«БОЙЦОВКА» В «ДИПЛОМАТЕ»

Современные модели воздушного боя, как чемпионатного класса, так и «юниорского», во многом схожи по конструкции и, соответственно, по концепции. Они вполне удовлетворяют «бойцов» предъявляемым к ним требованиям и отличаются лишь технологией изготовления.

Однако, несмотря на отработанность схемы, в «юниорском» подклассе иногда появляются непривычные решения, целью которых, как правило, являются второстепенные проблемы. Так и в предлагаемом вниманию «бойцов» случае: основной задачей наших экспериментов стало создание сверхкомпактном модели малой массы, рассчитанной специально на двигатели ограниченной мощности. Предполагалось, что подобные модели смогут конкурировать на соревнованиях среднего уровня с «бойцовками», оборудованными гораздо более мощными («профессиональными») двигателями при сравнимой манёвренности и быстроходности, однако со сниженным из-за малой массы средним уровнем натяжения корд. Представляется, что опыт работы над подобными нетрадиционными моделями и полученные на отдельных стадиях работы результаты и выводы могут обогатить теоретический и практический багаж знаний моделистов. Кроме того, знакомство с конструктивными и технологическими находками и ошибками, полученными при создании сверхкомпактных «бойцовок», поможет также при проектировании моделей других классов и типов.

Прежде всего — о задачах, которые ставились при проектировании нетрадиционных моделей. Как уже упоминалось выше, в первую очередь требовалось существенно снизить массу и площадь крыла, что позволило даже с учётом ограниченной мощности мотоустановки добиться высокой быстроходности. При этом важно было сохранить такие свойства «бойцовок», как их надёжность и лёгкость запуска двигателей, а также надёжность их поведения в любых атмосферных условиях в любых точках пилотажной полусферы. Последние требования особенно важны в расчёте на эксплуатацию школьниками, не имеющими достаточного опыта пилотирования кордовых моделей.

Хорошее пилотирование на взлёте «бойцовки» с ограниченным размахом крыла достижимо лишь при максимальной компенсации реактивного момента от вращения воздушного винта, в противном случае при малой поступательной скорости модель энергично поднимает внешнее полукрыло и уходит в круг с потерей натяжения корд. На предлагаемой читателям модели эта проблема решается углублением двигателя в крыло. При этом воздушный винт приближается к передней кромке крыла и поток, закрученный пропеллером, сразу же спрямляется плоскостью крыла. Таким образом компенсируется большая часть реактивного момента. В пользу же улучшению натяжения корд как на взлёте, так и в режиме пилотажа, идёт разница в размахах полукрыльев, а также вынос руля высоты, выполняющего на моделях схемы «летающее крыло» одновременно и функции закрылка на внешнюю сторону от оси двигателя. При отклонении руля возникают два побочных, полезных на данных компактных моделях эффекта: снижается подъёмная сила на внешнем полукрыле («бойцовка» пытается накрениться на внешнее полукрыло, стремясь выйти из круга). При этом также возрастает аэродинамическое сопротивление того же полукрыла. В результате модель может выйти из круга, но в перпендикулярной плоскости. Однако при выполнении плавных фигур оба полукрыла работают одинаково эффективно, благодаря равенству их площадей.

Первоначальный вариант модели воздушного боя (вверху — общий вид):

