ШКОЛА АВИАКОНСТРУКТОРА (ЧАСТЬ 2)

В предыдущем номере журнала «Моделист-конструктор» читатели познакомились с конструкцией самолёта «Кри-кри» Мишеля Коломбана, получившего поистине всемирную известность. По мнению многих авиационных специалистов, самолёты типа «Кри-кри» приблизились к пределу миниатюризации, хотя некоторые самодеятельные конструкторы пытаются создавать модели ещё меньших размеров. Однако при уменьшении размеров летательный аппарат становится более динамичным, возрастают его угловые скорости вращения, движения становятся короткопериодичными, отчего сокращается время реакции пилота на действия рулями. И в какой-то момент оно может оказаться недостаточным для нормального управления машиной.

Немало последователей у Коломбана оказалось и в нашей стране. Отличным примером творческого развития его схемы стал цельнометаллический самолёт «Феникс», построенный Н. Мастеровым (г. Самара). Создатель «Феникса» неоднократно награждался призами СЛА, а машина его была облётана Героем Советского Союза лётчиком-испытателем В. Гордиенко.

«Феникс» оснащён двумя переделанными под воздушное охлаждение подвесными моторами «Вихрь-25» с толкающими воздушными винтами. Ручка управления аппаратом -боковая, по своей конфигурации не имеющая аналогов в мировой практике. Необычная схема ручки была высоко оценена лётчиками-испытателями – они даже рекомендовали её для применения на истребителях в «большой авиации».

Самым маленьким самолётом из летавших на СЛА стал А-11М, созданный в молодёжном КБ «Аэропракт». Машина эта представляет собой лёгкий низкоплан из древесины и стеклопластика. Его силовая установка – 42-сильный двигатель от мотоцикла «Чезет», оснащённый редуктором, снижающим частоту вращения воздушного винта до 2950 об/мин; стартовая тяга винтомоторной установки – 75 кгс.

Надо отдать должное авторам -машина сделана вполне профессионально. Она оснащена зависающими элеронами, оригинальным пружинным загружателем ручки управления с механизмом триммерного эффекта и крылом с ламинарным профилем. Полки лонжеронов крыла – углепластиковые, все обшивки – трёхслойные стеклопластиковые панели с пенопластовым заполнителем. Даже рессора главного шасси выклеена из стекловолокна и эпоксидного связующего. На одном из СЛА лётчик-испытатель В. Заболотский на этом самолёте смог исполнить довольно сложные элементы пилотажа.

Самолёт «Феникс» М-5 конструкции Н. Мастерова (г. Самара):

силовая установка – два 25-сильных двигателя «Вихрь», переделанные под воздушное охлаждение; площадь крыла – 5,6 м²; взлётная масса – 255 кг

Ультрамалые самолёты, созданные в молодёжном КБ «Аэропракт» (г. Самара):

А – самолёт А-11М: площадь крыла – 3,56 м2, профиль крыла – FХ5-02-196, полётная центровка – 15,4% САХ, взлётная масса – 210 кг, максимальная скорость свыше 200 км/ч, посадочная скорость – 90 км/ч 

Б – самолёт А-11 М2: диаметр воздушного винта -1,1м при шаге 06 – 07 м, максимальная скорость – 180 км/ч, скороподъёмность у земли – 4 м/с, дальность полёта – 350 км, разбег – 200 м, пробег – 150 м В – силовая установка самолёта А-11 М2 – двигатель РМЗ-640

Скоростные монопланы с толкающим воздушным винтом:

А – самолёт БД-5Д Джима Бидэ (США): двигатель – «Хирт» мощностью 70 л.с., диаметр воздушного винта -1,12м, редуктор – клиноремённый, размах крыла – 6,53 м, длина аппарата – 4,05 м, площадь крыла – 4,4 м2, масса пустого самолёта – 175 кг, взлётная масса – 320 кг, максимальная скорость – 368 км/ч 

Б – самолёт Mini IMP М. Тейлора (США). Двигатель «Лимбах» мощностью 68 л.с., длина самолёта – 4,88 м, размах крыла – 7,62 м, масса пустого – 236 кг, максимальная скорость – 250 км/ч

Следует заметить, что А-11 М – не самый маленький самолёт в мире. В «Книге рекордов Гиннеса» самым маленьким в мире был назван биплан «Скайбэби» американца Рэя Ститса, построенный в 1952 году.

