«РИЗЕР» С РУССКИМ АКЦЕНТОМ

История создания и развития новой радиоуправляемой модели планера не совсем обычна. Взять хотя бы причины, побудившие взяться именно за эту машину. Главными стали… своеобразный дух противоречия и одновременно уверенность в собственных конструкторских силах. Все остальное — доступность, технологичность, эксплуатационные и летные качества аппарата — определялось позже, уже в процессе проектирования и постройки модели, и, по сути, стало лишь следствием первоначального решения. О том, к чему это привело, вы узнаете из предлагаемого материала. А сейчас можно выразить уверенность, что история двухлетней экспериментальной работы окажется не только интересной для «радистов» среднего уровня, но и более чем полезной. Ведь множество конструкторских приемов, найденных в данной разработке, с успехом может быть перенесено на любую другую авиамодельную технику.

В качестве первоначальной точки отсчета нужно признать публикацию в итальянском журнале «Эко-Модель». В ней рассказывалось об опыте переделки весьма популярной модели планера известной американской фирмы СИГ в электролет. Возможно, в ином случае «Ризер» — так называется этот планер — и не привлек бы внимания, так как машин подобного типа на Западе выпускается немало, если бы… в статье он не классифицировался как «экстремально легкий». Именно это и послужило запалом для взрыва конструкторского энтузиазма.

Упомянутая статья (довольно большого объема) сопровождалась множеством фотографий построенного электролета и, главное, уменьшенными до половины журнальной страницы сборочными чертежами исходного планера. Конечно, оригинал этих чертежей, комплектующий каждую набор-посылку, выполняется в натуральную величину. Но и уменьшенная копия благодаря высокому качеству печати позволяла разобраться в мельчайших деталях. Поэтому, высчитав масштаб для прорисовки «Ризера» (он относится к условному подклассу «двух-метровиков»), можно было начинать работу.

В «Эко-Модели» приводился ряд технических данных, из которых получалось: на собственно планер приходится всего лишь 450 г массы. Это в комплекте с двухканальным «бортом» (приемник, две микромашинки и блок аккумуляторов объемом 0,45 А*ч) дает общий взлетный вес в пределах 650—660 г. Может показаться: при площади крыла 39 дм2 и двух метрах размаха «Ризер» действительно экстремален по своим весовым параметрам. Но упомянутый дух противоречия и манящая цель авиационного конструкторского идеала — при заданных габаритах и нормах прочности облегчить все до предела — не давали возможности оставить все так, как есть. И в результате размышлений появилось решение: для сравнимости результатов полностью сохранить внешние обводы «Ризера», а силовую схему пересмотреть в соответствии с собственными представлениями о прочности, весе и технологичности.

