«КАПЛЯ» НА КОРДОДРОМЕ

Много всего было в «судьбе» гоночной автомодели! Даже сейчас, когда все они строятся практически по одной схеме, в разговорах спортсменов можно услышать термины «лодка», «капля», «стрела», означающие определенные направления в компоновке. Вспомним, что представляла собой «капля». Уже само название говорит о форме корпуса. Аэродинамика всегда утверждала, что каплеобразные тела имеют наименьшее лобовое сопротивление, на преодоление которого тратится немалая часть мощности двигателя. Преимущество «капли» и в том, что на ней удачно расположен центр тяжести автомобиля: он совсем рядом с ведущими колесами. А это означает, что на неровности кордодрома модель такого типа будет реагировать гораздо меньше.

Но эта схема не выдержала испытаний временем и практикой. Дело в том, что мидель такой модели получался непомерно большим из-за отсутствия специальных двигателей, и поэтому преимущества лучшей обтекаемости просто не могли проявиться. Да и очень уж неудобно монтировалась «начинка»: оставалось много свободного места, чего на должно быть на современной модели.

Сейчас, когда многие спортсмены научились делать двигатели, ни в чем ко уступающие лучшим серийным образцам, «капля» снова привлекла внимание. Дело в том, что можно сделать мотор длиной не больше, чем ширина обычного двигателя с лапками крепления. Стало быть, его нетрудно разместить так, чтобы ось вала стала перпендикулярна продольной оси модели. В итоге опять «капля», но с совершенно новыми свойствами.

Внимательно сравнивая модели современной школы и предлагаемый вариант, нельзя не обратить внимание на следующее.

Двигатель можно почти «положить», тогда площадь миделевого сечения уменьшается примерно в два раза. Аэродинамические расчеты показывают (с учетом изменения удлинения корпуса, носовой части и полной смачиваемой поверхности), что это снижает сопротивление в 1,89 раза. Много ли это? Да, если принять во внимание, что, по экспериментальным данным, на модели с ДВС рабочим объемом 10,0 см³, идущей со скоростью 300 км/ч, аэродинамическое сопротивление корпуса равно примерно 0,5 кг. На его преодоление расходуется 0,55 л. с. двигателя! Разве вам не нужны «лишние» 0,26 л. с.!

При новой компоновке на модель «просятся» цилиндрические шестерни. Как утверждают справочники по машиностроению, КПД такой передачи выше конической на 2,5% (при одинаковом качестве доводки). Можно перейти к установке более удобного при новой схеме двухступенчатого цилиндрического редуктора без потерь мощности.

Сохраняется преимущество схемы «каплям — небольшое расстояние между центром тяжести модели и ведущей осью. А это условие устойчивого прохождения трассы.

Рис. 1. Сравнение размеров моделей старого и нового типа.

А — гоночная модель нового типа с горизонтально расположенным двигателем; Б— гоночная модель старого типа с вертикально расположенным двигателем.

Рис. 2. Гоночная модель с передними ведущими колесами и горизонтально расположенным двигателем, имеющая минимальное аэродинамическое сопротивление.

Угол между осью цилиндра и выхлопным патрубком получается оптимальным. Исследования больших двигателей внутреннего сгорания показали, что при открывании выхлопных окон кромкой движущегося вниз поршня отработавшие газы вытекают под углом, в среднем равным 30° относительно оси цилиндра. На модельных моторах условия истечения такие же, поэтому новое положение патрубка устраняет своеобразное дросселирование выхлопа, вызываемое резким разворотом струи выхлопных газов в обычном варианте. Одновременно улучшаются условия работы резонансной трубы в комплексе с двигателем. Отраженная от обратного конуса глушителя волна давления направляет газовый поток не к бустерному каналу, а почти вдоль стенки гильзы.

