ШКОЛА АВИАКОНСТРУКТОРА (ЧАСТЬ 3)

САМОЛЁТ ДЛЯ ДВОИХ. Большинство авиаконструкторов-любителей, начавших свой путь в авиацию с постройки одноместных летательных аппаратов, в конце концов приходят к выводу, что возможности таких машин крайне ограничены — летать на них можно только в безветренную погоду; двухтактный двигатель не отличается надёжностью, что не позволяет пилоту удаляться от аэродрома; сколько-нибудь значительный груз на таком самолёте перевезти невозможно, да и для обучения одноместный летательный аппарат не пригоден.

В итоге многие авиаторы-любители, получившие начальную конструкторскую и лётную подготовку на одноместных аппаратах, начинают строить двухместные. Примеров тому можно привести достаточно много.

Так, широкую известность в нашей стране приобрёл «Дельфин» — один из лучших учебно-спортивных самолётов, построенный в самодеятельном клубе (г. Кронштадт) под руководством инженера П. Лявина.

Самолёт «Дельфин» представляет собой моноплан с низкорасположенным крылом и размещением экипажа по-автомобильному — рядом. В настоящее время такая компоновка считается наиболее удобной для обучения.

Первый раз самолёт поднялся в воздух с 50-сильным двигателем «Вальтер-Микрон», однако тот оказался для него слабоват и его заменили на 140-сильный мотор этой же фирмы.

Создатели «Дельфина» выбрали весьма рациональную размерность самолёта, при которой основные параметры -удельная нагрузка на крыло (50 кг/м2) и удельная нагрузка на мощность (4 кг/л.с.) — обеспечивают простоту техники пилотирования, относительно невысокую скорость сваливания и, соответственно, невысокие взлётную и посадочную скорости. В то же время энерговооружённость машины вполне достаточна для выполнения фигур высшего пилотажа.

Двухместный учебно-спортивный самолёт «Дельфин»:

площадь крыла — 12,69 м2; масса пустого — 456 кг; взлётная масса — 670 кг; масса силового агрегата — 125 кг; масса двигателя — 102 кг; максимальная скорость — 200 км/ч; скороподъёмность у земли — 4,8 м/с; дальность полёта — 200 км; разбег — 140 м; пробег -110м

Двухместный самолёт «Тройка» Б. Хобутовского (Санкт-Петербург):

площадь верхнего крыла — 10,8 м2; площадь нижнего крыла — 9,7 м2; установочный угол верхнего и нижнего крыла — + 6 градусов; установочный угол стабилизатора — + 2 градуса; масса пустого — 470 кг; взлётная масса-670 кг; полётная центровка — 23% эквивалентной САХ; максимальная скорость — 150 км/ч; скорость сваливания — 65 км/ч; скороподъёмность у земли — 2 м/с; дальность полёта — 160 км; разбег — 120 м; пробег — 80 м; эксплуатационная перегрузка — 3

Цельнометаллическая конструкция «Дельфина» отличается простотой и рациональностью. Фюзеляж типа монокок состоит из тринадцати шпангоутов, четырёх стрингеров и дюралюминиевой обшивки. Передний шпангоут, являющийся к тому же и противопожарной перегородкой, склёпан из двух дюралюминиевых листов с асбестовой прокладкой между ними. Однолонжеронный киль и двухлонжеронный центроплан выполнены зацело с фюзеляжем. Все детали обшивки изготовлены из листового Д16Т толщиной 0,6 — 0,8 мм.

Отъёмные консоли крыла — однолонжеронные, с косым вспомогательным лонжероном в хвостовой части, изготовлены с использованием деталей от списанного планёра КАИ-11. Носок консоли до лонжерона имеет дюралюминиевую обшивку и воспринимает все нагрузки от кручения крыла. Хвостовая часть консоли обтянута полотном. Такая конструкция обеспечивает минимальную массу свободнонесущего крыла.

Относительная толщина профиля крыла — 15,5 процента. Крыло имеет щелевые закрылки и элероны. Конструкция элеронов и закрылков двухопорная, однолонжеронная, с полотняной обшивкой. Закрылки имеют ручной привод и отклоняются на 15 градусов на взлёте и на 58 градусов на посадке.

Горизонтальное оперение цельноповоротное (без руля высоты), по конструкции аналогичное консоли крыла, с обратным сервокомпенсатором, усиливающим нагрузку на ручке управления до требуемой величины. Отклонение его вверх — на 12 градусов и вниз — на 10 градусов.

Управление самолётом спаренное, проводка к рулям высоты и к рулю направления выполнена тросами диаметром 3 мм, а к элеронам и рулю направления — жёсткими тягами.