1 — элементы законцовок (фанера толщиной 1,5 мм); 2 — окантовка законцовок (сосна, сечение 2×4 мм); 3 — передняя кромка (сосна, сечение 5×5 мм); 4 — нервюра (фанера толщиной 1,5 мм); 5 — простая распорка (сосна, сечение 3×3 мм); 6 — пластина лонжерона (сосна, сечение 4×15 мм; к концу крыла сечение равномерно уменьшено до 4×3 мм); 7 — кок-гайка (Д16Т или латунь — в зависимости от центровки); 8 — обшивка центрального узла (фанера толщиной 1 мм сверху и снизу крыла); 9 — распорный стрингер (сосна, сечение 3×3 мм); 10 — кронштейн компенсированной навески руля высоты; 11 — руль высоты (ольховая фанера толщиной 5 мм с облегчением, либо сборный каркас из сосновых реек); 12 — кабанчик руля (точка подвески ленты); 13 — тяга руля (алюминиевая вязальная спица Ø2,5 мм); 14 — окантовка кромки (сосна, сечение 2×4 мм); 15 — кронштейн качалки (фанера толщиной 3 мм); 16 — качалка (лист Д16Т толщиной 1,5 мм); 17 — накладная бобышка под пружины вывода кордовых тросиков; 18 — проходные тросики Ø0,8 мм); 19 — центральная нервюра (фанера толщиной 2 мм); 20 — фигурный брусок моторамы (берёза, сечение 7х10 мм, с заклеенными шпильками М3); 21 — стенка моторного отсека (фанера толщиной 1 мм); 22 — надставка лонжерона (липа, толщина 4 мм); 23 — двигатель, доработанный и облегчённый МАРЗ-2,5 с задней стенкой от МК-12В (при вертикальном положении головки цилиндра для совпадения оси жиклера с серединой высоты бака пришлось опустить двигатель вниз на 6,5 мм; основной объём экспериментов проводился с однолопастным воздушным винтом облегчённого типа — применялся исключительно для балансировки)

Второй вариант модели воздушного боя подкласса 1,5 см³:

1 — законцовка (фанера толщиной 2,5 мм); 2 — заполнитель лобика (пенопласт марки ПХВ); 3 — передняя кромка (сосна, сечение 2,5×4 мм); 4 — монопластина лонжерона (сосна, сечение 2,5×14 мм; к концам крыла сечение равномерно уменьшено до 2,5×5 мм); 5 — кок-гайка; 6 — заклеенная стальная шпилька М2,5 для крепления дюралюминиевого уголка, привинченного к рубашке охлаждения цилиндра двигателя; 7 — топливный бак нетрадиционной формы; 8 — концевой раскос (сосна, сечение 2,5×2,5 мм); 9 — нервюра (фанера толщиной 2,5 мм); 10 — стойка (сосна, сечение 2,5×2,5 мм); 11 — задняя кромка (сосна, сечение 3×5 мм); 12 — кронштейн компенсированной навески руля (проволока ОВС Ø1,8 мм), точка подвески ленты; 13 — руль высоты (лёгкий наборный каркас из сосновых реек с закруглённой передней кромкой); 14 — регулируемый кабанчик; 15 — центральный раскос (сосна, сечение 2,5×2,5 мм); 16 — накладка для вывода тяги из полости крыла (липа толщиной 2 мм); 17 — центральная нервюра (фанера толщиной 2,5 мм); 18 — обшивка центрального узла (фанера толщиной 1 мм сверху и снизу крыла); 19 — тяга руля (алюминиевая вязальная спица 02,5 мм); 20 — кронштейн качалки (берёза); 21 — качалка (Д16Т толщиной 1,5 мм); 22 — поводки (проволока ОВС Ø0,4 — 0,5 мм); 23 — врезная косынка узла (фанера толщиной 1,5 мм); 24 — тросики Ø0,8 мм; 25 — хвостовая косынка (фанера толщиной 2 мм); 26 — накладки (берёза или граб); 27 — вклеенная трубка под болт М3 крепления уголковых кронштейнов, привинчиваемых к картеру двигателя (сталь Ø4×0,5 мм); 28 — бобышка (берёза); 29 — двигатель, доработанный и облегчённый МК-17 «Юниор» с обрезанным жиклером и встроенной в заднюю стенку иглой регулировки топливной смеси

Неудачным надо признать выбор направления выкоса оси поворота руля высоты. При работе в обе стороны в условиях обдува на нём возникает аэродинамический момент силы, направленный в круг. Однако расчёты показали, что величина этой силы пренебрежимо мала по сравнению с другими факторами; так что выкос выбирался по чисто технологическим соображениям (при иной конструкции каркаса выгоднее было бы поставить руль перпендикулярно направлению полёта или даже с выкосом в обратную сторону).