Итогом прорисовок стал планер с новым фюзеляжем, измененным крылом и хвостовым оперением, близким к исходному. Выигрыш по массе (а заодно и по технологичности и количеству использованной, дефицитной в наших краях, бальзы!) на крыле получен за счет следующего. Бальзовая рейка передней кромки уменьшена по сечению с 10×12 мм до 4,5×9,5 мм (при постоянном по размаху сечении выигрыш составляет примерно 9 г при плотности бальзы 0,1 2 г/см , эта же величина плотности введена и во все последующие расчеты). Обшивка лобика снизу ликвидирована. Оставлена только верхняя, которая утолщена до 2,5 мм с одновременным снижением ширины. Таким образом жесткая часть лобика теперь занимает 15 мм длины хорды против примерно 20—22 мм на прототипе. На летных характеристиках такое изменение отозваться не может. Зато выигрыш по массе составляет около 10 г. Сразу же отметим: вместо двух развитых по площади клеевых швов теперь один, причем очень узкий. Далее: ликвидированы все окантовки нервюр и компенсационные накладки на сосновых полках лонжеронов (общий выигрыш 9,5 г без учета клеевого шва протяженностью 10,4 м!). Задняя кромка заужена ровно вдвое, что допустимо с точки зрения прочности при тщательном отборе бальзы и установке косынок на хвостиках нервюр с катетами 12 и 20 мм, выполненными из бальзы толщиной 2 мм (выигрыш по кромке 15,5 г, проигрыш на косынках 1,3 г). Кстати — косынки не только улучшают прочность соединения кромки с нервюрами, но и поддерживают бесполочные нервюры от прогиба. Знание теории работы крыла на изгиб позволило пересмотреть и лонжеронную часть. Теперь вместо сосновых полок постоянным сечением 3,2×6,4 мм в центроплане установлены вверху полки 3,5×5,5 мм и внизу 3,5×3,5 мм, а на ушках — 2,5×5,5 мм вверху и 2,5×3,5 мм внизу при использовании высококачественной тяжелой прочной сосны. Выигрыш по массе 13 г. Желание создать легкую и притом высокопрочную конструкцию заставило, в отличие от прототипа, ввести на всем размахе крыла стенку лонжерона. В основном она выполнена из пластины пенопласта ПХБ толщиной 1,5 мм. Этот материал, по плотности соответствующий хорошей бальзе, в данном применении представляется более выигрышным, так как не имеет склонности к растрескиванию вдоль волокон. В коренной межнервюрной секции каждой консоли стенка — из фанеры толщиной 2 мм, а в двух прилежащих — из полуторамиллиметровой и миллиметровой фанеры. При этом, если все детали стенок отдельные и вклеиваются между нервюрами, то коренная — одна на обе половины крыла (она соединяет полки лонжерона консолей при неразъемном крыле). Сростка лонжерона в местах перехода центроплана в «ушки» сделана в соответствии с чертежами планера-прототипа. В центре же массивная фанерная вставка (ее вес более 10 г) упразднена в пользу узких пластин из полуторамиллиметровой фанеры, которые врезаются и приклеиваются к сосновым полкам спереди и сзади от лонжерона после сборки всего крыла. Ширина пластин соответствует высоте полок и равна 3,5 мм, их форма повторяет угол V крыла, а размах равен примерно 555 мм впереди и 253 мм сзади лонжерона. Таким образом лонжерон значительно усилен, особенно в наиболее напряженных корневых сечениях несущих плоскостей. Для информации: масса пластин-накладок равна 6,8 г, масса стенок из пенопласта — 3,2 г и из фанеры — 7 г. В общей сложности на стенках и соединительных вставках получается потеря 4 г против предложенной в исходном варианте неудачной схемы, включающей частичную накладную стенку из бальзы. Дополнительно примерно 7 г потеряно на переходе от нервюр толщиной 1,6 мм к 2,2 — 2,3 мм.

Обшивка центральной зоны сохранена без изменений, законцовки также. Расчетный общий выигрыш по массе составил 44,7 г по материалу отдельных частей. Сборка проводилась путем проливки швов на собранных насухо на стапелях каркасах (по отдельности два центроплана и два «ушка»). Смола марки К-153 перед нанесением разводилась этиловым спиртом для небольшого снижения вязкости. Контроль за впитыванием велся до полной желатинизации. Смола по мере ухода в поры и щели наносилась дополнительно для образования во всех углах «галтелей» радиусом около 2 мм. Излишки перед желатинизацией удалялись «шаблоном» из кольцевой головки обычной булавки.

Такая технология сборки необычна и более трудоемка. Зато она дает просто удивительные результаты по прочности на всех древесных материалах, не говоря уже о бальзе. Временные затраты невелики — сборка одной секции ведется за один замес смолы. После съема с каркаса остается лишь дополнительно пролить недоступные участки стенки лонжерона и установить косынки хвостиков нервюр, причем по той же технологии.

Некоторые скажут, что «смоло-галтельная» методика несопоставима со столь облегченными конструкциями. Чтобы четко ответить на возможные вопросы, количество использованного связующего тщательно учитывалось. В итоге оказалось, что на полную сборку четырех секций крыла пошло 3,85 см3 смолы, что при ее плотности 1,8 г/см3 дает почти 7 г массы. Если учесть, что выигрыш по надежности и прочности не имеет равных, то дальнейших комментариев к данной технологии не потребуется. Тем более если еще вспомнить, что часть использованной смолы срезалась при окончательной профилировке крыла.

Собранные и зачищенные секции оказались на удивление легкими — все четыре имели общую массу 70 г! Конечно, сращивание и обшивка центральной зоны, а также пленочная лавсановая обтяжка крыла площадью 39 дм2 привнесли свои поправки. Но и конечный результат оказался восхитительным — 130 г! Это-то при размахе практически в два метра…

Когда красивое «пуховое» изделие(обтянутое по центроплану оранжевым лавсаном толщиной 30 мкм и по «ушкам» коричнево-вишневым, в полтора раза более тонким) немного отлежалось, оно было тщательно осмотрено, после чего для предотвращения замятии от ударов на размахе около 100 мм часть передней и задней кромок были вырезаны и заменены твердыми липовыми вставками. Выправление крыла не принесло проблем, как и задание отрицательных круток порядка 4 мм по концам «ушек». По оси крыла в переднюю кромку вклеен штырь из алюминиевой спицы Ø 4мм, а вблизи задней — деревянный фигурный штырь под короткое резиновое кольцо.

