БАЛЬЗА НЕ ПОНАДОБИТСЯ! ИЛИ ПЛАНЕР НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Прежде всего познакомимся с моделью-эталоном, которая нами выбрана в качестве «прототипа». Этот планер создан голландскими спортсменами, имеющими богатый опыт и традиции в конструировании парителей. Данная модель относится к наиболее современным разработкам и отличается очень высокими летными показателями.

Профиль крыла, имеющего двойное V — модифицированный В6356в. Разъем по фюзеляжу; консоли насаживаются на два стальных штыря Ø 2,5 и Ø 2 мм, длиной по 130 мм каждый. На силовой схеме крыла заметно стремление конструктора максимально облегчить концевые части со сведением масс к центру с одновременным увеличением жесткости центроплана.

Сосновые полки лонжерона сечением 1,5X5 мм (верхняя) и 1,2X5 мм (нижняя) в «ушках» к законцовке утончаются до 1,5X3 и 1,2×3 мм. По всему размаху лонжерона вклеена стенка из бальзы толщиной 3 мм (1 мм в «ушках»). Корневые части консолей усилены по полкам лонжерона дополнительными рейками 2X5 мм. Нервюры вырезаны из твердой бальзы толщиной 1,5 мм, а первые четыре силовых в каждой консоли — из фанеры 1,5 мм. Диагональные полунервюры лобика — бальза толщиной 0,8 мм. Передняя кромка собрана из бальзы сечением 4X4 мм и усиливающей сосновой рейки 3Х3 мм. Задняя кромка-бальза сечением 3Х17 мм. Жесткая обшивка лобика (обесторонняя) из бальзы толщиной 0,8 мм, вместе с каркасом образует жесткий на кручение кессон.

В корневой части первый промежуток между силовыми нервюрами заполнен бальзовым бруском, а второй зашит миллиметровой бальзой. В местах перехода центроплан и «ушки» имеют нервюры толщиной 5 мм. После раздельной сборки этих частей крыла бальзовые детали подшкуриваются по V и обшиваются по торцам фанерой 0,6 мм. А при стыковке между ними еще вкладывается и бальзовая пластина толщиной 0,8 мм. Обтяжка крыла — тонкой длинноволокнистой бумагой.

Носовая часть фюзеляжа — бальзовый блок, обшитый с обеих сторон фанерой 1,5 мм. Хвостовая балка конусная (Ø 15— Ø 10 мм), трубчатая, выклеена из углеткани на оправке. Неподвижный буксировочный крючок согнут из стальной проволоки Ø 1,5 мм. Ложе стабилизатора выгнуто из дюралюминиевого листа; система детермализации срабатывает от таймера. Цельноповоротное вертикальное оперение сделано из легкой бальзы.

Горизонтальное оперение обычной конструкции. Лонжерон образован верхней полкой из бальзы сечением 1,5X5 мм и нижней 1X3 мм. К концам сечения уменьшаются до 1,5X3 мм и 1X2 мм соответственно. Передняя кромка сечением 3Х4 мм в центре усилена дополнительной рейкой из бальзы 3Х5 мм. Задняя кромка 2Х9 мм. Нервюры из бальзы толщиной 1 мм, стенка лонжерона и полунервюры — толщиной 0,8 мм.

Центральная нервюра стабилизатора (бальза толщиной 5 мм) несет крючок из стальной проволоки Ø 0,5 мм и дюралюминиевый винт М3,5 для тонкой регулировки угла атаки горизонтального оперения. Узел подвески из листового дюралюминия толщиной 1 мм гарантирует надежность фиксации стабилизатора в полете и четкость срабатывания системы детермализации. Обтяжка — тонкая пластиковая пленка.

Регулировка начинается с догрузки носовой части фюзеляжа до получения центровки, равной 52% хорды центроплана. Угол деградации 3°, левое «ушко» закручено на минус 4 мм, правое — на минус 6 мм, центропланная часть ровная. Естественно, модель может быть оборудована буксировочным крючком современного, механизированного типа.