Конструкция самолёта «Дельфин»:

1 — металлический воздушный винт; 2 — носовая рессора шасси с са-моориентируюшимся колесом; 3 — главная рессора шасси; 4 — створки фонаря; 5 — противофлаттерные балансиры; 6 — качалка системы управления стабилизатором; 7 — предохранительная хвостовая опора; 8 — двигатель; 9 — выдвижной воздухозаборник вентилятора; 10 — маслобак; 11 — главный лонжерон крыла; 12 — вспомогательный задний лонжерон крыла; 13-сдвижная форточка фонаря; 14-люк аккумуляторного отсека; 15 — бензиномер; 16 — триммер

Конструкция самолёта «Тройка»:

1 — приёмник воздушного давления; 2 — подножка (только слева); 3 — V-образная стойка крыла; 4 — двигатель; 5 — металлический воздушный винт; 6 — трос привода руля направления; 7 — подкосы стабилизатора; 8 — воздухозаборник маслорадиатора; 9 — жидкостно-газовые амортизаторы шасси; 10 — лонжероны крыла; 11 — зависающие элероны; 12 — закрылок; 13 — бензобак; 14 — маслорадиатор; 15 — пружинный демпфер в проводке управления передней стойкой

Шасси самолёта неубирающееся, рессорное, изготовленное из пружинной стали 65С2А. Оригинально выглядит передняя стойка шасси, выполненная из прутка стали той же марки.

Колёса главного шасси — тормозные, сделанные из стандартных нетормозных колёс размерами 400×150 мм. Привод тормозов — механический.

Основа силовой установки самолёта — 4-цилиндровый авиационный двигатель «Вальтер-Минор-4», укомплектованный металлическим воздушным винтом изменяемого на земле шага. Запуск двигателя производится электростартёром.

В состав оборудования «Дельфина» включены авиагоризонт, указатель поворота и скольжения, компас и малогабаритная радиостанция, что позволяет выполнять полёты даже в сложных метеоусловиях. Кресла пилотов имеют простейшую конструкцию, но допускают использование наспинных парашютов. Оригинально выполнен большой фонарь кабины с двумя легко открывающимися вверх створками (как на земле, так и в полёте), а также при необходимости они просто сбрасываются, обеспечивая безопасное покидание самолёта пилотами в критической ситуации.

По своим лётным возможностям «Дельфин» практически не уступал учебно-спортивному самолёту Як-52, а по некоторым параметрам превосходил серийную машину. На одном из слётов СЛА «Дельфин» был удостоен специального приза ЦК ДОСААФ как лучший учебный самолёт.

Неплохими лётными данными обладал ещё один двухместный самолёт, созданный питерским шофёром Б. Хобутовским. Кстати, это был третий по счёту летательный аппарат конструктора-любителя — первые два были одноместными и излишне субтильными.

На постройку двухместной машины ушло несколько лет -и это несмотря на то, что у Хобутовского появились молодые помощники. Проектом предусматривалось, что самолёт будет монопланом, однако ограниченные размеры «сборочного цеха» вынудили конструктора сделать самолёт бипланом -вместо одного крыла большого размаха пришлось установить пару вдвое меньших.

И ещё — Хобутовский оснастил самолёт толкающим винтом — для этого хвостовую часть фюзеляжа пришлось сделать двухбалочной.

Сначала на машину установили двигатель от автомобиля «Волга», однако он оказался слишком тяжёлым. Более подходящим оказался 115-сильный «Вальтер-Минор-4» -с ним самолёт продемонстрировал весьма приличные лётные характеристики. Машина получилась простой в управлении, надёжной и неприхотливой в эксплуатации. Её максимальная скорость составляет 150 км/ч, скороподъёмность — 2 м/с.

Двухместный учебно-спортивный самолёт М-3 конструкции В. Махова:

площадь крыла — 21 м2; масса пустого — 500 кг; взлётная масса — 680 кг; запас топлива — 40 л.; крейсерская скорость — 100 км/ч; скороподъёмность — 6 м/с; продолжительность полёта — 2,5 ч

Самолёт М-3

Двухместный учебно-спортивный самолёт «Лидер»:

площадь крыла — 11,3 м2; профиль крыла — NACA-23015; масса пустого — 580 кг; взлётная масса — 800 кг; максимальная скорость — 250 км/ч; скорость сваливания — 100 км/ч; скороподъёмность — 5,6 м/с

Самолёт «Лидер»

Двухместный самолёт «Экзотика» конструкции братьев Вайнейкис (Литва):

