РАДИОУПРАВЛЯЕМАЯ МОДЕЛЬ ВЕРТОЛЕТА

В последнее, время в авиационном моделизме широкое распространение получили летающие модели, управляемые по радио, в том числе вертолеты. Впервые такую модель продемонстрировал в 1959 году на Всесоюзных соревнованиях С. Воробьев. Для управления полетом он применил принцип изменения центровки аппарата. Спустя год на первенстве страны в Куйбышеве появился вертолет В. Борисова с аэродинамическим приводом ротора. В 1964 году на матчевой встрече спортсменов Москвы и Ленинграда он же представил построенную по схеме Б. Юрьева новую модель с рулевым винтом. Однако машина была «сырой» и, к сожалению, так и осталась незаконченной.

В течение ряда лет и автор статьи В. Слепков работал над созданием радиоуправляемой модели вертолета. В 1977 году она была построена и совершила ряд удачных полетов продолжительностью в несколько минут, несмотря на сравнительно малую мощность двигателя.

Известные зарубежные модели вертолетов, как правило, тяжелы, поскольку имеют сложную систему управления — отсюда потребность в мощном (до 10 см³) двигателе. Преимущество же модели Слепкова в ее простоте. Она может выполнять управляемые развороты, несмотря на ограниченное число команд, и имеет двигатель 2,5 см³.

Рис. 1. Схема модели вертолета.

Рис. 2. Лопасть винта:

1 — стабилизирующие грузы, 2 — рычаг, 3 — лопасть, 4 — стабилизаторы, 5 — втулка.

Модель доступна широкому кругу авиамоделистов.

РАСЧЕТ ТЯГИ ВИНТА. Постройку любой модели начинают с выбора основных параметров и определения мощности двигателя. Затем можно перейти к определению тяги винта. По формуле Н. Е. Жуковского для режима висения она вычисляется следующим образом:

Т = (33,25 • N • D • η₀)2/3,

где N — мощность двигателя в л. с.;

D — диаметр винта в метрах; η₀ — относительный КПД несущего винта.

За вычетом потерь (40%) на вращение рулевого винта, вентилятора и собственно редуктора мощность двигателя для работы несущего винта составляет 0,15 л. с.

Значение относительно КПД последнего может достигать 0,7—0,75, а с учетом ухудшения аэродинамики винта из-за стабилизирующих грузов и стабилизаторов — 0,6.

Подставляя эти параметры в формулу, определяем тягу:

Т = (33,25 • 0,15 • 1,94 • 0,6)2/3 = 3,3 кг.

Однако при горизонтальном полете она может возрасти от снижения индуктивного сопротивления. Это подтверждают летные испытания. При двигателе, отрегулированном на максимальную мощность, скороподъемность модели достигает 1—1,5 м/с. При дросселировании двигателя модель совершает горизонтальный полет.

НЕСУЩИЙ ВИНТ модели состоит из трех лопастей. Каждая из них (рис. 2) может поворачиваться во втулке относительно оси, проходящей через линию фокусов, то есть имеет осевом шарнир. Установка угла ее атаки в полете происходит автоматически с помощью стабилизирующего груза, который тягой (капроновая леска Ø 0,5 мм) связан с валом. При малом вращении ротора стабилизирующий груз опускается и уменьшает тем самым установочный угол лопасти, выравнивая роторную скорость.

При отклонении плоскости ротора они циклически изменяют установочные углы лопастей и возвращают ротор в прежнее положение. Для демпфирования колебаний относительно осевого шарнира на ней установлены стабилизаторы, которые, кроме того, улучшают переход модели на режим авторотации.

Профиль лопасти выпукло-вогнутый, переменный — его толщина и вогнутость уменьшаются к концу. В наиболее широком месте (сечение А — А) относительная толщина составляет 12%, вогнутость — 6%. На конце эти величины соответственно 8% и 4% (сечение Б — Б).

Лопасть изготовлена из бальзы, передняя и задняя кромки — из сосны. Ось стальная Ø 5 мм, вклеена на смоле и зафиксирована стальным штифтом Ø 2 мм. Вращается она во втулке на двух шарикоподшипниках типа 1000065 (наружный Ø 13 мм). Лопасти могут поворачиваться в пределах — 5° — + 40°.

Профиль стабилизатора плоско-выпуклый, с относительной толщиной 8% (сечение В — В), сделан целиком из бальзы удельного веса 0,1 г/см3. Как и лопасть, он оклеен микалентной бумагой, окрашен нитрокраской и покрыт сверху полимеризующимся лаком. Для горизонтального полета на модели установлен автомат перекоса (рис. 3), циклически изменяющий угол установки лопасти по отношению к фюзеляжу.

Рис. 3. Автомат перекоса:

1 — шарикоподшипник, 2 — рычаг, 3 — управляющая тяга, 4 — тяга к стабилизирующему грузу, 5 — вал несущего впита, 6 — стойка, 7 — кожух редуктора, 8 — место установки прокладок для регулировки плоскости автомата перекоса (в пределах 0—10°), Д — диапазон изменения углов установки тяг, идущих к стабилизирующим грузикам во время полета.

Рис. 4. Кинематическая схема редуктора:

1 — двигатель, 2 — маховик-вентилятор, 3 — муфта свободного хода, 4 — вал несущего винта, 5 — направляющие ролики, 6 — ведомый шкив, 7 — ведущий шкив.

Рис. 5. Компоновочная схема фюзеляжа:

1 — центральная часть, 2 — отсек для радиоаппаратуры, 3 — кожух редуктора, 4 — рулевая машинка, 5 — хвостовая балка, 6 — управляющая тяга, 7 — киль, 8 — рулевой винт, 9 — костыль, 10 — задняя стоика шасси, 11 — передняя стойка шасси.