Надо отметить, что эксплуатационные свойства модели очень во многом зависят как от качества приклейки лавсановой пленки, так и от надежности удержания на ее поверхности штатного слоя прозрачной краски (ведь, по сути, мы приклеиваем не сам лавсан, а краску!). Случайные отслоения обшивки нередко могут создать аварийные ситуации или, в лучшем случае, вызвать поломку потерявших устойчивость нервюр. Во всех поперечных деталях каркаса крыла полезно выполнить отверстия-отдушины, через которые будет выходить воздух, нагревшийся и расширившийся в процессе натяжения обшивки горячим утюгом.

Следующим этапом стало оперение. Оно, как и крыло, собиралось на стапелях. Рейки по толщине завышались до 5 мм, чтобы после зачистки получилась заданная величина 4,8 мм. Изменения против прототипа: прямые промежуточные «нервюры» сделаны из таких же реек, как и раскосы, а также применен разъемный, а не глухой монтаж на фюзеляже. Последнее было вызвано тем, что еще при сборке отдельных элементов оперения они показались переослабленными. Съемный вариант должен был обеспечить удобство ремонта. Впоследствии это оказалось полностью оправданным, так как даже при идеальных посадках не всегда спасал даже развитый фальшкиль под фюзеляжем. Стабилизатор с килем соединен намертво, причем стык усилен сквозной проволокой-штырем в передней части и трубчатым грибком с резьбой М2 — в задней.

Как упоминалось, наибольшие изменения претерпел фюзеляж. Гонка за снижением веса привела не только к отказу от фанерных дублирующих панелей бортов, но и к ферменной схеме хвостовой части. Вся зона перед крылом решена (как наиболее нагруженная при любых посадках) в виде жесткого неразъемного кессона с бальзовыми бортами (подкрепленными от растрескивания шпангоутами и сосновыми раскосами) и обшивками верха и низа из миллиметровой фанеры. Сборка — на эпоксидной смоле, также со значительными «галтелями». Для улучшения внешнего вида установлен в общем-то больше ни для чего не нужный фонарь (из отрезка пластиковой банки из-под шампуня — о таком приеме писалось в одном из старых номеров «М-К»). По углам силовой части фюзеляжа проведены сосновые рейки-стрингеры, переходящие в хвостовой части в «ниточки» сечением 2×2,5 мм. Вообще задняя часть даже после скрупулезных расчетных проверок на прочность казалась более чем сомнительной. Однако было решено для чистоты эксперимента воспроизвести именно такой облегченный вариант, чтобы потом при необходимости его усилить. Надо отметить, что верхняя и нижняя обшивки хвостовой части — чисто декоративные, так как выполнены из легчайшей бальзы (плотность не более 0,8 г/см3) при толщине до 1,5 мм. Установлены они не из соображений прочности, а для облегчения обтяжки лавсановой пленкой в зоне фор-киля и нижнего фальшкиля. Аппаратура ставится в следующей последовательности: в «шахту» носовой части вставляется блок аккумуляторов, затем вводится завернутый в поролон приемник и лишь затем монтируются рулевые машинки. С рулями их соединяют тяги из алюминиевой жесткой проволоки Ø 2 мм, проходящие через специфичные направляющие — отрезки соломин подходящего размера длиной примерно по 10 мм. Сверху соломины ошкурены, обмотаны тонкими нитками и заклеены в шпангоутных деталях с шагом по длине фюзеляжа не более 130—140 мм. Тяги абсолютно прямые, имеют изгибы лишь на законцовках и в местах выхода из фюзеляжа. Необычный выбор материала для направляющих оправдан тем, что по шероховатой поверхности алюминиевых электродов (а именно из них и сделаны тяги) внутренний слой соломенной трубки скользит практически без сопротивления. В результате достигается идеальный эффект — при отсоединенных рулевых машинках и незажатых шарнирах подвески рули даже под действием своего более чем незначительного веса легко опускаются (люфтов в сочленениях практически нет!). Так, и только так должно быть на любой модели, независимо от ее «весовой категории» и максимального тягового усилия машинок. Несоблюдение данного условия ведет к неточному возвращению рулей в нейтраль, особенно после небольших отклонений. Об этом, к сожалению, забывает большинство не только начинающих «радистов», но и маститых спортсменов. Между прочим, даже столь популярные фирменные «боудены» изначально не способны обеспечить легкий ход! При размышлениях на эту тему постарайтесь учесть, что большинство типов аппаратур при малых ходах машинок развивают также малые усилия ввиду незначительного рассогласования управляюще-согласующих сигналов. Тогда станет ясно, что вопросы потребных усилий имеют под собою иную, чем принято судить, почву.