площадь крыла -16 м2; масса пустого — 356 кг; взлётная масса самолёта с двумя пилотами — 511 кг; максимальная скорость — 130 км/ч; скорость сваливания — 60 — 70 км/ч; скороподъёмность — 5 м/с

Двухместный самолёт «Дуэт» конструкции А.Знновкина (г. Тверь):

масса пустого — 525 кг; взлётная масса — 750 кг; максимальная скорость горизонтального полёта — 150 км/ч; скорость сваливания — 75 км/ч; скороподъёмность у земли — 3,5 м/с; разбег -150 м; пробег — 100 м; диапазон эксплуатационных перегрузок — от +3 до -3

Учебный самолёт «Томагавк» фирмы «Пайпер» (США):

двигатель — «Лайкоминг» мощностью 112 л/с; площадь крыла — 11,6 м2; взлётная масса — 758 кг; масса пустого — 483 кг; максимальная скорость — 202 км/ч; скорость сваливания — 87 км/ч; скороподъёмность — 3,5 м/с; дальность полёта — 866 км; разбег — 250 м; пробег — 180 м

Вообще, чешские двигатели типа «Вальтер-Минор» весьма активно используют авиаторы-любители при строительстве двухместных самолётов. Так, в своё время в Воронеже группой энтузиастов под руководством И.Пивоварова был построен подкосный высокоплан «Горизонт» с этим мотором. В конце 1980-х годов москвич В. Махов создал цельнометаллический высокоплан М-3, при изготовлении которого использовались узлы и агрегаты планёра КАИ-12 «Приморец». Основа силовой установки его машины — 140-сильный двигатель М-332. А на одном из СЛА всеобщее внимание привлёк цельнометаллический высокоплан «Лидер», созданный коллективом самодеятельного ОКБ «Полёт» (Самара). Этот самолёт, оснащённый 140-сильным 4-цилиндровым авиационным двигателем М-332, по своим параметрам наиболее близок к оптимальному массовому самолёту для первоначального обучения. Члены экипажа размещены в кабине как в автомобиле — рядом.

Подобные двухместные самолёты многотысячными сериями выпускаются в странах Запада, причём в производстве находится более 20 различных моделей. Так, большой популярностью у авиаторов-любителей пользуются американские «Цессна-152» и «Томогавк» фирмы «Пайпер». Однако наряду с этими цельнометаллическими машинами с успехом выпускаются и более простые подкосные высокопланы с матерчатой обшивкой — «Чемпион» и «Декатлон» фирмы «Белланка» и «Кэб» компании «Пайпер». Эти самолёты весьма просты по конструкции, дёшевы, выполнены из доступных материалов и часто изготавливаются любителями по готовым чертежам самостоятельно.

Помимо этих машин, самодеятельными конструкторами стран Запада разработано немало вариантов двухместных самолётов, отличающихся конструкцией, аэродинамическими схемами и силовыми установками. Наиболее популярными и уже классическими сейчас можно считать свободнонесущие низкопланы типа нашего «Дельфина». Из машин этого типа можно выделить как наиболее распространённые американский цельнометаллический Т-18 «Тигр» фирмы «Троп» и канадский «Зенит». Эти машины авиаторы-любители строят по авторским чертежам самостоятельно. Хочется обратить внимание читателей на чрезвычайно простую цельнометаллическую конструкцию самолёта «Зенит» — одно из главных её достоинств в том, что она приспособлена для изготовления в небольшой любительской мастерской.

Двухместные высокопланы с «плотной» компоновкой кабины:

А —«Синяя птица-10» конструкции Е. Шевченко:

размах крыла — 8,4 м; площадь крыла — 10,4 м2; взлётная масса — 328 кг; мощность двигателя — 62 л.с.; диаметр воздушного винта — 1050 мм; шаг винта — 400 мм; статическая тяга — 115 кгс; максимальная скорость — 135 км/ч; скорость сваливания — 65 км/ч; скороподъёмность у земли — 2 м/с

Б — учебно-пилотажный самолёт «Декатлон» (США):

мощность двигателя — 150 л.с.; размах крыла — 10,15 м; площадь крыла — 1552 м2; масса пустого — 484 кг; взлётная масса — 748 кг

В — самолёт «Кэб» (США) и компоновка его кабины

«Синяя птица-10»

Самолёт «Декатлон»

Крыло и горизонтальное оперение «Зенита» сужения не имеют, все обшивки выполнены из листового дюралюминия, однако ни одной поверхности с двойной кривизной в самолёте нет. Так что при изготовлении деталей из листа используется только один технологический процесс — гибка. Конструктору самолёта удалось обойтись без деталей, требующих вытяжки металла. Поэтому, например, заготовки нервюр имеют характерные лепестки, которые при их отгибе образуют отбортовку — с её помощью при сборке нервюра с помощью заклёпок соединяется с обшивкой.