Создаются оптимальные условия обдува мотора. Головка охлаждается эффективно и, что самое важное, равномерно, чего нельзя сказать о традиционном обдуве. Чего только не делали раньше, стремясь избежать коробления мотора, вызываемого неравномерным охлаждением двигателя с задним выхлопом! Пробовали применять и вытянутые назад ребра, и мощное оребрение на специальных насадках на выхлопных патрубках, по-особому растачивали картеры, пытались закрыть переднюю часть рубашки цилиндра, обдувая лишь заднюю часть. Но… неравномерный нагрев все равно приводил к различному температурному расширению участков картера и вызывал изменение геометрии гильзы и поршня, искажение параллельности осей вала и поршневого пальца. Из-за этого возрастали механические потери, и шатун начинал «сползать» с кривошипа. Новая же схема обеспечивает, кроме равномерного охлаждения головки, еще и то, что участок картера в районе выхлопных окон оказывается не в «тени» рубашки, а в чистом потоке воздуха. Все это уменьшает коробление. Любой знающий моделист подтвердит вам ценность такого варианта обдува. Особо важно, что в результате коробления может появиться лишь крайне малая дезаксиация (смещение оси цилиндра относительно оси коленчатого вала), которая не повлияет на работу двигателя.

Пойдем дальше в наших рассуждениях. Если решено сделать ведущую ось подрессоренной, то… попутно появляется возможность использовать энергию, которая раньше гасилась в пружинах или резиновых вкладышах подвески.

А вот и еще достоинства цилиндрического редуктора.

Отпадает необходимость установки кардана, являвшегося обязательным элементом передачи. Теперь он уже не будет «съедать» свои проценты мощности двигателя. Исчезает влияние гироскопического момента вращающегося маховика на распределение нагрузки между задними и передними осями колес модели. Остаются лишь кренящие моменты, с которыми легко бороться подбором точки крепления кордовой планки. Отсутствуют связи осей с корпусом. Так как мото-установка вместе с ведущим мостом собирается отдельно, устраняется влияние деформаций корпуса при заезде.

Рис. 3. Схема появления «подкрутки» при наезде на препятствие:

1 — амортизатор, 2 — колесо, 3 — зубчатое колесо, 4 — ведущая шестерня. А — неподвижное положение, Б — при подъеме колеса модели зубчатое колесо обкатывает ведущую шестерню, разворачиваясь на определенный угол.

Рис. 4. Гоночная модель с двигателем рабочим объемом 10 см3:

1 — резонансная выхлопная труба, 2 — хомут трубы, 3 — амортизатор в сборе, 4 — ведущее колесо, 5 — мотоустановка, 6 — канал подвода охлаждающего воздуха, 7 — топливный бак, 8 — автомат остановки двигателя, 9 — переднее колесо, 10 — вилка переднего моста, 11 — передний амортизатор, 12 — рама (поддон), 13 — ось передней вилки, 14 — обтекатель (кузов).

Картер изготовлен из термообработанной стали 30ХГСА. Он имеет достаточно простую форму, однако небольшая толщина стенок несколько изменяет технологию его обработки. В начерно расточенной заготовке фрезеруются каналы перепуска, и на том же станке доводится внешняя форма. Затем следует термический процесс нормализации и только после него — расточка цилиндрических внутренних поверхностей и посадочных торцов.

Подшипниковая стенка из той же стали. В ней сделаны гнезда под подшипники № 1000900 (10X22) коленчатого вала. Крепежные лапки обработаны на фрезерном станке. Стенка крепится на картере винтами М4.

Распределительная стенка тоже из стали 30ХГСА. Впускной канал высверлен, с помощью шарошек ему придана требуемая форма. Крепится деталь так же, как и подшипниковая: четырьмя винтами М4. Можно занизить внутренний торец стенки на 0,5 мм, оставив нетронутым лишь поясок двухмиллиметровой ширины вокруг впускного отверстия и по краю этого торца.

Коленчатый вал выполнен из стали 38ХМЮА, азотирован, термообработан и отшлифован в оправке. Особенностями его являются зубчатым пояс, резьбовые гнезда в валу и пальце кривошипа, конусный вход в гнездо в пальце подвергнут предварительной накатке. Подготовка коленвала заканчивается напрессовкой уплотнительного пояска, одновременно играющего роль дополнительного маховика. Шестерня: Z = 30, модуль — 1.0.

Шатун в обеих головках имеет запрессованные бронзовые втулки, сделанные с одной стороны (внешней при движении модели по кольцевой дорожке кордодрома) с буртиком.

Золотник представляет собой фигурную шлифованную пластинку из легированной стали толщиной 0,4—0,5 мм. К ней приварен фланец, конус которого прижимается винтом М3,5 к накатанной поверхности гнезда в пальце кривошипа. При сборке двигателя добейтесь того, чтобы между золотником и торцом распределительной стенки остался зазор, равный 0,08—0,1 мм.

