АЕРОЦИКЛ

Ідея створення цього транспортного засобу зародилася у мене давно, після перегляду сюжету у програмі «Це ви можете» про лижники з ранцевими аерорушіями. Було видно, що ноги моторизованих спортсменів дуже напружені, а важке обладнання за плечима розгойдувало їх по ходу руху. Щоб спростити і полегшити цей процес, я задумав спочатку приробити до двигуна раму. Але потім вирішив, що затінений спиною пілота гвинт діаметром близько 0,8 метра — це несерйозно і неефективно. Хотілося отримати щось схоже на гвинтокрил, що тільки працює в іншій площині. У результаті вийшов наземний транспортний засіб, з властивою лише йому специфікою роботи у вузькому діапазоні швидкостей, а саме від 0 до 40 км/год. Припускаю, що ця конструкція викличе багато сумнівів та суперечок, як і представлений дещо нестандартний підхід у її реалізації. Але, як кажуть, не помиляється тільки той, хто нічого не робить.

Проектування

Отже, ставлю собі завдання: створити універсальний транспортний засіб, здатний рухатися по снігу, землі та воді. Плавучість, зрозуміло, забезпечують поплавки замість коліс влітку чи лиж узимку. Безперечно, що аероцикл, як я назвав своє дітище, має бути розбірним. Обов’язкова вимога до апарату — зручність його зберігання та перевезення, адже більшу частину часу він лежатиме десь розібраним у куточку гаража. Також аероцикл повинен мати можливість короткочасно пересуватися дорогами загального користування та не підлягати реєстрації в наглядових органах, тому двигун буде, природно, об’ємом до 50 см3. При цьому хотілося отримати машину компактну, не обтяжену будь-яким кузовом, гранично просту і легку. Це зумовлювало обмеження, що вона має бути лише одномісною.

Важливий момент – використовуючи малопотужний двигун, необхідно отримати хорошу тягу за рахунок гвинта великого діаметру. Гвинт не повинен боятися дрібного каміння, що піднімається із землі під час руху, тобто бути металевим і мати найбільший ККД. Такий гвинт я бачив тонким і вузьким, при цьому було ясно, що його ефективність проявиться лише у вузькому діапазоні швидкостей обертання. Розширити цей діапазон дозволило б застосування гвинта зі змінним кроком (ВІШ). Також переваги такого гвинта – можливість створення реверсної тяги для гальмування, зміна оборотів двигуна і тяги, що розвивається в залежності від кута установки лопатей.

Створення легкого одномісного апарату на аеротязі передбачає встановлення гвинта на осі двигуна – це дозволяє зробити його легшим на 20-25%. Але при цьому штовхаючий гвинт діаметром 0,7-0,8 метра буде повністю в аеродинамічній тіні, що явно знизить його ефективність. Оптимальним для такого транспортного засобу вважаю гвинт діаметром 1,4 метра, що спричинить, щоправда, збільшення ваги приблизно на 15 кг.

Виходячи з компоновочних міркувань, для приводу гвинта є сенс використовувати клинопасову передачу, що забезпечує зниження обертів гвинта по відношенню до двигуна в 2,7 рази. А двухручьевой шків гвинта дає можливість надалі замінити мотор більш потужний (до 10-15 к.с.). Передбачувана тяга гвинта – 30 кг.

Теоретично для нормальної роботи ТС необхідна якість, що визначається як відношення тяги аеродвигуна до ходової ваги конструкції, в діапазоні 0,3-0,4. На жаль, на практиці ці результати виявляються нижчими – десь у межах 0,2-0,3. Тому, можливо, саме водний варіант аероцикла стане найвиграшнішим.

Двигун

За основу взято легкий і компактний двотактний двигун, що має відцентрове зчеплення, від бензопили «Урал» потужністю близько 5 л.с. Конструкція його вже давно застаріла, і я з великим задоволенням використав чотирикіловатний електродвигун з відповідною акумуляторною батареєю. Жаль, але це задоволення поки що дороге, будемо використовувати те, що є під руками.

Двигун кріпиться до вузла приводного шківа хомутом, що складається з двох половин, стягнутих болтами М6. Хомут виготовляється із трубки діаметром 12 мм. З одного боку метал знімається повністю за допомогою верстата, потім ножівковим полотном через рівні проміжки робилися надрізи на половину товщини. Отримана заготівля загиналася по необхідному радіусу, а потім надрізи проварювалися.