Те, кому это больше понравится, могут для удобства собирать фюзеляж на стапелях из двух частей, стыкуемых под задней кромкой крыла лишь при финишном монтаже. Хвостовая ферма при всей ее внешней замысловатости на деле очень технологична. Дело в том, что в отличие от принятых методик распорочно-раскосные элементы здесь не вгоняются между стрингерами, а клеятся внакладку. Так удается избежать трудоемкой подгонки деталей (припуски сошкуриваются после снятия бортовых ферм со стапеля) и добиться хорошего внешнего вида готового изделия: теперь через пленочную обшивку не проступает частый набор. Для того чтобы избавиться и от вида «сетки» на просвет, ферма с бортов обтянута тонкой писчей бумагой, какая идет на вторые экземпляры при машинописи. «Грязно-бежевый» ее оттенок близок к цвету бальзы. Бумага приклеена по контуру на клее БФ-2 и для натяжения легко проэмаличена. После полной обтяжки фюзеляжа коричнево-вишневым лавсаном создается впечатление монолитной цельнодеревянной конструкции.

Готовый отделанный фюзеляж имеет массу всего 115 г. В итоге весовая сводка выглядит следующим образом: крыло — 130 г, фюзеляж — 11 5 г, хвостовое оперение со всеми узлами крепления и управления — 28 г, всего 273 г! Таким образом, можно считать, что в нашем случае дух противоречия сыграл позитивную роль и собственные конструкторские амбиции полностью удовлетворены. Ведь удалось облегчить фирменный прототип в два раза! Теперь дело было за решающими экспериментами и проверками на прочность в реальных полевых условиях.

Сразу же отметим, что на испытаниях модель намеренно не щадили, и досталось ей немало. Крыло, как и ожидалось, выдержало все летные и посадочные нагрузки. Но все же после одной жесткой «штопорной» посадки пришлось ремонтировать заднюю кромку в одном месте вблизи фюзеляжа. Как выяснилось во время ремонта, виной тому был дефект древесины. Поэтому при малейших сомнениях в ее качестве для полной гарантии и «бесперебойной» надежной эксплуатации подобного легчайшего крыла можно рекомендовать усилить кромку по ее переднему торцу подклейкой соснового стрингера размахом порядка 400 мм.

Фюзеляж, несущий аппаратуру типового необлегченного класса (масса «борта» с двумя рулевыми машинками около 300 г), требовал лишь бережного обращения в зоне мягкой обшивки хвостовой балки. К этому нужно просто привыкнуть; ведь солидный внешний вид иногда сбивал с толку не только незнакомых, но поначалу и самого изготовителя модели. Все — подчеркиваем, все без исключения — летно-посадочные нагрузки фюзеляж выдержал вообще без единой поломки. Но один незапланированный уникальный «эксперимент» окончательно убедил в сверхнадежности переработанной конструкции. А дело было так. Новая, в общем-то весьма удачная схема крепления крыла, хорошо защищающая модель в экстремальных ситуациях и четко фиксирующая крыло относительно фюзеляжа, однажды все же подвела. Скорее всего это было вызвано лопнувшим резиновым кольцом (использовались обрезки велокамер), имеющим либо надрез, либо трещины от старения. В результате сразу же после катапультного схода с леера (длиной около 100 м) крыло отделилось от модели и начало медленно спускаться, вращаясь примерно вокруг лонжерона. А фюзеляж принял четко вертикальное положение и со свистом пошел к земле. Зрелище было действительно уникальное: иглообразное сверхобтекаемое тело длиной около метра с эффектным оперением — на пикировании с высоты 100 м! Попробуйте сами спрогнозировать результат подобной «посадки» даже для высокопрочной стандартной конструкции. В нашем же случае оказалось (хотя в это и трудно поверить), что… требуется лишь стереть грязь, вновь пристегнуть крыло — и можно спокойно продолжать полеты. Это-то после того, как фюзеляж, весящий вместе с аппаратурой 400 г, вошел в землю более чем на 200 мм! Подробный анализ результатов «эксперимента» дал однозначный вывод: грамотное решение жесткого кессонного носа в комплексе с достаточно прочным, но очень легким хвостом дает «неистребимый» вариант. При любых ударных нагрузках уровень прочности намного выше уровня инерционных нагрузок. Таким образом, подобный фюзеляж может быть разрушен только при вертикальном падении на хвост. А это слишком маловероятно.