Модель планера класса А1 голландских спортсменов.

Весовые данные планера: масса крыла (обе консоли) — 67 г, масса стабилизатора — 5 г, масса фюзеляжа (в сборе) — 153 г. Вся модель — 225 г.

Особо надо отметить высокое удлинение крыла, приведшее к увеличению размаха до 1469 мм; большое плечо горизонтального оперения и «плавающий» киль, что в целом соответствует тенденциям развития «больших планеров» класса F1A.

Теперь, прежде чем услышать от вас уверенное «нет» на вопрос, можно ли создать что-либо подобное без бальзы, разрешите рекомендовать вначале еще раз ознакомиться с двумя публикациями в «М-К». Это «Школьный микропаритель для завтра» в номере 4 за 1989 год и «Учебная на радиоволне» (№ 5 за тот же год). Если вторая статья заставила нас полностью пересмотреть отношение к казавшейся ранее неподходящей для нужд авиамоделиста «незнакомой» древесине плотностью 0,35…0,4 г/см³, то первая… О ней разговор особый.

Когда модель планера, построенная точно по чертежам журнала, была окончательно отлакирована, мы поняли, почему многие утверждали, что это не свободнолетающая. Уж слишком непривычны оказались на взгляд сечения деталей, свойственные переупрочненным кордовым.

Но теперь стало невозможно серьезно относиться ни к новой технике, ни… к старой. Сверхпрочные модели казались вопреки показаниям стрелок весов перетяжеленными (кстати, все веса деталей были указаны в журнале с запасом, на деле они меньше!), а прежние конструкции — чрезвычайно «изнеженными».

Тщательно изучив летные возможности новой техники, пришли к выводу — несмотря на отличную «летучесть», это только первый шаг в становлении удивительной схемы. Настолько велики казались резервы, заложенные в ней. В публикации приведены чертежи, рассчитанные на эксплуатацию А1 в экстремальных условиях; это модель-«тактик». Правда, с нею без колебаний можно принять участие в соревнованиях даже в самых ответственных турах. Но с этой же моделью можно и взяться за учебу новичка — она «простит» все.

Итак, резервы… Но прежде, чем рассказать, какую модель они позволили нам создать, немного теории. Только с нею мы сможем определить применимость того или иного решения.

Начнем с центральной части крыла и просчитаем прочность основных деталей. Два стальных штыря на голландской супермодели имеют суммарную прочность на изгиб, примерно равную при пределе прочности 200 кг/мм2 для стали (а это завышенная величина даже для высококачественной проволоки ОВС! Причем соответствующая полному излому, а не началу необратимого изгиба):

M¹_макс.=0,1*d³*σ=0,1*2,5³*200≈300 кг*мм,

M²_макс.=0,1*2³*200≈160 кг*мм,

M¹_макс.+M²_макс.=460 кг*мм.

Найдем аналогичную величину для сосновых полок лонжерона при пределе прочности сжатия сосны 4,0 кг/мм²:

M_макс.=a*b*σ*t=17,5 мм²*4*6≈420 кг*мм.

(Браво! Близкие значения для разных деталей говорят о грамотности конструктора, создававшего модель.)

Заметим, что расчет полки велся по верхней детали, так как из любого справочника нетрудно узнать, что для растяжения, изгиба и сжатия ряд разрушающих напряжений близок к такой последовательности: 800, 600 и 400 кг/см2 для сосны, а поэтому нижнюю полку, работающую на растяжение, на данной модели можно не обсчитывать.

Но этот же ряд цифр несет гораздо более важную информацию. Он говорит, что монолитный лонжерон выгоднее! Ведь он рассчитывается по изгибу, а не сжатию. И вот что получается. Сосновый брус высотой 7 мм и длиной по хорде профиля около 8 мм способен выдержать момент:

M_макс.=(a*b²*σ)/6=(8*7²*6)/6=400 кг*мм!!!

