Теперь о требованиях к летным свойствам:
— минимальная скорость устойчивого полета, обеспечивающая время на принятие правильного решения, необходима при полном отсутствии автоматизма у неопытного «пилота». Хорошо бы варьировать полетную скорость в широчайших пределах, тогда обучение впоследствии удастся продолжить вплоть
до перехода на современную спортивную технику;
— высокая устойчивость аппарата и хорошая управляемость. Чувствительность управления- в идеале может и должна регулироваться. Кроме широкого диапазона скоростей, желательно иметь возможность значительного изменения несущих свойств, превращающих модель либо в хороший планер-паритель, либо в пилотажный микросамолет;
— нужна и высокая энерговооруженность учебной, спасающая модель при выходе в неожиданные для начинающего пилота положения вблизи земли;
— должны быть хорошими и эксплуатационные качества: без всяких проблем подобный «универсал» обязан взлетать с рук.
Наверное, покажется, что требований слишком много, слишком они противоречивы. Немыслимо сделать такую учебную. . А все-таки давайте попробуем!
В соответствии с первым условием летных свойств выбираем тип модели — планер. Точнее, мотопланер, причем с мощным двигателем, имеющим управление «газом». Это, в свою очередь, обеспечит высокую энерговооруженность модели, если ее масса не будет слишком большой, и простые условия взлета.
Теперь о массе аппарата. Дело в том, что она не только тесно связана с минимальной удовлетворительной прочностью, но и с выбором основных размеров учебной. Приняв удельную нагрузку на несущие поверхности равной 25 г/дм2, соответствующей нагрузке очень неплохих парителей, и выбрав двигатель, мы сможем найти суммарную площадь плоскостей.
Мотор нужно выбирать с учетом максимальной простоты запуска в любых, даже зимних условиях и несложности эксплуатации всей мотоустановки. Наиболее подходящий микродвигатель КМД-2,5 . С мотопланером, снабженным этим двигателем, можно тренироваться круглый год, мощность его вполне достаточна для небольшой, даже пилотажной модели, он имеет значительный ресурс и устойчиво держит режим в широком диапазоне оборотов.
Конструкция стабилизатора :
1 — законцовка 2 — законцовка руля, 3 — задняя кромка руля, 4 — заполнитель, 5 — кромка руля, 6 — задняя і кромка стабилизатора в сборе, 7 — бобышка, 8 — косынка, 9 — центральная нервюра, 10 — нервюра,11 — полунервюра, 12 — лонжерон. 13 — передняя кромка.
Масса мотоустановки в комплексе с топливной системой может быть не выше 200 г. Четырехканальная пропорциональная бортовая часть отечественной аппаратуры радиоуправления «Супранар-83» имеет массу около 650 г, что дает суммарную массу оборудования вместе С тягами, узлами крепления и монтажными панелями 900—950 г.
Сколько же граммов отвести на конструкцию самого планера?
Посмотрим, что получится, если принять в предварительном расчете кажущуюся фантастической цифру — 500 г. Столько весят чемпионатные свободно-летающие парители значительно меньших размеров, летающие при этом только с «пешеходными» скоростями. У нас же суммарная площадь несущих поверхностей, полученная после определения общей массы модели, оказывается раза в полтора больше — около 55 дм2.
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ
Попытаемся «уложить» конструкцию в совершенно необычные рамки массы. Вдруг да получится! Начнем с крыла. Именно его масса вносит наиболее значимую часть в общую сумму.
Исходя из того, что перед нами не стоят задачи создания рекордного аппарата, а условия хорошего парения мы обеспечиваем малой удельной нагрузкой на несущие поверхности, можно не гнаться за сверхвысоким значением удлинения. Его разумная величина послужит не только на пользу снижению массы крыла, но и соответственно сохранит сверхкритическими числа Рейнольдса для средних хорд консолей. Можно легко подобрать простой по исполнению профиль, полностью удовлетворяющий нас по своим качествам даже на минимальных скоростях полета. Что же касается прочности и жесткости крыла, определяющих и его массу, то эти величины находятся в обратноквадратичной зависимости от удлинения при плоскостях одинаковой профилировки. Уменьшив его в два раза, мы при грамотном проектировании сможем в четыре раза уменьшить вес крыла!