Размах крыла этого аппарата составлял 2,18 м, длина – 3 м, масса пустого – 295 кг, мощность двигателя – 85 л.с., максимальная скорость – 298 км/ч. Появлялись и сообщения о том, что некий американский авиатор-любитель сделал самолёт, размах крыла у которого был на 0,2 м меньше, чем у «Скайбэби».

Информация о подобных минисамолётах достаточно любопытна, однако расчёты показывают, а эксплуатация подтверждает, что минимальный размах их крыла должен составлять 4,5 – 5 метров. При этом получается машина с размерностями «Кри-кри», А-11М или моноппана БД-5, созданного известным американским авиатором-пюбителем Джимом Бидэ. БД-5 появился на свет в начале 1970-х годов, однако конструкция этой машины до сих пор будоражит умы самодеятельных авиаторов.

Свою деятельность Джим Бидэ начинал на фирме «Грумман», поставив перед собой задачу создать небольшой массовый двухместный самолёт стоимостью не выше 1000 долларов. Два года он упорно отрабатывап технологию изготовления простых и дешёвых конструкций. Так, для БД-5 он сделал оперение, состоящее из трёх одинаковых поверхностей – две из них представляли поповинки стабипизатора, третья – киль. В качестве лонжерона крыла конструктор использовал дюралюминиевую трубу большого диаметра, которая одновременно служила топпивным баком – горючее запивалось прямо в попость лонжерона. Для упрощения сборки самолёта клёпка практически не ис-попьзовалась – металлические элементы конструкции склеивались.

В итоге появился вполне припич-ный летательный аппарат, однако стоимость его составипа 5000 доппа-ров, в пять раз перекрыв запланированную сумму. Хотя БД-5 стал одним из самых дешёвых самолётов в мире, Бидэ, не удовлетворившись результатом, оставил работу в фирме.

Тем не менее, «Грумман» наладила выпуск компактного самопёта под названием АА-1 «Янки», который в течение многих пет пользовался спросом у покупателей.

Джим Бидэ, в свою очередь, организовал собственную фирму и начал выпуск пегкомоторных высокоппанов БД-4, однако его самолёту покупатепи предпочитали аналогичные, хорошо разрекламированные машины фирмы «Цессна». Вот тогда и появился БД-5 – компактный одноместный самолёт с двухтактным 2-цилиндровым двигателем. Он имел короткий фюзеляж с кабиной планёрного типа, в которой пилот располагался в полулежачем положении. Толкающий воздушный винт находился за хвостовым оперением и соединялся с двигателем через удлинённый вал и клиноремённую передачу. Впоследствии конструктор разработал вариант этого аппарата, оснащённый реактивным двигателем с тягой 90 кгс.

Самолёт выпускался в виде набора заготовок, из которых покупатель мог самостоятельно собрать его. Как утверждают сами американцы, в этом-то и крылся секрет успеха машины – по американским законам, самолёт, выпускаемый в виде набора заготовок и комплектующих агрегатов, не подлежал сертификации, то есть всесторонним лётным испытаниям. Каждый любитель, собравший самолёт из набора, лично испытывал его по упрощённой программе и получал весьма условный сертификат на проведение полётов на своем аппарате.

Умелая и тонкая реклама способствовала успеху БД-5 у потребителей. Машиной заинтересовались даже ВВС США, предполагавшие использовать реактивный вариант БД-5 в качестве стандартного тренировочного самолёта. Машину отправили в Лётно-испытательный институт ВВС США для испытаний, которые показали, что у этого летательного аппарата недостаточная устойчивость, плохая управляемость и вообще он попросту опасен даже для профессионалов. Результаты испытаний были опубликованы, и фирма Бидэ обанкротилась. Причиной неудачи компактного самолёта стала сложность пилотирования миниатюрной машины, о чём уже упоминалось выше.