Площадь сечения такой балки — 56 мм2, а обеих полок в классическом варианте — примерно 30 мм2. Но если теперь перейти к реальным конструкциям… В наборной детали еще нужно учесть потери на стенку, сверхдлинные клеевые швы и на то, что в наиболее напряженных зонах планерный двухполочный лонжерон выдержит расчетную нагрузку только при условии очень жесткой взаимосвязи деталей — условии, выполняемом далеко не на всех крыльях хотя бы из-за использования не соответствующих нагрузкам клеев.

Но и это далеко не все. Ведь если немного добавить площади к расчетному сечению, то из учета массы исключится весь набор лобика при переходе на кромку-лонжерон. Результат поразительный! Выигрыш по всем пунктам: масса меньше, прочность больше (с учетом клинового усиления корневой части крыла новой модели), технологичность вне конкуренции (вместо сложного переклея из тонких бальзовых деталей и сосновых реек — один монобрус).

Какие еще могут быть сомнения? Жесткость на кручение — фактор, которому уделяется все большее внимание при создании парителей с высоким удлинением крыла? Расчетным путем здесь сравнить схемы не удастся — нет методики, близкой по достоверности результатов. Поэтому остается одно — проба практикой. По нашим заключениям и замерам на реальных крыльях новые сверхупрощенные не уступают гораздо более силовым, нежели заданы на голландской модели. Причем здесь вмешивается еще один фактор, также говорящий в пользу кромки-лонжерона. Это место расположения оси жесткости консоли и центровки консоли по хорде. На новых крыльях, более гибких (вверх-вниз) по сравнению с наборными, деформации идут практически без изменений углов атаки. А раз так, то вопрос о жесткости на кручение можно вообще снять.

Повышенная жесткость на изгиб, кстати, — только на пользу классическому крылу, когда эластичность задается введением стальных штырей, и… в известной степени во вред новому крылу. Податливость последнего позволяет исключить весь тяжелейший узел разъема, одновременно резко подняв надежность планера в целом.

И последнее по крылу. Поначалу настораживала опасность утяжеления концов плоскости. Но когда весы показали, что полностью законченное отъемное от центроплана «ушко» имеет массу 13 г, то последние сомнения исчезли. Тем более когда мы поняли — при данной схеме и размерах без труда можно уложиться и в 9…10 г. Просто нужна еще и практика работы по проектированию столь непривычной пока техники.

Хотелось бы еще только остановиться на переходе центроплана в «ушки». Из того, как сложно решены нервюры в этих зонах на модели-прототипе, еще раз видно — место перехода наиболее подвержено поломкам и неустойчиво к временным искажениям, поводкам. Уход от центрального разъема и введение его на переломах консолей дает идеальное решение. Кстати, касающееся и ремонтоспособности.

Теперь можно было приниматься за модель. И вот какой она стала. Мы постарались сохранить основную геометрию модели-прототипа, лишь немного изменив форму крыла в плане и расширив его концы, а также чуть снизив удлинение стабилизатора.

Модель планера класса А1 новой конструкции.

Хвостовая часть модели при цельноповоротном киле и жестком креплении стабилизатора.

Крыло. Передняя кромка-лонжерон из «белой» древесины сечением 8X18 мм к концам сужается до 4X8 мм, причем «клин» выполнен на всем полуразмахе. Масса — около 45 г. В центре клиновое усиление сечением 5X9 мм, на которое надевается центральная нервюра толщиной 8 мм (к задней кромке сужается до 4 мм). Все нервюры из пластин толщиной от 1,5 мм (на «ушках») до 2,5 мм (в центре). Нервюры по торцам у разъемов, как и законцовки, толщиной 3,5 мм, причем их стыки с передней кромкой усилены уголками-косынками из двухмиллиметровой фанеры (катеты 20…25 мм), а у задней кромки — из полуторамиллиметровки (катеты те же). Стыки всех промежуточных нервюр с передней кромкой также несут врезанные в нервюры косынки. Их толщина 2 мм, размер по размаху 20…25 мм, а по хорде — около 15 мм. Все косынки с полукруглой выборкой на диагоналях; сборка каркаса ведется исключительно на пластифицированной эпоксидной смоле типа К-153.