Вузол приводного шківа

Він складається з валу, що лежить на двох підшипниках № 203. З одного боку валу знаходиться барабан автоматичного зчеплення, а з іншого боку встановлюється приводний шків. Вузол приводного шківа має чотири вушка для закріплення на підмоторній рамі. Він разом з двигуном може переміщатися напівдюймовими трубами, забезпечуючи необхідне натяг приводного ременя. Спочатку використовувався шків зовнішнім діаметром 88 мм, проте двигун виявився недовантаженим, тому було встановлено шків діаметром 100 мм.

Лопаті гвинта

Для наземного транспорту дерев’яний гвинт вкрай небажаний через швидке зношування. Невеликі камені, що піднімаються із землі під час роботи двигуна, швидко руйнують його, тому металевий гвинт – єдиний варіант створення працездатної конструкції.

Лопаті виготовлялися з листа дюралюмінієвого сплаву завтовшки 4 мм. Вирізав їх за шаблоном, а також за шаблоном робив вигини. Краї сточував напилком «до нуля». Після невеликої крутки лопаті шліфувалися та полірувались.

Кожна лопата вставляється в паз гвинта, що обертається у втулку, комля лопаті. У пазу лопать затискається чотирма болтами М10, М8, Мб та М5. До нижнього болта кріпиться повідець керування лопатою, з’єднаний з траверсою керування лопатями регульованої тягою.

Втулка гвинта

Важлива особливість даної конструкції – використання гвинта кроку, що змінюється. Основну концепцію взято з пристрою хвостового гвинта вертольота Василя Артемчука (див. «М-К» № 11-1997). А саме – комлі лопатей завертаються на різьбленні М30х2 у втулку гвинта. Отвір на 14 мм для пальця, що забезпечує кріплення гвинта на маточині, оброблено за допомогою розгортки. При роботі гвинта втулка може похитуватися на невеликий кут для усунення моментів, що виникають, через похибку виготовлення або встановлення лопатей.

Ступиця гвинта, що з’єднує ведений шків із втулкою гвинта, – зварена. Зварювання проводилося в кондукторі великим струмом із подальшою обробкою на токарному верстаті.

Вузол веденого шківа

Складається з осі, гайкою М16, що кріпиться, і шістьма болтами до підмоторної рами. На осі, на підшипниках № 207 та № 206, обертається шків діаметром 220 мм, виготовлений із текстоліту. На осі він зафіксований гайкою та контргайкою. Вісь має по центру наскрізний отвір діаметром 10 мм, через який проходить шток керування кроком гвинта. Шток також проходить через палець кріплення втулки гвинта на маточині та закріплений гайками в траверсі керування кроком лопатей. На іншому кінці штока встановлений підшипник в обоймі, через який зусилля важеля керування кроком передається на траверсу, яка за допомогою тяг повертає лопаті. Ступиця кріпиться до шківа шістьма наскрізними шпильками М8.

Підмоторна рама

Вона складається з двох напівдюймових труб, з’єднаних привареною до них пластиною товщиною 3 мм і кронштейном для осі гвинта. Також до цієї пластини кріпляться середня поперечна трубка огорожі гвинта та верхні наконечники стійок шасі задніх коліс. Зверху до торців рами болтами М8 фіксується верхній кронштейн огородження гвинта. До трубок рами приварені кронштейни для установки бака від мотовелосипеда. У нижній частині рами на чотирьох хомутах кріпиться двигун. Необхідний натяг ременя забезпечується переміщенням вузла приводного шківа вниз трубами підмоторної рами. У нижній частині підмоторна рама фіксується до головної труби аероцикла стяжною шпилькою з регулювальними шайбами.

Головна рамна труба

Це “хребет” конструкції. Він виготовлений із тонкостінної труби діаметром 52 мм із товщиною стінки 2 мм. Для зручності зберігання та перевезення у багажнику легкового автомобіля посередині труби зроблено фланцевий роз’єм із кріпленням чотирма болтами М6. У передній частині вварена направляюча трубка для вилки від дитячого велосипеда, а на деякому видаленні приварена пластина кріплення розпірної рами та сидіння, як використовується подушка від автомобіля УАЗ. У задній частині головна труба стикується з підмоторною рамою за допомогою стяжної шпильки та дистанційних втулок.