А как быть с сужением? Заманчиво, конечно, прорисовать прямые плоскости — они кажутся значительно проще в изготовлении из-за одинаковых очертаний всех нервюр. Но на деле трапециевидное крыло ненамного сложнее прямого. Зато повышение прочности широких корневых частей и уменьшение в них напряжений изгиба позволяют дополнительно снизить массу несущих плоскостей на 15—20% по сравнению с прямыми.
Весьма технологичным, отлично зарекомендовавшим себя на тысячах моделей, нетребовательным к выдерживанию очертаний и достаточно «толстым» является классический «С1агк-У». Его относительная толщина около 12%. Как показывают сравнительные поляры Множества профилей, на небольших числах Рейнольдса «С1агк-У» практически ни в чем не уступает наимоднейшим «эпплеровским», на более высоких скоростях выигрыш при применении последних не столь значителен, чтобы преобладать над технологическими свойствами реализации классического. Да и, как правило, преимущество в аэродинамике сказывается у профилей серии «Е» лишь на участке поляры. Перед нами же стоит задача проектирования не однорежимного парителя, а микросамолета-универсала
Аэродинамическое решение крыла завершит введение механизации по всей задней кромке, обеспечивающее возможность превращения парителя в пилотажный (!) аппарат, и задание угла поперечного «V» для повышения устойчивости модели. К конструкции же плоскостей вернемся при разговоре о постройке учебной модели.
В смысл* аэродинамики фюзеляж представляет собой элемент, лишь соединяющий крыло со стабилизатором, если, конечно, не имеет сравнительно больших размеров, влияющих на устойчивость и управляемость модели в целом. Предположив, что фюзеляж нашего аппарата существенного влияния на эти характеристики не окажет вследствие малого поперечного сечения, будем искать лишь его конструктивное решение. Это же относится и к хвостовому оперению. Здесь только надо отметить пожелания к нагрузкам, передаваемым от стабилизатора и киля на хвостовую часть фюзеляжа. Если удастся избавиться от скручивающих усилий, можно будет снизить массу этой части. Для этого запроектируем киль из двух вертикальных поверхностей, размещенных по площади симметрично как над стабилизатором, установленным по оси балки фюзеляжа, так и под ним. Площадь же стабилизатора, обеспечивающая вполне достаточный для нашего крыла коэффициент эффективности горизонтального оперения, равный 0,7, при плече стабилизатора около 4ВСах окажется в пределах 7—8 дм 2.
Прежде всего о том, как проводился расчет элементов мотопланера на прочность. Конечно, полностью приводить его на страницах журнала просто немыслимо из-за большого объема. Нужно лишь упомянуть условия, принятые при расчетах. Это: максимальная скорость полета 120 км/ч (!) и минимальная величина радиуса изменения траектории полета, соответствующая перегрузке в 8£, равная 15 м! Условия необычайно жесткие, такие характерны скорее не для мотопланера, а для хорошего пилотажного микросамолета. Но ведь мы проектируем универсальную учебную модель, способную летать и как «акробат», и как паритель.
Начнем описание с наиболее ответственного элемента — крыла. Значительное удлинение, обеспечивающее высокое значение качества и небольшую скорость снижения модели в варианте парителя, даже при большом сужении консолей обусловливает появление колоссальных изгибающих моментов в корневых сечениях иа повышенных скоростях полета. При данных условиях хорошее сочетание прочности на изгиб и жесткости на кручение могло бы дать решение с жесткой несущей обшивкой. Но масса подобных консолей оказалась бы чрезмерно большой, и нам не удалось бы уложиться в отведенные границы веса.
Решение дает опыт конструирования легких свободнолетающих авиамоделей. Жесткие рамки правил «научили» спортсменов создавать предельно облегченные крылья, достаточной прочности и жесткости. Набор консолей, подобный тому, какой используется на планерах и резиномоторных, применим и мы. Двухполочный лонжерон со стенкой позволит крылу выдержать максимальные нагрузки при самых резких эволюциях, жесткость на кручение придаст ряд диагональных нервюр или распорок в корневых частях консолей. Сечения полок лонжерона переменные, соответствующие местным изгибающим моментам в различных сечениях несущих плоскостей.