Профилировка крыла:

тонкая линия — теоретический профиль; пунктирная линия — реальный профиль с учетом втягивания мягкой обшивки; толстая контурная линия — нервюра модифицированного профиля, построенного с учетом деформации обшивки и малой частоты постановки нервюр по размаху.

Схемы расчета лонжеронных элементов на изгиб. Слева — двухполочный лонжерон (упрощенная методика расчета момента сопротивления), посередине — прямоугольная балка-лонжерон, справа — круглый штырь. Везде «X» — ось изгиба.

«Ушки» навешиваются на штырях из стальных трубок Ø 3X0,3 мм, входящих в заклеенные в торцевых сверлениях трубки из крафт-бумаги. В задней части — микроштифты; фиксация соединения либо лентой-скотчем, либо стяжкой нитью, намотанной на микрокрючки. Обтяжка крыла — микалентная бумага на эмалите, крутка аналогична модели-прототипу.

Сборка крыла ведется зацело с «ушками», которые затем отрезаются. Нервюры разъема при сборке ставятся с помощью угловых шаблонов. Все промежуточные нервюры выполняются по одному шаблону (либо одним куском, который потом распиливается на пластины), затем по чертежу обрезается носик под кромку в данном месте размаха и только потом обрезается хвостовик.

Фюзеляж полностью аналогичен ранней публикации в «М-К», лишь снижена толщина носовой части до 9 мм и рейка-балка стала сечением 9Х11 мм (к концу у хвоста — 4,5Х5,5 мм). Киль проволочный, цельноповоротный, с нижней деревянной нервюрой. Стабилизатор облегчен: передняя кромка сечением 2,5X7 мм сужается к концам до 2,5Х4 мм, задняя кромка — 3Х3 мм.

А теперь… держитесь! Приводим массы готовых деталей, созданных в соответствии с оригинальной конструктивной схемой. Итак: стабилизатор (обтянут пленкой) — 5 г, центроплан крыла — 45 г, «ушки» — 2Х13=26 г, фюзеляж без загрузки — 45 г. Итого — 121 г плюс киль, подкос крыла, крючок — всего около 130 г!

Знаем, что вы скажете: все хорошо, но вот хвостовая балочка… Сделанная вопреки всем нормам из одного куска древесины, тяжеловата. Да, углепластиковая и легче, и прочнее. Но ведь центровка конусной трубки с одинаковой толщиной стенки по сравнению с конусной рейкой ближе к хвосту, а это главное, так как нас не интересует абсолютный вес, а лишь момент инерции! А его снижать лучше всего за счет облегчения максимально удаленных зон (в расчет момента инерции плечо вводится во второй степени!). Что мы и сделали на новой модели. Кстати, вспомните металлические детали подвески стабилизатора на голландской модели, в том числе и дюралюминиевый винт М 3,5, который при длине стержня 4 мм весит уже не меньше 1 г.

А чтобы закрыть тему прочности, рекомендуем еще раз прочесть о сравнении наборных и цельных лонжеронов и принять во внимание, что монолитная балка 9Х11 мм не ломается. Или нужна еще крепче?

Итак, облегчение хвоста. Оно достигнуто укорочением и вторым дополнительным сужением балки на конце и… отказом от детермализации с помощью стабилизатора. Создавая столь непривычную технику, мы решились пойти на перестановку крыла (вот для чего еще пригодится подкос — он удержит крыло по крену), хотя наиболее удачным стала бы перестановка «ушек». Но эта мысль нам пришла в голову, когда планер был готов.

Летные свойства модели по крайней мере не уступают бальзовым аппаратам. Но здесь результат в большой степени зависит от отладки и от умения спортсмена эксплуатировать планер. Поэтому время планирования в атермичных условиях мы приводить не будем — вы все равно не поверите… пока сами не построите такой планер.

В. ДОЛГОВ, кандидат в мастера спорта