована новинка: кольцевая насадка для воздушного винта. В 1985 году с такой моделью Г. Шахазизян стал чемпионом мира, сегодня он продолжает эксперименты с подобными движителями. И смысл в этой работе есть. Особенно в судомодельном спорте, где существуют жесткие рамки ограничений по максимально допустимому шуму от совершающем заезд (точнее сказать, полет!) модели.

Надеемся, что рассказ о принципах конструирования и о самой рекордсменке окажется интересным не только для судомоделистов, поможет создателям спортивной техники других классов и видов повысить свои результаты.

Итак, слово — создателю модели.

При проектировании кордовых скоростных судомоделей с воздушным винтом приходится обращать особое внимание на специфические особенности класса В1. Это требование к статической плавучести, исключающей касание воздушным винтом поверхности воды, к надежности старта, динамической устойчивости при «полете» с обязательными касаниями воды минимум два раза за круг, к ограничению по шуму в пределах 80 дБ, достаточной прочности и жесткости при минимальном весе. Основные факторы тесно взаимосвязаны, и это вынуждает спортсменов-конструкторов неустанно искать оптимальные компромиссные решения.

Рекордная судомодель.

Одним из весьма важных моментов, определяющих характер движения модели в заезде, является воздействие центробежных сил. Достаточно сказать, что на кордовую, идущую со скоростью около 260 км/ч, влияет центростремительное ускорение порядка 35g. Большие поправки дает кордовая нить, поэтому, чтобы разобраться в интересующем вопросе, нужно рассматривать единую механическую систему «модель — кордовое устройство». Первая в движении вокруг стояка ввиду большого расстояния от него может быть принята в расчетах как материальная точка.

Учтя все силы, действующие на принятую систему (схема, действия сил приведена на рисунке), и проведя некоторые преобразования, несложно найти «критическую» скорость. На ней происходит полная разгрузка силы, прижимающей кордовую к поверхности акватории, и в идеальном случае при ее превышении модель переходит в чистый полет. Окончательно формула расчета «критической» скорости имеет следующий вид (обозначения соответствуют схеме сил):

V_*=sqrt((3q/2H)*((2P+Q)*(l²-H²)/(3P+Q))).

Подставляя конкретные значения реальных условий, нетрудно найти, что, к примеру, при массе модели 0,5 кг «критическая» скорость V_* будет равна 255 км/ч. Очевидно, что при больших скоростях для выполнения требования правил о двукратном касаний воды при пробеге круга скоростная должна обладать отрицательной (прижимающей) силой. Ее значение подсчитаем, принимая величину N меньше нуля.

Отметим, что внешние возмущения (ветер, волнение воды и другое), а также криволинейность кордовой нити из-за аэродинамического сопротивления и гироскопических моментов воздушного винта и коленвала двигателя способствуют касанию воды и расчетные результаты принимаются в первом приближении.

Схема сил, действующих на механическую систему скоростная судомодель — кордовая нить.

Обозначения:

Р — сила тяжести модели, Q — сила тяжести корды, T — сила тяги воздушного винта, R — сила сопротивления модели, Rl — равнодействующая распределенных сил сопротивления кордовой нити и уздечки, N — подъемная сила модели, G^ц — центробежная сила инерции модели, F^ц — равнодействующая распределенных по линейному закону центробежных сил инерции элементов кордовой нити и уздечки, приложенная на ²/₃ радиуса движения модели.

В идеальном случае модель должна обладать положительной подъемной силой при глиссировании и прижимающей — при чистом полете. К этому и следует стремиться при проектировании спортивного аэроглиссера. Большую помощь скажет подетальный анализ функционального назначения каждой части, узла и элемента, лишь после этого можно приступать к отысканию оптимальной конструкции и технологии.

Система старта модели с применением резиновой ленты.

Корпус. Его объем и внешнюю поверхность обжимают до предела, обеспечивая лишь минимальную требуемую плавучесть модели. Поэтому еще перед проектированием нужно запланировать массу скоростной и при постройке строго придерживаться выбранного значения. Для уменьшения внешней («смачиваемой») поверхности, аэродинамического сопротивления и шума целесообразно сделать поперечное сечение корпуса круглым на всей длине за исключением района переднего редана. Для снижения завихрения воздуха за реданом переход к корпусу закрывается зализом с обтекаемыми обводами. Тогда фактически без увеличения миделевого сечения легко обеспечивается рост объема носовой части, что будет способствовать переносу центра тяжести аппарата вперед и соответствующему улучшению продольной динамической устойчивости.

На представленной модели корпус изготовлен по известной технологии — «намоткой» конусной четырехслойной трубы. Ее внешняя и внутренняя стороны из дюралюминиевой фольги толщиной 0,03 мм, в середине — бальзовый шпон и углеткань. Труба собирается на эпоксидной смоле К-153. При минимальном весе такая конструкция позволяет получить значительную прочность и жесткость, одновременно резкое различие механических характеристик отдельных слоев корпуса усилит затухание вибраций и поможет глушению шума.