В завершение повествования о самолётах Джима Бидэ следует упомянуть о преимуществах толкающего воздушного винта, расположенного позади гладкого, хорошо обтекаемого фюзеляжа – в этом случае потери тяги оказываются небольшими. К тому же, при этой схеме воздушный винт не обдувает крыло и фюзеляж турбулентным (завихрённым) потоком, так что аэродинамическое сопротивление такого аппарата на полётных скоростях получается даже меньшим, чем у машины с тянущим винтом. Поэтому самолёты типа БД-5 с толкающим винтом могут иметь более высокую максимальную скорость, чем аппараты классической схемы, несколько проигрывая им во взлётно-посадочных характеристиках и скороподъёмности.

Из сказанного напрашивается вывод, что потрясать мир рекордами скорости лучше всего на самолётах типа БД-5, а летать в своё удовольствие – на аппаратах с тянущим винтом, таких, например, как «Фольксплан», построенный в начале 1970-х годов американским авиатором-любителем Эвансом.

Конструкция самолёта «Фольксплан»:

1 – вал вертикального оперения (дюралюминиевая труба); 2 – лонжероны фюзеляжа (сосна); 3 – обшивка фюзеляжа (3-мм фанера); 4 – лонжероны крыла; 5 – противокапотажная дуга; 6 – топливный бак (30 л); 7 – шпангоут (30-мм фанера); 8 – двигатель от автомобиля «Фольксваген» мощностью 40 – 60 л.с.; 9 – крышки капота (стеклопластик); 10 – рессора шасси; 11 – отверстия для навески крыла; 12 – раскосы крыла; 13 – стойки крыла; 14 – внутренние расчалки крыла; 15 – болт крепления подкоса

Компоновка самолёта «Фольксплан» VР-1 американского конструктора Эванса:

длина – 5,49 м, размах крыла – 7,32 м, площадь крыла – 9,29 м², масса пустого – 200 кг, взлётная масса – 340 кг, максимальная скорость – 170 км/ч, скорость сваливания – 65 км/ч, скороподъёмность у земли – 2 м/с, разбег – 137 м, пробег -61м

«Фольксплан» прошёл испытания, сертифицирован по американским нормам лётной годности для лёгких самолётов и допущен к выполнению фигур высшего пилотажа, а также штопора. Эванс намеревался создать простейший летательный аппарат, доступный к повторению любителем, не имеющим специальной подготовки.

Эта машина скомпонована по классической схеме низкоплана. Основные материалы для постройки – древесина, фанера и пенопласт. Рессора шасси – из дюралюминиевой пластины, как у авиамодели. Двигатель – от известного автомобиля «Фольксваген-Жук». Простота и доступность «Фольксплана» сделали его прекрасным образцом для повторения. Любительские самолёты этого типа строятся по авторским чертежам, разошедшимся по многим странам мира, и эксплуатируются в Австралии, Англии, Бельгии, Канаде, Франции, Германии, Италии, Ирландии, США и Швейцарии.

В те же 1970-е годы студенты Харьковского авиационного института тоже взялись за конструирование простейшего самолёта. Новый аппарат, получивший название ХАИ-19, представлял собой свободнонесу-щий цельнодеревянный моноплан классической схемы. Несмотря на то, что самолёт не нёс в себе ничего принципиально нового, «старое» в нём было скомпоновано настолько рационально и грамотно, что ХАИ-19 и сегодня можно рекомендовать авиаторам-любителям в качестве образца для постройки.

Классические низкопланы типа ХАИ-19 всегда демонстрировали великолепные лётные качества и простоту пилотирования. Ещё одним подтверждением достоинств аппарата такой компоновки стал самолёт «Арго-02», созданный тверскими самодеятельными авиаконструкторами Е. Игнатьевым, Ю. Гулаковым и А. Абрамовым. Для его изготовления использовались сосна, фанера и полотно. Основа силовой установки – отечественный двигатель РМЗ-640. Летает же тверская самоделка лучше, чем иные аппараты с импортными моторами.