Поршневой палец облегчен высверливанием, термообработан и отшлифован. Материал — ШХ15.

Поршень предельно облегчен. Большие выемки в юбке предназначены не только для уменьшения веса, ко и для эффективного охлаждения потоком поступающей в картер свежей смеси. Резьбовое кольцо, фиксирующее вставку с пальцем и шатуном, одновременно предохраняет палец от осевого перемещения. Максимальное облегчение поршневой группы позволяет сделать центробежные нагрузки продольно малыми, повысить рабочую частоту вращения мотора и ограничить вибрации. Балансировка осуществляется запрессовкой в щеку кривошипа пробок из сплава типа ВНМ. Материал поршня — Ал-26.

Гильза из латуни ЛС-62. Рабочая поверхность (зеркало) хромирована и притерта. В стальную рубашку вставляется свободно.

Головка для уменьшения напряжений в гильзе сделана навертывающейся на рубашку. Отличается от обычных конструкций сравнительно мощными радиальными ребрами охлаждения и вихреобразующими канавками на внутренней поверхности. Выполнена на материала АК4-1Т.

Рис. 5. Мотоустановка с ведущим мостом и колесами:

1 — колесо с наваренной резиной и вклеенными бальзовыми бобышками, 2 — зубчатое колесо, 3 — шпонка, 4 — ось ведущих колес, 5 — щека, 6 — промежуточная шестерня, 7 — затяжной болт, 8 — шайба-винт, 9 — колончатый вал, 10 — подшипниковая стенка, 11 — уплотнительное кольцо, 12 — рубашка цилиндра, 13 — цилиндр, 14 — головка двигателя, 15 — шатунно-поршневая группа в сборе, 16 — жиклер, 17 — распределительный диск, 18 — штифт, 19 — распределительная стенка, 20 — картер, 21 — затяжной болт, 22 — вилка, 23 — распорная втулка, 24 — опорная шайба, 25 — плечо амортизатора.

Рис. 6. Мотоустановка с двухопорным коленчатым валом двигателя и одноступенчатым редуктором (лепестковый клапан всасывания установлен на стенке бустерного канала).

Ведущий мост не отличается от обычных. Вилка (30ХГСА) максимально облегчена и имеет бронзовые втулки.

Подшипники ведущей оси — № 1000098 (8X19). Такой же и в промежуточной шестерне. Ее ось, одновременно служащая пальцем навески вилки, изготовлена из стали, при сборке запрессована в ушко картера. Имеет с обеих сторон гнезда под фиксирующие болты.

Шестерни — из стали 40Х. Твердость после цементации и калки 45НRС. Промежуточная Z=40, а ведомая Z = 45. Ширина венца во всех случаях равна 4,3 мм.

Ведущие колеса облегченной конструкции, дюралюминиевые, с навулканизированной резиной. На ступицах крепятся винтами. Окна облегчения распилены и после балансировки колес заклеены бальзовыми пробками, что значительно уменьшает возмущения, вносимые в обтекающий поток.

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

Рама (поддон) фрезеруется из бруска дюралюминия (Д16Т). Отличается относительно большой по сравнению с размерами всего кузова высотой. Это позволяет сделать ее более жесткой и хорошо оформить крепление двигателя. При обработке рамы особенно внимательно отнеситесь к посадочным местам мотоустановки: выемка под подшипниковую стенку и отверстие под шпильку распределительной стенки. Из материала поддона вытачивается и воздухозаборник для карбюратора. Щель между ними неплохо загерметизировать. Это обеспечит полное использование анергии набегающего потока для наддува двигателя. она не такая маленькая — скоростной напор при достижении моделью 300 км/ч равен 0,04 атм. Хотите представить себе, что это за давление? Тогда попробуйте зажать рукой выходное отверстие домашнего пылесоса — напор там такой же.

Верхний обтекатель (кузов) выдолблен из липы и оклеен со всех сторон Стеклотканью толщиной 0,2 мм на эпоксидной смоле. Канал для подвода к головке мотора охлаждающего воздуха выполнен из трех слоев такой же стеклоткани на пенопластовой оправке и вклеен в кузов.