На рассматриваемой модели этот угол — фиксированный, отрегулированный на постоянную горизонтальную скорость полета V = 5 м/с.

Конструкция автомата перекоса базируется на шарикоподшипнике тина 1000903 с внутренним Ø 17 мм и наружным 30 мм. Внешнее кольцо подшипника прикреплено к фюзеляжу на трех дюралюминиевых стойках, установленных под углом 10° к плоскости вращения ротора по курсу полета. Вместе с ротором вращается и внутреннее кольцо с тремя рычагами, соединенными тягами со стабилизирующими грузами, которые циклически меняют шаг лопастей.

РУЛЕВОЙ ВИНТ имеет две лопасти (рис. 1), прямоугольные в плане, шириной 38 мм. Профиль выпукло-вогнутый, толщина в комлевой части 12%, на конце 8%.

Вертолет управляется по курсу изменением шага винта. Среднее значение угла установки лопастей 15°, диапазон изменения угла их поворота — 2° + 12°.

ДВИГАТЕЛЬ И РЕДУКТОР. Двигатель модели с рубашкой охлаждения Ø 40 мм крепится в нижней части фюзеляжа с помощью детали, выпиленной из дюралюминия. На его валу установлены первая шестерня редуктора (рис. 4) и вентилятор.

Редуктор несущего винта — трехступенчатый. Первая ступень выполнена на шестернях с модулем 0,5 мм шириной 6 мм: ведущая — стальная, с числом зубцов Z₁ = 37, ведомая — латунная с числом зубцов Z₂ = 48. Вторая ступень имеет шестерни с модулем 0,6 мм: ведущая — стальная, ведомая — дюралюминиевая, с числом зубцов соответственно Z₃ = 23 и Z₄ = 177. Третья ступень — на шестернях из того же материала, что и вторая. Модуль увеличен до 0,8 мм, число зубцов Z₅ = 20, Z₆ = 100.

Таким образом, общее передаточное отношение друг к другу валов двигателя и несущего винта составит:

і = Z₁/Z₂ · Z₃/Z₄ · Z₅/Z₆ ≈ 1/32 .

Вращение от основного редуктора к рулевому винту передается через кольцевую капроновую нить и два шкива, выточенных из дюралюминия. Ведущий установлен на второй ступени редуктора, ведомый — на рулевом винте. Их диаметры одинаковы. Поскольку последняя ступень редуктора имеет передаточное отношение 1:5, то без учета проскальзывания рулевой винт вращается в пять раз быстрее несущего.

На второй ступени основного редуктора установлена муфта свободного хода, обеспечивающая спуск вертолета при остановке двигателя. Авторотация не нарушает связи между несущим и рулевым винтами, что позволяет управлять курсом модели при снижении.

За время испытаний как на земле, так и в полете двигатель с редуктором проработал около трех часов. При этом потребовалось заменить поршень и шариковые подшипники вала двигателя. Износ шестерен редуктора не превысил допустимой величины.

ФЮЗЕЛЯЖ состоит из двух разъемных элементов: центральной части и хвостовой балки (рис. 5), которые соединены резиновыми нитями. Такое крепление надежно фиксирует положение хвостовой балки в полете и смягчает нагрузки при ударах на посадке. Конструкция набирается из сосновых стрингеров сечением 3X3 мм² в хвостовой балке и 5X5 мм² в центральной части, в которой установлены также 7 шпангоутов из фанеры толщиной 1 мм, усиленных сосновыми рейками сечением 3,5 X 3,5 мм². Место крепления двигателя снизу усилено фанерой толщиной 5 мм. Редуктор своей верхней частью винтами М4X10 мм крепится к боковым брускам сечением 10X6 мм. Его кожух склеен из бальзы толщиной 2 мм.

Все узлы фюзеляжа соединены эпоксидной смолой, что обеспечивает достаточную прочность и надежную защиту от воздействия горючего.

Для размещения приемника и дешифратора впереди фюзеляжа сделан специальный отсек. Передние стойки шасси выгнуты из дюралюминиевых пластин толшиной 2,5 мм, задняя — из двух стальных прополочных стержней Ø 2,6 мм. Центральная часть фюзеляжа обтянута капроном, хвостовая балка — микалентной бумагой.

ЗАПУСК. Модель стартует с рук. Двигатель приводится в действие обычным способом, за маховик-вентилятор. Облегчить запуск можно стартером.

Первый полет надо проводить в штилевую погоду при нейтральном положении кольца автомата перекоса. Время работы двигателя желательно ограничить таймером. При правильном старте вертолет набирает высоту по вертикали со скоростью около 1,5 м/с.

После окончания работы двигателя модель переходит на авторотацию. Для предотвращения вращения фюзеляжа рукоятку управления рулевым винтом на пульте управления отклоняют вправо.

Дальнейшие полеты можно выполнять с отклоненным кольцом автомата перекоса, благодаря чему вертолет может совершать взлет с горизонтальной скоростью и управляться по курсу.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МОДЕЛИ

Диаметр несущего винта, мм — 1940

Ометеемая поверхность, дм² — 294

Вес модели, г — 2950

Коэффициент заполнения несущего винта — 0,065

Диаметр рулевого винта, мм — 480

Полетная мощность двигателя, л. с. — 0,25

Скорость вращения вала двигателя в полете, об/мин — 12 000

Передаточное отношение редуктора от двигателя к несущему винту — 1:32

Передаточное отношение от двигателя к рулевому винту — 1:6,4

Скорость вращения несущего винта, об/мин — 375

Скорость вращения рулевого винта, об/мин — 1875

Вес аппаратуры, установленной на модели, г — 515

В. СЛЕПКОВ, кандидат технических наук, мастер спорта СССР