Самолёт Арго-02, созданный Е. Игнатьевым, Ю. Гулаковым и А. Абрамовым (г. Тверь):

двигатель – 28-сильный РМЗ-640, площадь крыла – 6,3 м2, масса пустого – 145 кг, взлётная масса – 235 кг, максимальная скорость – 150 км/ч, скорость сваливания – 72 км/ч, скороподъёмность у земли – 2 м/с, разбег – 100 м, пробег – 80 м, диапазон полётных центровок – 24 – 27% САХ, диапазон эксплуатационных перегрузок – от +3 до – 1,5

«Арго-02» в полёте

Самолёт А-15 конструкции И. Вахрушева (г. Самара):

площадь крыла – 5 м2, профиль крыла -P-III-18%, масса пустого – 135 кг, взлётная масса – 220 кг, двигатель – РМЗ-640 мощностью 30 л.с., диаметр воздушного винта – 960 мм, шаг винта – 550 мм, статическая тяга винта – 60 кгс, полётная центровка – 23% САХ, максимальная скорость – 140 км/ч, скорость сваливания – 70 км/ч, скороподъёмность у земли-3 м/с

Компоновка самолёта «Арго-02»:

1 – деревянный воздушный винт (диаметр – 1480 мм, шаг – 950 мм); 2 – клиноремённый редуктор с передаточным числом 2,0; 3 – двигатель РМЗ-640; 4 – моторама (сварная, из труб сталь-20); 5 – противопожарная перегородка; 6 – топливный бак; 7 – приборная панель; 8 – рычаг управления двигателем; 9 – гаргрот фюзеляжа (каркас – сосновые стрингеры и шпангоуты, обтяжка – полотно); 10 – ролики тросового привода руля направления; 11 – лонжероны фюзеляжа (сосна); 12 – стойки и раскосы каркаса фюзеляжа (сосна); 13 – качалки жёсткого привода рулей высоты; 14 – тяги управления рулём высоты; 15 – хвостовая опора; 16 – тросовый привод руля направления; 17 – обтекатель качалки управления рулями высоты; 18 – сосновые пояса фюзеляжной балки крыла – продолжение лонжеронов крыла; 19 – колёса шасси (300×125 мм); 20 – рессора шасси (сталь); 21 – подвесные педали управления по курсу

Очень похож на «Арго-02» самолёт А-15 самодеятельного конструктора И. Вахрушева из г. Самары. В основе его конструкции – также сосна, фанера и полотно. Привод воздушного винта на этом аппарате – безредукторный.

Позднее у любителей получили популярность аппараты с фюзеляжами в виде тонкой трубчатой балки. Одним из первых представителей этого направления стал моноплан «Рэйл» американского авиатора-энтузиаста Харриса Вуда. Машина оснащена парой 20-сильных двигателей с толкающими воздушными винтами. Достоинством подобных машин являются простота и лёгкость конструкции фюзеляжа. Кстати, аналогичную схему имеет самолёт «Вирдман» (США), который распространяется в виде набора заготовок.

Самолёт с балочным фюзеляжем может быть не только монопланом, но и бипланом. Похожий аппарат ХАИ-34 в своё время был построен студентами Харьковского авиационного института под руководством С. Шевченко и В. Мельника. В качестве силового агрегата использовался 27-сильный подвесной мотор «Вихрь». Правда, цельнодеревянный самолёт оказался перетяжелённым и мощности двигателя ему явно не хватало – после отрыва скороподъёмность аппарата составляла всего 0,5 м/с, так что даже полёт по кругу превращался для пилота в сложную задачу.

Более оригинальный биплан, напоминавший весьма популярный на Западе любительский самолёт «Винг Динг II», создали отец и сын Зэлики из Ростова-на-Дону. Их маленький «Зэлик-2» имел крылья, изготовленные из элеронов самолёта Ан-2, а двигатель позаимствован от холодильной установки «Шкода». На фюзеляжную балку пошла дюралюминиевая труба диаметром 110 мм. Известно немало не слишком удачных попыток использования в любительских конструкциях агрегатов серийных самолётов, но именно на «Зэлике-2» сочетание их оказалось гармоничным и рациональным, так что лётные качества у этого биплана были достаточно высокими. Через два года Зэлики установили на своё детище 70-сильный двигатель и с ним «Зэлик-2М» великолепно демонстрировал свои возможности на слётах самодеятельных авиаторов.