Борта и днище фюзеляжа «Зенита» — плоские, что является очень простым и рациональным решением, позволяющим обходиться даже без традиционных шпангоутов и без стапеля при сборке. Кстати, приблизительно так же «скроен» фюзеляж «Дельфина».

От авиаторов-любителей часто приходится слышать, что самолёты с крыльями без сужения, с плоскими бортами и днищем фюзеляжа выглядят некрасивыми. Конечно, у каждого конструктора своё представление об эстетике летательного аппарата, однако дизайн «Зенита» и «Дельфина» напрочь опровергает это мнение. Подтверждением тому служит облик некоторых лёгких самолётов фирмы «Пайпер», имеющих практически такую же конфигурацию крыльев и фюзеляжа, и при этом являющихся образцами великолепного авиационного дизайна. Более того, в своё время специалисты NАСА и фирмы «Пайпер», исследовавшие сваливание легкомоторных самолётов, пришли к выводу, что подобная «квадратная» хвостовая часть фюзеляжа способствует улучшению штопорных характеристик летательного аппарата.

«Срезанная» заготовка крыла «Зенита» — ещё один образец простейшего рационального конструкторского решения: технологично, красиво и, как показывают аэродинамические продувки, аэродинамическое качество у самолёта с таким крылом несколько выше, чем у аппарата с крылом, законцовки которого имеют скруглённую форму.

Ещё одно простое и рациональное конструкторское решение, заложенное в «Зенит», — подвеска элеронов и закрылков на так называемой «рояльной» петле. Правда, у таких элеронов отсутствует аэродинамическая компенсация, однако на небольших скоростях она и не требуется. Ну а аэродинамическое сопротивление у элеронов с такой подвеской меньше, чем у элеронов с традиционной подвеской, эффективности элеронов для самолёта такого класса вполне хватает.

Двухместные любительские самолёты с «автомобильным» расположением пилотов:

А — самолёт «Фан Флай» (Швейцария):

двигатель — «Ротакс-503» мощностью 53 л.с. с редуктором (передаточное число — 0,326); диаметр воздушного винта -1,6 м; площадь крыла -17,5 м2; масса пустого — 174 кг; взлётная масса — 375 кг; запас топлива — 48 л; максимальная скорость — 120 км/ч; скорость сваливания — 45 км/ч; скороподъёмность — 5 м/с; разбег и пробег — 50 м; потолок — 5500 м; дальность полёта — 450 км; диапазон эксплуатационных перегрузок — от +10 до-10;

Б — самолёт Т-18 «Тигр» (США):

мощность двигателя — 125 л.с.; размах крыла — 6,35 м; площадь крыла-8 м2; максимальная скорость-273 км/; скорость сваливания -100 км/ч; дальность полёта — 920 км

В — самолёт «Зенит» (Канада):

мощность двигателя — 100 л.с.; площадь крыла — 10м2; масса пустого — 395 кг; взлётная масса — 650 кг; максимальная скорость полёта — 240 км/ч; скорость сваливания (с выпущенными закрылками) — 85 км/ч; скорость сваливания (без закрылков) — 95 км/ч; скороподъёмность — 4,5 м/с; дальность полёта — 600 км; потолок — 4600 м

Самолёт «Пайпер «Кэб»

В схеме «Зенита» обращает на себя внимание использование цельноповоротных киля и стабилизатора, а не обычных рулей направления и высоты. Хотя конструкция оперения при этом существенно проще, но тем не менее, с точки зрения устойчивости и управляемости это далеко не лучшее решение.

Параметры всех перечисленных двухместных самолётов весьма близки. Так, удельная нагрузка на крыло — от 45 до 60 кг/м2, взлётная масса — 600 — 750 кг. Как правило, на самолётах используются простейшие закрылки с ручным или электрическим приводом. Мощность двигателей — 100 -150 л.с., что обеспечивает машинам достаточно высокие лётные характеристики, позволяющие выполнять фигуры высшего пилотажа. К тому же такая мощность делает возможным использовать на самолёте крыло уменьшенной площади, компенсируя это достаточно высокой нагрузкой на него. Такой аппарат становится менее зависимым от неблагоприятных погодных условий — сильного ветра и атмосферной болтанки.

Создание двухместного самолёта возможно и на базе двигателя меньшей мощности — эти машины тоже привлекают внимание самодеятельных конструкторов. Подробнее о таких летательных аппаратах читатели узнают на следующем «уроке» нашей «школы».