Передние колеса ножевидной формы делаются по обычной технологии. Отличительная черта их — малый диаметр и достаточно большое расстояние между ними. Первое позволяет аэродинамически грамотно решить носовую часть модели (наиболее важную в отношении обтекания) и уменьшить вес неподрессоренных деталей, хотя и предъявляет повышенные требования к резине. Второе дает возможность, как ни странно, избавиться от лишнего сопротивления воздуха. Дело в том, что близко расположенные колеса приводят во вращение весь кольцевой слой потока, находящийся между дисками. Результат такой же, как если бы мы поставили одно носовое колесо, но с шириной беговой дорожки, равной расстоянию между дисками.

Передний мост — обычная вилка маятникового типа с расточенными гнездами под подшипники № 1000095 (5X13). Внимательно отнеситесь к подбору материала амортизатора. От сечения и эластичности резины, из которой он сделан, зависит работа всего моста на различных по качеству покрытиях кордодромов.

Бак объемом 80 см3 спаян из жести толщиной 0,4 мм. Он устанавливается на резиновых прокладках, резко уменьшающих вспенивание топлива. Остановочное приспособление работает по принципу защелки, пережимая резиновую питающую трубку.

Амортизатор ведущего моста обычного пружинного тина. Необходимо предусмотреть возможность регулировки затяжки самой пружины — это пригодится вам при отладке «снаряда».

Обратите внимание еще на две характерные детали. Первая — воздухозаборник расположен с внутренней стороны модели, а выхлопной канал резонансной трубы загнут во внешнюю. Это сделано для того, чтобы попытаться избежать прохождения дистанции в спутной струе выхлопных газов. Ведь наш «снаряд» оказывается на одном и том же месте через считанные доли секунды! А попадание выхлопных газов в воздухозаборник никак нельзя счесть полезным. Второе — на модели нет маховика. Расчеты показали, что для нормальной работы вполне достаточно имеющихся вращающихся деталей. Так что, если вас беспокоит малый вес этого микроавтомобиля, для увеличения сцепления колес с дорожкой используйте дополнительную загрузку.

В заключение хотелось бы обратиться к тем, кто не боится экспериментировать. Мы хотим предложить схему с передними ведущими колесами. Использовав горизонтально расположенный двигатель с раздвоенной в районе этих колес (или плавно огибающей их) резонансной выхлопной трубой, можно резко улучшить аэродинамику модели. Сжатые передние ведущие колеса закрыты спереди снизу клиновидным рассекателем воздуха, их большая часть находится внутри кузова, а выступающий верх закапотирован хорошо обтекаемым «фонарем» самолетного типа. Это позволяет сделать площадь миделя еще меньше при удачной эллиптической форме сечения. Полностью закрытые колеса не будут перемешивать набегающий воздух даже своими боками и создавать вихревой след, в котором скрывается вся хвостовая часть модели, сводя на нет влияние ее формы на величину общего аэродинамического сопротивления. А ведь на создание такого вихревого «хвоста» затрачивается немалая энергия! Если же колеса закрыты и лишь незначительная часть их встречает набегающий поток своими прямоугольными «лбами», имеет смысл сделать зализанной и заднюю часть кузова. Кстати, такая схема модели обладает еще одним преимуществом: у нее нет склонности поднимать нос, отрывая колеса от дорожки кордодрома.

Определенный интерес представит и необычная мотоустановка с использованием наиболее перспективной конструкции коленвала — двухопорной. Достоинство такого мотора — объем картера может быть уменьшен до минимума, что обеспечит наиболее рациональную форму перепускных каналов. Если же вы считаете, что в этом нет никакой необходимости, то сделайте длиннее шатун: таким образом уменьшатся по сравнению с общепринятыми моторами боковые нагрузки на поршень. Всасывание пойдет через лепестковый клапан, заканчивающийся в полости бустерного канала. Кроме того, при незначительном увеличении колеи можно перейти к одноступенчатому цилиндрическому редуктору, полностью использовав преимущество таких шестерен. Выигрыш при мощности мотора в 3 л. с. по сравнению с коническими редукторами составит чуть ли не 0,1 л. с.! Правда, здесь не обойтись без маховика, так как масса и число вращающихся элементов малы. Однако выполнить его просто — надо на щеку кривошипа напрессовать кольцо, выточенное из сплава типа ВНМ, имеющего большой удельный вес.

В. ТИХОМИРОВ, мастер спорта СССР