Ещё один одноместный самолёт-моноплан ХАИ-40 с балочным фюзеляжем был построен студентами Харьковского авиационного института (главный конструктор проекта -Г. Хмыз). Недостатки толкающего винта создатели этой машины попытались компенсировать установкой на 35-сильный двигатель РМЗ-640 редуктора с зубчатым ремнём и воздушного винта увеличенного диаметра. Вдобавок самолёт оснастили крылом с удлинением 8,2. Попытка удалась – аппарат отлично летает и даже может перевозить достаточно большой груз.

«Бесфюзеляжные» любительские самолёты:

А – самолёт «Рэйл» конструкции Харриса Вуда (США): длина-4,75 м; площадь крыла-7,56 м2, масса пустого – 200 кг, взлётная масса – 322 кг, максимальная скорость – 145 км/ч, скорость сва-ливания – 72 км/ч, скороподъёмность – 4,5 м/с, потолок – 4500 м, взлётная дистанция до высоты 15 м- 375 м, посадочная дистанция – 240 м 

Б-самолёт «Вирдман»ТL-1 (США): мощность двигателя – 15 л.с., размах крыла – 10,36 м, длина – 5,9 м, площадь крыла -13 м2, масса пустого – 50 кг, взлётная масса – 159 кг, максимальная скорость – 100 км/ч, скороподъёмность – 1,8 м/с, дальность полёта – 380 км

Одноместные самолёты-бипланы:

А – биплан «Зэлик-2»: площадь крыла – 7,4 м2, взлётная масса – 222 кг, мощность двигателя-30 л.с., диаметр воздушного винта – 1060 мм, шаг винта – 340 мм, статическая тяга винта – 60 кгс, максимальная скорость – 120 км/ч, скорость сваливания – 60 км/ч, скороподъёмность у земли – 1,5 м/с

Б – самолёт ХАИ-34: длина – 4,8 м, размах крыла – 5,81 м, площадь крыла – 8,8 м2, взлётная масса – 237 кг, диаметр воздушного винта – 1300 мм, шаг винта – 600 мм, максимальная скорость – 120 км/ч, скорость сваливания – 62 км/ч

В – самолёт «Винг-Динг II» (США): мощность двигателя – 14 л.с., размах крыла – 5,69 м, площадь крыла – 9,85 м2, масса пустого – 55,5 кг, взлётная масса – 140 кг, максимальная скорость – 80 км/ч, скорость сваливания – 42 км/ч, потолок – 1220 м, дальность полёта – 32 км, разбег – 76 м, пробег – 46 м

Одноместные балочные самолёты:

А – самолёт ХАИ-40: площадь крыла – 9,7 м2, статическая тяга винта – 90 кгс, взлётная масса – 252 кг, максимальная скорость – 110 км/ч, скорость сваливания – 55 км/ч

Б – самолёт «Каприз» конструкции Я. Намисняка (Чешская республика)

Самолёт «Оптимист» конструкции В. Бабова (г. Екатеринбург)-один из лучших на слётах СЛА в номинации одноместных самолётов:

мощность двигателя – 36 л.с., площадь крыла-9,0 м2, профиль крыла -Р-Ш-15,5 %, взлётная масса – 301 кг, масса пустого – 210 кг, полётная центровка – 24% САХ, максимальная скорость – 130 км/ч, скорость сваливания – 72 км/ч, скороподъёмность у земли – 2 м/с

Самолёт «Оптимист»:

1 – проводка приёмника воздушного давления; 2 – воздухозаборник вентилятора кабины пилота; 3 – приборная доска; 4 – бензобак; 5 – ременная передача на вал воздушного винта; 6 – удлинённый вал винта; 7 – подшипник вала винта; 8 – деревянный воздушный винт (максимальные обороты – 2600 об/мин, диаметр – 1,54 м, шаг – 0,5 м); 9 – управляемая носовая стойка шасси с жидкостногазовой амортизацией; 10 – колёса размерами 300х100 мм; 11 – дюралюминиевая труба диаметром 110 мм; 12 – самодельный двухтактный двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения; 13 – рессора шасси из титанового сплава ВТ-6; 14 – жалюзи для выхода охлаждающего воздуха

Примерами удачной компоновки аппарата с балочным фюзеляжем и толкающим воздушным винтом могут также служить самолёты «Каприз», построенный в Киевском институте гражданской авиации чешским студентом Я. Намисняком, и «Оптимист», созданный В. Бабовым из Екатеринбурга.