Розпірна рама з’єднує головну рамну трубу та підмоторну раму. Усередині неї знаходиться сидіння пілота, також вона служить упором спини.

Шасі

Ззаду на аероциклі встановлені хвостові колеса від Ан-2. Замість втулок використано закриті підшипники кочення. На токарному верстаті у них було зроблено необхідні проточки. Вісь колеса фіксується в 3/4″ трубі, вона служить важелем задньої підвіски. Передня вилка та колесо взяті від велосипеда з мінімальними переробками. На передній вилці болтами М6 прикріплено трубку, яка виконує функцію опори для ніг. На передньому колесі встановлено кліщовий велосипедний гальмо.

Огородження гвинта

Максимально знизити небезпеку від гвинта, що обертається – це зробити суцільне огородження гвинта. На жаль, воно збільшує вагу конструкції приблизно на 10 кг та погіршує експлуатаційні характеристики. Компромісний варіант – огорожа у вигляді аеродинамічного кільця. При цьому воно навіть підвищить ефективність роботи гвинта за рахунок спрямування повітряного потоку і зменшення перетікання повітря з високого тиску за гвинтом в область низького тиску перед гвинтом — вийде так звана «циркуляція повітряного потоку». Все це дозволяє збільшити потяг на 10-20% без додаткових витрат потужності.

Огорожа виготовлена ​​із сталевого листа товщиною 1 мм та сталевої трубки діаметром 12 мм. Для зручності перевезення та зберігання кільце розбирається на 4 частини. Можливо, виходячи з вагових характеристик, був обраний не найкращий варіант, але більш надійний з точки зору забезпечення безпеки пілота і оточуючих.

Поплавки

Тут немає нічого складного: технологія виготовлення поплавців неодноразово описувалася в журналі стосовно невеликих катамаранів.

У районі кермового колеса для кріплення поплавця встановлюється спеціальний кронштейн. Задня частина поплавця кріпиться за важіль задньої підвіски.

Система керування кроком гвинта

Під лівою рукою пілота знаходиться важіль складної форми системи ВІШ. На ньому ж встановлена ​​манетка управління дросельною заслінкою карбюратора. Важель має дві опори, приварені до пластини кріплення осі гвинта. Між ними встановлені пластини з пазом для переміщення букси підшипника, що управляє, при переміщенні штока управління кроком. На штоку знаходиться підшипник кочення з внутрішнім посадковим діаметром 8 мм, він фіксується на штоку двома гайками М8, чим забезпечується регулювання.

Система керування кроком чудово працює на всіх режимах гвинта. Було побоювання, що відцентрова сила, що діє на лопату, розклинюватиме (затискатиме) різьбовий комель лопаті, але це зовсім не виправдалося: ручка ходить легко у всіх положеннях лопат.

Отримані результати

Підіб’ю підсумки. При тестуванні апарату виявилося, що гвинт дуже легкий, тому діаметр ведучого шківа довелося збільшити з 88 мм до 100 мм. До того ж, профіль шківа виявився дещо малим, що було усунено при заміні. Передача потужності 5 л.с. вимагала серйозного ставлення до приводного ременя. Для надійності роботи передачі необхідно дуже жорстко кріпити двигун та, бажано, передбачити додатковий натяжний пристрій.

Гвинт же показав себе чудово – легко керується на всіх швидкісних режимах, вібрації відсутні. Але він вийшов досить вузькодіапазонним. Гвинт із тонкого профілю легше обертати, але значно швидше настає і зрив потоку. При цьому спостерігається ефект збільшення тяги при наборі швидкості, тобто гвинт виходить з аеродинамічного мішка.

Тепер про сумне. Незважаючи на те, що аероциклу вдалося «вписати» в багажник ГАЗ-3102, різні зміни від проектного ескізу спричинили його значне обтяження. Загальна вага апарата становить зараз близько 60 кг, що суттєво нівелювало 20-30 процентне збільшення тяги гвинта великого діаметра. У конструкціях такого типу, звичайно, краще замінювати важку сталь алюмінієм або композитними матеріалами.

Тим не менш, вважаю, що час та ресурси витрачені не дарма. Ця робота для мене мала швидше експериментальне значення, ніж практичне, що дозволяє краще зрозуміти специфіку проектування, виготовлення та експлуатації транспортного засобу з аеродвигуном.

Павло КОП’ЄВ