Предварительные прорисовки показали, что при вполне приемлемой величине удельной нагрузки на несущую площадь получается настолько компактная модель под двигатель МАРЗ-2,5 (или иной, подобного типа), что она без проблем размещается без разборки в чемоданчике типа «дипломат». Впоследствии это очень упростило поездки на полёты.

Постройка первого варианта «бойцовки» не представляет трудности для моделистов любого уровня. Поэтому останавливаться на технологии её изготовления нет особого смысла. Замечу лишь: для усложнения условий эксперимента мотор был форсирован до уровня среднего по качеству двигателя типа КМД (при работе на высоких оборотах с лёгким винтом) и одновременно сильно облегчён. Центровка задавалась в общепринятых границах; углы отклонения небольшого по площади руля высоты увеличены в связи с его малым плечом и… уверенностью: богатый опыт пилотирования экстремальных аппаратов в любом случае позволит справиться и с этой техникой.

Первые же полёты необычной «бойцовки» дали удивительные результаты. При стандартной длине корд около 16 м взлёт столь малоразмерной и лёгкой модели проходил идеально, вне зависимости от направления и силы броска. Далее «бойцовка» быстро набирала скорость, и… в горизонтальном полёте начинало твориться что-то непонятное. Создавалось впечатление, что кто-то систематически дёргал то за верхний, то за нижний корд: модель постоянно «танцевала», и её полёт приходилось корректировать значительным отклонением рулей. На фигурах поведение её немного стабилизировалось, но после возвращения к горизонтальному полёту эффект возникал снова. Сразу же появилась мысль: неустойчивость связана с излишне задней центровкой. Поэтому для увеличения массы носовой части был смонтирован однолопастный воздушный винт с противовесом и одновременно заменён руль высоты. При такой же площади он стал в три раза легче, причём щель между рулём и задней кромкой крыла увеличилась в два раза. Однолопастный винт, кроме прочего, обладает почти в два раза меньшим моментом инерции, что обещало снижение и возможное влияние гироскопического момента. В результате доработок центровка сдвинулась вперёд почти на 10%.

Тем не менее, результат доработок оказался нулевым: модель летала точно так же, как и вначале. На взлёте и разгоне — идеально, после набора скорости — хуже не придумаешь. Надо признаться, головоломка для человека, хорошо знакомого с аэродинамикой, та ещё. На некоторое время «бойцовка» была отложена, так как нужно было прежде всего разобраться в причинах происходящего. А на данном этапе это и было наибольшей проблемой.

«Просветление» пришло значительно позже… Оказалось, всё дело отнюдь не в аэродинамике, а в системе управления. Секрет заключался в непараллельности тросиков, подходящих к качалке управления. В переводе на обычные условия создавалась полная аналогия качалки с «обратной стреловидностью». А такая обладает одной скрытой особенностью, о которой полезно знать всем кордовикам, так как этот эффект проявляется на всех без исключения моделях, особенно тяжёлых и быстроходных.

Если внимательно рассмотреть кинематику работы качалки такого типа, станет ясно — при отклонении от нейтрали в любую сторону на ней происходит перераспределение плеч действия сил от натяжения кордовых нитей. Следствием становится различная натяжка самих нитей, а результатом — неравномерное их удлинение. Так как даже при незначительных натяжках при стандартных диаметрах и длинах корд (а тем более витых тросиков) абсолютная величина суммарного растяжения исчисляется сантиметрами, при «обратной стреловидности» качалки возникает эффект заброса руля в отклоняемую, заданную пилотом сторону. Причём проявляется он даже при небольших отклонениях от нейтрали. Поэтому становится практически невозможно удержать модель в горизонтальном полёте. И главное — всё это совершенно независимо от степени устойчивости самого летательного аппарата!

Полезно знать, что качалка с «прямой стреловидностью», какую в свой наиболее удачный период жизни активно применял и пропагандировал известный американский пилотажник Денис Эдемсин (он утверждал, приводя кинематические схемы, что подобная система резко повышает управляемость и улучшает её характер), на деле обладает обратным эффектом.