Среди одноместных любительских самолётов нередко встречаются и «водоплавающие» варианты. Проблемы создания гидросамолётов интересуют многих авиаторов-любителей. И это понятно: в одном случае – на десятки километров вокруг нет подходящей площадки для взлёта и посадки, а водоёмов вполне достаточно; в другом – так стремятся решить проблему безопасности взлёта-посадки (вода всё-таки «мягче» земли), в третьем – привлекает отдых у реки или озера.

Все эти соображения, видимо, принимались в расчёт конструкторами из уже упоминавшего клуба «Аэропракт», построившими несколько оригинальных гидросамолётов.

Появление первого из них связано с серийными авариями планёра первоначального обучения «Букварь». Чтобы сделать процесс обучения более безопасным, конструкторы создали планёр, взлетавший с суши с помощью резинового амортизатора и совершавший посадку на воду.

Годом позже на планёр А-3 установили подвесной лодочный мотор «Вихрь-25», переделанный под воздушное охлаждение – мощности его вполне хватало для взлёта с воды, однако жёсткость и прочность крыла явно не были рассчитаны на возросшие скорости.

Аппарат с названием А-5 также предназначался для полётов над водной поверхностью и представлял собой амфибию с тем же мотором и с неубирающимся колёсным шасси. Полёты с грунтового аэродрома показали, что А-5 вполне устойчив, управляем, прекрасно взлетает и садится на грунтовой аэродром. Однако попытки взлёта с воды и последующей посадки на воду из-за большого сопротивления колёс шасси успехом не увенчались. В итоге шасси убрали совсем, превратив амфибию в летающую лодку с плоским днищем. Но на этом совершенствование аппарата не закончилось. Прочность плоского днища оказалась невысокой, и при очередном ремонте днища, проломленного в результате грубой посадки, решено было сделать новое, более прочное, с малой килеватостью, выклеив его из пенопласта и стеклоткани.

На этом модернизация летающей лодки, получившей название А-05 «Гидро-Il», завершилась – гидросамолёт много и успешно летал, легко выполняя сложные фигуры пилотажа. Даже вынужденные посадки заканчивались благополучно – машина хорошо планировала и мягко опускалась на воду.

Летающая лодка А-05 « Гидро-11» изготовлена из стеклопластика и древесины. Её аэродинамическая схема – подкосный высокоплан с Т-образным хвостовым оперением. Однолонжеронное крыло состоит из двух отъёмных консолей, стыкующихся непосредственно с фюзеляжем. Крыло имеет значительное удлинение и, как следствие, у аппарата – высокое аэродинамическое качество, что позволяет ему прекрасно планировать, а также летать с двигателем малой мощности.

Всю заднюю кромку крыла занимают зависающие элероны. Для крыла руководитель проекта В. Мирошник разработал специальный профиль, отработав его конфигурацию с помощью продувок моделей в аэродинамической трубе Самарского авиационного института.

Каких-либо специальных устройств, обеспечивающих остойчивость на воде (как правило, это поплавки обтекаемой формы на концах крыла), у гидросамолёта не предусмотрено. Просто на стоянке конец одной из герметичных консолей ложится на воду; при разбеге летающей лодки, по мере роста её скорости и появления эффективности элеронов, консоль легко отделяется от поверхности воды. И ещё – специального водяного руля у А-05 « Гидро-11» не предусмотрено, а его функцию выполняет погружённая в воду корневая часть руля направления. Силовой установкой машины служит двигатель «Вихрь-30А», переделанный под воздушное охлаждение. Воздушный винт – деревянный, толкающий, фиксированного шага.

В завершение обзора одноместных любительских самолётов следует отметить, что подобные аппараты подчас находят и практическое применение. В ряде стран такие машины используются для наблюдения за линиями электропередач, газопроводами, сельскохозяйственными угодьями. На лёгкие самолёты устанавливают аппаратуру для аэрофотосъёмки и оборудование для малообъёмной химобработки посевов. Однако для первоначального обучения одноместные аэропланы лучше не использовать – для этого более подходят двухместные аппараты.