Немаловажный вопрос, возникающий при прорисовке любой новой модели, — о необходимости введения центрального разъема крыла. Как правило, решение с разъемом применяется при значительных размерах аппарата, оно облегчает транспортировку и изготовление элементов крыльев. Однако потери в весе, связанные с разделением несущих плоскостей по наиболее нагруженному участку, весьма велики, не говоря уже об узлах стыка и соединительных штырях или пластинах-багинетах. Разъемное по центру крыло сложнее в сборке и изготовлении, не так просто обеспечить и идеальную симметричность установки консолей относительно фюзеляжа. Узел стыка снижает надежность модели в целом — немало аварий учебных аппаратов вызвано разрушением стыковочных элементов крыла и фюзеляжа, расстыковкой недостаточно точно выполненного узла либо его деформацией, приведшей к смещению плоскостей.
Итак, крыло учебной будет цельным. Но как же перевозить «детальку» длиной около 2,5 м? Разъем нужен. Мы перенесем его в зону, нагруженную в несколько раз слабее корневых сечений. Отъемными будут «ушки», в таком варианте максимальный габарит разобранной плоскости не превысит полуразмаха. Установка узлов в малонагруженной зоне позволит снизить до предела потери в весе, а общее компоновочное решение даст возможность дополнительно повысить универсальность учебной. Нужен «чистокровный» паритель? Пожалуйста! Достаточно увеличить угол поперечного «V» на отъемных элементах и приспустить закрылки. Скоростные качества планеру придаст фиксация закрылков в нейтральном положении, небольшой их подъем превратит бывший паритель в хорошую «пилотажку» — свойства плосковыпуклого профиля с .приподнятым закрылком близки к свойствам симметричных. А вот демонтаж «ушек» сделает модель очень близкой по характеристикам к пилотажному микросамолету. Укорочение крыла позволит снизить нагрузки на центральные части лонжерона, следовательно, можно будет не бояться выводить аппарат на самые высокие скорости и резкие виражи. В таком варианте переставляемые ранее только иа земле закрылки должны быть переведены на управление в полете в качестве элеронов с небольшими углами отклонения. При этом возможность коррекции среднего угла их установки (как закрылков) сохраняется только для наземных условий.
Продолжим работу по конструированию каркаса крыла. Дело за задней кромкой. Требованиям минимальной массы при достаточной прочности отвечает Т-образная «балка», собранная из двух реек. Такую используем и мы, она же позволит легко разместить узлы навески закрылков и элеронов.
Для улучшения аэродинамики модели необходимо полученный при изготовлении плоскостей профиль максимально приблизить к теоретическому. При мягкой обшивке это удастся сделать только с помощью размещения большого числа нервюр с обязательной установкой носовых полунервюр. В результате количество этих деталей, особенно на крыльях планерного типа, обусловит и значительное их влияние на общую массу консолей. Значит, снижение веса каждой из них буквально на доли грамма поможет уложиться в заданную взлетную массу аппарата.
Как показала практика, подтвердившая теоретические расчеты, наиболее выгодна конструкция нервюры с «работающей обшивкой». Центральная часть, практически не нагруженная, выполняет функции подкрепления реек «обшивки» от потери устойчивости при сжатии и поэтому вырезается из легких сортов пенопласта (типа мелкошарикового упаковочного). А рейки окантовки примут иа себя все нагрузки как от натяжения обшивки, так и аэродинамические. Подобные нервюры хорошо стыкуются с Т-образной задней кромкой, в районе носика их полезно укрепить, оклеив с двух сторон ватманом.
Конструкция крыла :
1 — центральная накладка, 2 — балка, 3 — окантовка закрылка, 4 — заполнитель закрылка, 5 — стенка задней кромки, 6 — задняя кромка, 7 — нервюра, 8 — косая нервюра,9 — лонжерон, 10 — законцовка закрылка, 11 — нервюры стыка. 12 — направляющая штыря. 13 — законцовка, 14 — носок, 15 — накладка, 16 — стенка передней кромки, 17 — передняя кромка.