Моторама также обжата до минимума. Пришлось отказаться от традиционных лапок картера двигателя и закрепить его на капоте-мотораме с помощью особых лапок на задней крышке и носовой части картера. Моторама из магниевого сплава укорочена до предела, основная масса сосредоточена над мотором, что создает благоприятные условия для работы двигателя.

Топливный бак — однокамерная «поилка»; для уменьшения вибраций и пенообразования отделен от моторамы и закреплен в мотогондоле на упругих передвижных направляющих.

Мотогондола изготовлена из бальзы средней плотности и липы, обтянута стеклотканью на эпоксидной смоле. Внутри вклеена направляющая для резонансной выхлопной трубы, к концу которой на резьбе притягивается дополнительный глушитель. Направляющая служит одновременно и «арматурой» для мотогондолы. Такой прием помогает снизить вибрации и шум, распространяемый стенками в атмосфере.

Мотогондола смонтирована на пилоне под углом, по нижней правой грани. Это дает следующие преимущества: уменьшается интерференционное сопротивление (углы сопряжения пилона с мотогондолой становятся больше 90°), укорачивается наружная часть пилона, обтекаемая воздушным потоком, отверстие жиклера двигателя смещается от центра круга (тем самым создается простор для регулировки положения бака), уменьшается уровень вибраций и, следовательно, сопротивление уздечки и кордовой нити (частично снижается интенсивность поперечных колебаний, превращающихся в поперечно-продольные), появляется возможность заменять свечу-головку без демонтажа двигателя.

Пилон вырезан из твердой бальзы и обклеен с обеих сторон углетканью и фанерой толщиной 1 мм с взаимно перпендикулярным направлением волокон. Так удается добиться высокой жесткости на кручение при минимальной массе детали. Немаловажно правильно выбрать место приклейки пилона в мотогондоле. Желательно, чтобы главная ось момента инерции пилона проходила через центр масс мотогондолы — тогда центробежная нагрузка от гондолы не будет давать скручивающих усилий.

Траверс односторонний. Он значительно уменьшен по площади и выполняет фактически лишь роль «поплавка», удерживающего хвостовую часть модели на плазу в статическом положении. Подобное стало возможным благодаря применению кольцевой насадки воздушного винта; кроме увеличения КПД винта и снижения его шумности, насадка обладает значительным стабилизирующим эффектом. Одновременно с уменьшением сопротивления небольшого траверса снижается интерференционное сопротивление сопряжения одностороннего траверса с корпусом. Траверс расположен под углом к горизонтальной плоскости. Благодаря этому в статическом положении модель наклоняется вправо, сюда же относительно центра водоизмещения смещается и центр тяжести. Так обеспечивается надежное равновесие на плаву. В динамике за счет натяжения корды скоростная становится «на ровный киль», траверс с поплавком полностью отрывается от воды. Материал траверса — дюралюминиевая фольга толщиной 0,3 мм.

Надо отметить, что разнесенность масс по длине корпуса увеличивает момент инерции модели относительно поперечной оси, уменьшает влияние внешних возмущений.

Уздечка крепится на концах титанового кронштейна кольца-насадки и траверсе. Сравнительно большие плечи этих точек относительно оси кордовой модели и разнос их в вертикальном направлении служат на пользу поперечной устойчивости в движении. Траверс прикрепляется вместе с наконечником-обтекателем. Резиновые кольца, введенные в это соединение, виброизолируют отдельные элементы. При всем прочем подобное решение разъема позволяет легко заменять детали хвостовой части, проводить эксперименты с траверсами различной профилировки в зависимости от состояния акватории и других внешних возмущений.

В конце — несколько слов о старте. Чтобы избежать неудачных бросков и иметь возможность стартовать с аэродинамически более тяжелыми винтами, дающими малую тягу на месте, применяется «старт с резиной», аналогично классам А. Однако для класса В1 крючок для резиновой ленты нужно ставить в районе центра тяжести модели. Только тогда натяжение «катапульты» не создаст момента относительно центра масс аппарата, и он будет легко и с большой надежностью стартовать. Место фиксации второго, неподвижного конца резины подбирается так, чтобы в начальный момент движения лента составляла с осью модели определенный угол и не попадала в процессе разгона во вращающийся воздушный винт (при использовании кольца-насадки такая опасность исчезает). По мере разгона упомянутый угол увеличивается с одновременным уменьшением натяжения резины. Тем самым модели сообщается первоначальная скорость при постоянной натяжке корды.

Г. ШАХАЗИЗЯН, кандидат технических наук, мастер спорта международного класса, г. Ереван