ВЕРТУЛЫ: НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ?

На соревнованиях юных автомоделистов как в зимний спортивный сезон, так и летом сейчас доминирует авиационная схема аэросаней и аэромобилей. Их схема уже досконально известна и, казалось бы, уже прошла все стадии совершенствования. Изучен и отработан каждый узел незамысловатой модели, понятны принципы конструирования с точки зрения простоты и надежности, устойчивости движения и быстроты хода.

Однако, оказывается, и здесь возможны коренные изменения. Конечно, сразу столь категорично утверждать нельзя: как и все подобное, нововведение обязано пройти стадии отработки на спортивных машинах. Но по теоретическим соображениям новая предлагаемая схема выгоднее традиционной, и, возможно, именно за нею будущее аэромоделей.

Суть новинки — в выводе стабилизирующей поверхности из зоны воздушного потока от тянущего винта. Достигается это простейшим образом: хвостовая балка вместо того, чтобы являться продолжением моторамы, переносится вниз и располагается у самой поверхности земли. Очень важно, что стабилизатор, кроме выхода его из зоны струи от воздушного винта, при движении аэромодели будет идти на высоте от поверхности дорожки кордодрома, соизмеримой с его хордой. А это означает, что в случае присутствия на стабилизаторе положительной (направленной вверх) подъемной силы можно рассчитывать на экранный эффект! Выгодность подобной ситуации не только в снижении аэродинамического сопротивления, но и в лучшем демпфировании вертикальных колебаний хвостовой части. Дело в том, что в нашем случае при снижении расположения стабилизатора добавочная вертикальная сила будет образовываться не только за счет роста угла атаки, но и «спрессовыванием» экранной «подушки». Таким же эффективным окажется действие сил и при подъеме оперения потеря несущих свойств более выражена, нежели чем без влияния поверхности земли.

В ряде публикаций, посвященных принципам конструирования аэромоделей, вы можете найти замечания о том, что аэродинамическое совершенствование данной техники практически лишено смысла — при отсутствии грубых ошибок в обводах машины все равно подавляющий все остальное прирост сопротивления так или иначе дает одна кордовая нить с узлами подвески. Все это верно. Однако, ориентируясь на максимальные скорости заезда и соревновательные условия, нельзя пренебрегать ничем, даже крупицами резервов.

Р и с. 1. Общий характер воздушного потока, проходящего через диск воздушного винта (сохраняется как для условий работы винта на месте, так и при движении).

Р и с. 2. Обтекание классической аэромодели потоком от воздушного винта.

А — установившийся сбалансированный режим движения, Б — неустановившийся режим. Заштрихованные «омываемые» поверхности создают резко повышенное аэродинамическое сопротивление, так как обтекаются высокоскоростным потоком от винта. Стабилизатор не выполняет своих функций, так как расположен в центре потока.

Р и с. 3. Обтекание аэромодели нового типа.

А — установившийся режим движения, Б — неустановившийся. По сравнению с классической моделью площадь «омываемой» поверхности значительно уменьшена, соответственно и меньше аэродинамические потери. Стабилизатор эффективен, так как обтекается прямым, неотклоненным потоком воздуха.

Р и с. 5. Обтекание аэромодели нового типа (вид сверху). Вся площадь стабилизатора эффективно служит демпфированию колебаний корпуса при движении.

Р и с. 4. Обтекание классической аэромодели потоком от воздушного винта. Видна необходимость в стабилизаторе большой площади и размаха.

Зона I — «омываемая», неэффективная, привносящая лишь добавочное аэродинамическое сопротивление площадь стабилизатора, зона II — эффективная площадь. На схеме приведен вид на модель сверху.

Р и с. 6. Сравнение обтекания крыловидной пластины (стабилизатора) в свободном воздушном потоке (А) и в присутствии экрана или поверхности земли (Б). В первом случае подъемная сила пластины является функцией угла атаки при постоянной скорости потока, а во втором зависит также от относительного расстояния от экрана.

Рис. 7. Схема, показывающая принцип создания увеличенной подъемной силы на стабилизаторе в присутствии экрана. Разгон потока внизу хвостовой части профиля, «эжектирующий» надпрофильную часть потока, объясняет эффект снижения аэродинамического сопротивления.

Рис. 8. Варианты проектирования стабилизатора гоночной аэромодели с использованием экранного эффекта. А — плоский стабилизатор, Б — стабилизатор с переломом (применяется при высоком расположении хвостовой балки корпуса). В любом случае площади стабилизатора должны располагаться на минимальной высоте от земли, исключающей касание земли хвостовыми колесами только при небольшом отклонении оси корпуса от расчетного положения в заезде.

Р и с. 9. Гоночный аэромобиль нового типа с микродвигателем внутреннего сгорания рабочим.

В нашем же случае выигрыш в смысле аэродинамического сопротивления получаем двумя путями. Первый, как уже говорилось, идет за счет увеличения эффективности демпфирующих свойств стабилизатора, и, следовательно, возникает возможность резкого снижения его поверхности. А второй путь — в выводе практически всех элементов модели из зоны струи за воздушным винтом в невозмущенную область (за исключением обтекателя двигателя и частично кордовой планки). Последний прием можно считать гораздо более эффективным по снижению сопротивления, нежели чем все работы по облагораживанию форм вертулы классического типа. Дело в том, что улучшение аэродинамических обводов может принести выигрыш, измеряемый лишь процентами сопротивления, а вывод из воздушной струи — чуть ли не двукратное снижение. Ведь, по сути, заставляя поток от винта в условиях классической модели омывать все поверхности, мы сами же как бы устанавливаем на машине своеобразные аэродинамические тормоза! При рассуждениях важно учитывать, что в силу особенностей мотоустановок аэромоделей на них используются воздушные винты малых диаметров, вследствие чего для получения требуемой тяги скорость отбрасывания воздуха должна быть несравненно большей, чем скорость хода самой модели.

С конструктивной точки зрения, новая техника ничем не отличается от привычной для автомоделистов. Возможно, при предлагаемой компоновке машины возникнут затруднения лишь при прорисовке подхода к винту регулировки степени сжатия двигателя. Однако эта проблема легко решается, если предусмотреть на головке регулировочного винта шайбу большого диаметра с накаткой по внешней кромке. На собранной модели шайба должна немного выступать за края обтекателя двигателя — тогда регулировка окажется даже более удобной, чем в обычных вариантах со вспомогательным ключом или классическим крестообразным винтом.

Новая модель отличается одной особенностью и в балансировке. Чтобы добиться выраженного экранного эффекта на стабилизаторе уменьшенной площади, необходимо его загрузить в достаточной степени в смысле создания подъемной силы на расчетном режиме движения. Это может быть обеспечено только положением центра тяжести машины, смещенным назад относительно точки опоры — оси вращения основных колес. Загрузка хвостовой части аэромобиля крайне нежелательна, так как любое увеличение момента инерции относительно поперечной оси модели сразу уничтожает все достижения аэродинамики, и гашение случайно возникших колебаний оказывается неэффективным и замедленным. Значит, наиболее целесообразное решение задачи — в сдвиге оси передних колес вперед при максимальном облегчении хвостовой части машины.

В остальном же вопросы балансировки остаются без изменений по сравнению с моделями классического, авиационного типа.

В. ЗАВИТАЕВ, инженер-конструктор