Хвостовое же оперение, увы, оказалось наиболее ущербным узлом. За два года эксплуатации модели поочередно и неоднократно ремонтировались все кромки киля и стабилизатора, несмотря на дополнительные вставки в каркас последнего (они показаны на рисунках фюзеляжа) и усиления корневой части киля металлическими элементами крепления. Вывод один: необходимо вообще пересмотреть прототипную силовую схему оперения, хотя бы при сохранении исходной массы.

На взлете новый «Ризер» ведет себя устойчиво, легко забуксировывается практически в зенит. Надо отметить, что, несмотря на облегченную конструкцию, крыло при запуске выдерживает любые натяжения леера, доходящие до разрывных при диаметре нейлоновой лески 0,6 мм.

Сверхмалая нагрузка на несущие поверхности, находящаяся в пределах 13 г/дм2 (расчет только по площади крыла), позволила добиться небольшой скорости полета при парении. Однако общее аэродинамическое качество модели нельзя признать выдающимся. С леера длиной 150 м новый «Ризер» в атермичных условиях при аккуратном пилотаже налетывает около 4 мин. Возможно, это обусловлено малым числом Рейнольдса, доходящим на концевых сечениях крыла до 4900 при температуре воздуха 25°С. Весьма вероятно, что планер с подобной нагрузкой и профилировкой крыла нуждается в установке турбулизаторов. Но и так в любом случае заслуживают похвалы устойчивость полета на всех режимах, хорошая управляемость и отзывчивость на сигналы передатчика, а также широкий диапазон скоростей полета. В отличие от четко устоявшегося у нас и за рубежом мнения облегченную модель при желании можно без всяких опасений вводить в затяжное вертикальное пикирование. Прочности и крутильной жесткости крыла вполне достаточно для любых режимов, вплоть до ряда «крутых» петель.

Как ни странно, для нового «Ризера» несущественна проблема угона сильным верховым ветром. Судя по всему, после выхода из режима парения и набора скорости, с ростом числа Рейнольдса качество планера повышается, и в результате «проницаемость» модели через ветер становится вполне удовлетворительной. Термические же потоки модель чувствует великолепно.

В заключение расскажем о том, какая судьба постигла новый «Ризер» в дальнейшем. После двух лет экспериментов планер, естественно, надоел, «приелся». Поэтому вначале было разрезано крыло по оси и выполнен разъемный узел, основанный на единственном штыре-байонете из проволоки ОВС 0 4 мм: транспортабельность модели резко возросла (крепление крыла на фюзеляже при этом осталось без изменений). Вскоре после этого машина стала мотопланером. Носовая часть укорочена, и без усиления бортов внутри нее смонтированы бак и роторы под микродвигатель МК-17. Ставшая передней, центровка позволила соответственно увеличить вес хвостовой части. Поэтому вместо ущербного исходного установлен цельноповоротный стабилизатор уменьшенной площади (каркас из сосновых реек; масса 15 г), а бальзовый киль с рулем поворота заменен аналогичным сосновым.

Даже в таком варианте планер оказался непривычно легок — при первых же полетах возникла проблема избытка мощности. Решение нашлось в использовании воздушного винта 230×1 20 фирмы «Термик». Несмотря на изготовление эффектного трехстоечного шасси, большинство запусков производилось с рук: при такой модели это просто удовольствие. Даже недоработанный отечественный моторчик со столь тяжелым воздушным винтом заводится буквально с первого удара, а сам мотопланер можно не выталкивать вперед с большой скоростью, а… лишь, подняв над головой и поставив под углом 15 — 20° к горизонту, просто разжать пальцы!

В качестве подарка теоретикам и практикам-планеристам расскажем еще об одной интересной «чудновинке», проверенной на новом «Ризере». Довольно давно чисто умозрительно был сделан вывод, явно не сходящийся со всеми опубликованными и устными рекомендациями: точка крепления буксировочного крючка никак не связана с расположением центра тяжести модели (!), а обязана соотноситься исключительно с аэродинамическим фокусом всего аппарата. Причем имеет значение и высота САХ над фюзеляжем. Так вот, однажды, в пылу экспериментаторской деятельности прямо в поле, нос планера был загружен так, что центр тяжести оказался смещен вперед и зашел заточку крепления буксировочного крючка на целых 35 мм. Броски с руки дали требуемые результаты, и для проверки «крамольной» идеи планер без всяких переналадок пошел на взлет на леере. Единственное, что потребовалось — немного поддержать модель на начальной фазе рулем высоты. В остальном же взлет прошел без проблем! Стабильность поведения на леере полностью сохранилась — что и требовалось доказать. А выводы делайте теперь сами.

В. КИБЕЦ, инженер-конструктор