Надо отметить и технологичность необычного поперечного набора. Вам не придется испытывать трудностей, связанных обычно с изготовлением нервюр для трапециевидного крыла — для любых консолей с любым сужением и без него технология одна. Прежде всего выпиливаются шаблоны корневого и концевого сечения крыла с занижением по контуру, соответствующим толщине «работающей обшивки». По ним с помощью нагреваемой электрическим током проволоки из пенопластового блока вырезается заготовка. По «размаху» она равна суммарной толщине всех нервюр и полунервюр для одной консоли плюс потери на будущую распиловку на отдельные детали. Используя оставшиеся после разрезки пенопласта куски обратного профиля в качестве прижимов, обшиваем заготовку липовым или березовым шпоном на эпоксидной смоле (слои древесины — только поперек размаха крыла!). Если необходимо увеличить толщину «обшивки», используйте несколько слоев шпона, толстая пластина может не повторить очертания профиля на наиболее искривленных участках носика нервюры.
После полного отверждения смолы заготовка распиливается на отдельные детали тонкой циркулярной пилой или переделанным промышленным вибролобзиком. Нервюры через одну укорачиваются, образуя носовые полунервюры, затем идет оклейка районов стыка с передней кромкой ватманом.
Сборка крыла проводится обычными методами. Единственное требование — обеспечение максимальной симметричности правой и левой консолей. Стабилизатор по конструкции аналогичен плоскостям крыла, отдельные его элементы лишь уменьшены в сечениях.
Система привода элеронов и закрылков на рисунках не показана — все зависит от типа применяемой аппаратуры и рулевых машинок. В любом случае надо стремиться разместить машинки в объеме центроплана. Это поможет избавиться от лишних узлов стыка привода и сложностей, связанных с перерегулировками управления при аварийных сбросах крыла. Да и фюзеляж можно будет спроектировать поменьше и полегче. В идеальном варианте в центроплане размещаются все рулевые машинки и приемник, в фюзеляж идет лишь блок питания и привод управления газом двигателя. Таким образом дополнительно снижается масса фюзеляжа я уменьшается влияние вибраций от работы мотоустановки иа надежность бортовой части аппаратуры.
Обшивка несущих плоскостей — лавсановая пленка средней толщины. Поверх нее прилакировывается длинноволокнистая (микалентная) бумага. В результате образуется прочная устойчивая к проколам и ударам обшивка достаточной жесткости и шероховатости. Рулевые элементы обтягиваются тонкой крафт бумагой на клее ПВА и отделываются паркетным двухкомпонентным лаком.
Как видите, крыло и стабилизатор (киль аналогичен рулевым элементам) могут быть выполнены по самым строгим меркам авиаконструирования, легкими, жесткими и достаточно прочными. Попробуем сделать таким же и фюзеляж, по-прежнему не забывая и о технологичности изготовления учебной. Ведь до сих пор удавалось обойтись без применения сложной оснастки, бальза понадобилась разве только для «поднятия» лонжерона до уровня нервюр.
Носовая часть фюзеляжа несет двигатель и некоторые элементы аппаратуры радиоуправления и служит для их фиксации относительно крыла. Причем надо учесть: чем короче эта часть, тем меньшие нагрузки возникнут в узлах крепления к крылу и тем жестче она будет. Поэтому прорисуем фюзеляж с минимальным выносом вперед, предполагая небольшую массу хвостовой части модели. По миделю он обжат до предела, фанерные борта, скрепленные шпангоутами и легким продольным набором, чуть ли ие вплотную огибают двигатель, бак и бортовую часть аппаратуры.
Мы все привыкли к тому, что это аппарат, годный разве только для приобретения первоначальных навыков пилотирования. В большинстве случаев учебная строится практически без всяких требований к летным свойствам. Главное — обеспечить максимальную простоту изготовления. Со временем, когда спортсмен примется за проектирование следующей модели, с которой он станет выступать на соревнованиях, будет привлечена к расчетам и аэродинамика, и сопромат, и материаловедение. А на первых порах — чего мучиться, стоит ли… И появляются на свет полулетающие «коряги».