Перераспределение плеч на ней таково, что, наоборот, при отклонении от нейтрали возникают силы, которые за счёт разности растяжения кордовых нитей возвращают качалку в нейтральное положение. Внимательный анализ приводимых Эдемсином графиков и схем доказал если не ошибочность, то, по крайней мере, некорректность выводов. На специальной экспериментальной модели, построенной для проверки влияния «стреловидностей» качалки, были последовательно смонтированы все варианты вызывающей сомнения детали. Пробные полёты полностью подтвердили теоретические выкладки: «обратная стреловидность» приводила к абсолютной нестабильности управления и полёта модели с любой, даже излишне передней центровкой, а «прямая стреловидность» обладала эффектом выраженного «затупления» при критической центровке, не упоминая уже о традиционном положении центра тяжести. Общий вывод: во всех случаях имеет смысл устанавливать прямые качалки с расположением отверстий под корды и под центральную ось на одной линии. Все мероприятия по повышению устойчивости или управляемости должны проводиться исключительно за счёт аэродинамики или балансировки самой модели, но никак не за счёт качалки (точнее, не за счёт её «стреловидности»). Попытки «затупить» неустойчивую машину введением «прямой стреловидности» качалки также обречены на неудачу: вялость управления на деле только снижает эффективное передаточное число, оставляя саму модель нестабильной в полёте и очень чувствительной к порывам ветра. Ещё раз уточню: «обратная стреловидность» не только как бы увеличивает передаточное число качалки, но и существенно, в неприемлемой степени меняет характер передачи усилий.

Перераспределение действующих плеч качалки управления при стреловидности качалки или непараллельности кордовых тросиков (следствием являются разное натяжение кордовых нитей и различное их удлинение)

Топливный бак:

1 -трубка дренажа или наддува (медь Ø2×0,5 мм); 2 — трубка для заправки бака (медь Ø3×0,7 мм; после заправки заглушить); 3 — корпус бака (лужёная жесть толщиной 0,3 мм); 4 — трубка питания двигателя (медь Ø3×0,7 мм); 5 — дополнительная точка крепления трубки питания на стенке бака. При питании топливом под давлением, отбираемым из объёма картера через штуцер-клапан, желательно на концах всех трубок напаять колечки из медной проволоки Ø0,4 — 0,4 мм, образующие подобие буртиков штуцеров

Каркас второго варианта модели

Когда стали понятны причины неудачи с первой компактной «бойцовкой», была создана вторая «дипломатная» модель, но уже рассчитанная под двигатель МК-17. За время, потребовавшееся для анализа кинематики системы управления, появились новые идеи, которые и нашли воплощение в новой конструкции, созданной именно для соревнований.

Кроме повышенной скорости и хорошей манёвренности, второй вариант «бойцовки» также должен был обеспечивать очень высокую надёжность взлёта без стремления ухода в круг и дополнительно увеличивать вероятность захвата и отруба ленты модели соперника. Последнего удалось добиться резким «перекосом» крыла, в результате чего произошло выгодное для натяжки корд перераспределение несущих площадей между левым и правым полукрыльями (относительно оси, проходящей через вал воздушного винта). А отруб ленты теперь осуществлялся не только при попадании его на вращающийся пропеллер, но и в случае захвата скошенной передней кромкой левого полукрыла. Лента, перегнувшись через кромку, самостоятельно сдвигалась к центру «бойцовки» и там рубилась винтом или рвалась, попав на дренажную трубку или крепление двигателя. Отметим, что предложенное решение соответствует правилам, запрещающим иметь специальные устройства для отруба ленты: в нашем случае их нет, а обрыв за счёт попадания на крепление мотора вполне вероятен и на обычной технике при определённой манере оперирования пилота с кордами после перегиба ленты через переднюю кромку. Мы же лишь увеличили вероятность подобного отруба-отрыва, доведя атакующую ширину захватной зоны почти до 300 мм (вместе с диаметром винта).

В последнем исполнении «бойцовка» стала ещё проще и, так же как и первая, укладывается в «дипломат», правда, со снятым двигателем. Лётные испытания дали хорошие результаты на всех режимах и при любых атмосферных условиях. Конечно же, при надёжной работе «сердца» модели — двигателя.

В. ТИХОМИРОВ, мастер спорта, руководитель авиамодельного кружка