Метаморфозы "Тимки"
Если хочется сделать что-то хорошее, надо это сделать.
После публикации статьи "Советы начинающим моделистам-конструкторам", которая неожиданно (по крайней мере, для меня) получила некоторый резонанс, мне стали задавать практические вопросы вроде этого: "Вот вы пишете, что разрабатывать модели с чистого листа по книжкам – дело бессмысленное, что конструировать надо на основе прототипа. А как конкретно это делается? Пример приведите".
Ну, во-первых, насчет бессмысленности я ничего такого не говорил, а что касается примера, то вот, пожалуйста – пример.
Но имейте в виду, творческий процесс – процесс сугубо индивидуальный. И если я строю свои самолеты приблизительно так, как описано ниже, то у вас могут быть совсем другие подходы. Это всего лишь пример.
Пролог
Достал я как-то КМД-2,5, который лежал у меня без движения лет 15. Завел. Работает, блин… И хорошо работает. Дай, думаю, построю под него учебно-тренировочную модель. Простую, без наворотов, для души, ну и моторчик чтобы был при деле. "Изобретать велосипед" не стал, пошел в магазин и купил "Тимку". Я и в голове не держал, чем эта затея обернется. А обернулась она серией самолетов на тему "Тимки" под моторы небольшой кубатуры. Я ее называю "Гороховой серией". Почему гороховой? Да потому, что обтянуты все эти модели, начиная с прародителя "Тимки", пленкой в серебристый горошек на зеленом фоне. Выбрана такая расцветка была прикола ради, но оказалось, что модели прекрасно видны в небе и имеют веселый, праздничный вид.
В серии, кроме самого "Тимки", еще два самолета – "Гороховая рамка" и "Гороховый вертолетный хвост" или сокращенно "Вертихвост".
Гороховая рамка
|
Вертихвост
|
Названия "Гороховая рамка" и "Гороховый вертолетный хвост" связаны с особенностями конструкции самолетов. Ну, "Рамка" она и в Африке рамка, а вот у "Вертихвоста" хвостовая часть фюзеляжа действительно сделана из хвостовой балки вертолета.
Классификация хоббийных RC моделей – вещь весьма условная. По мне, так все модели, что не для соревнований – учебно-тренировочные. Однако в последние годы в авиамоделизме сформировался и стремительно развивается класс моделей, предназначенных исключительно для хобби. Это паркфлаеры. Паркфлаер должен иметь небольшой размер, взлетать с рук, иметь презентабельный внешний вид и красиво летать.
Раньше паркфлаерами я никогда не занимался, но когда "Вертихвост" был на стапеле, я вдруг обнаружил, что он вполне подходит под это определение. Получается такая штука – "Рамка" задумывалась как типичный учебный самолет, а "Вертихвост" из учебки превратился в паркфлаер. Говорить, что оба самолета являются модификациями "Тимки", нельзя. Но "Тимка" дал толчок, поэтому для меня "Рамка" и "Вертихвост" всегда будут самолетами из серии на тему "Тимки".
Принимаясь за эту статью, я долго думал, какой самолет описывать. С одной стороны, статья адресована моделистам, делающим первые шаги в проектирования своих собственных самолетов. В этом смысле "Рамка", как самолет более простой, предпочтительней. Но с другой стороны, в "Вертихвосте" заложено несколько конструктивных идей, которые могут показаться интересными не только начинающим. Я выбрал "Вертихвоста", он и будет главным героем статьи. Но "Рамка" тоже не останется за кадром. Очень много у этих самолетов общего, а в аэродинамическом смысле "Рамка" с "Вертихвостом" и вовсе близнецы-братья.
Тимка
"Тимка" как таковой - самолет хороший. Простой и летает хорошо. А вот kit Тимки…. Наш он, кит, отечественный. Главное его достоинство – относительная дешевизна по сравнению с зарубежными аналогами, а в остальном - убогость в лучших советских традициях. Но есть от наших китов и польза - они способствуют развитию творческой мысли. Например, построить "Тимку" именно так, как задумал автор, совершенно невозможно. Во-первых, свою задумку он удачно замаскировал примитивным чертежом и полным отсутствием каких бы то ни было инструкций. Во-вторых, некоторые технические решения просто изумляют, и повторить их – рука не поднимается. Например, как вам нравится решение применить зашивку крыла от лонжерона до передней кромки липовым шпоном? И это притом, что фюзеляж, а также каркасы крыла и хвостового оперения, сделаны из бальзы? Представляете, бальзовый самолет с тяжелой липовой зашивкой крыла? Ради чего?
Ну да речь не о наборе, а о самом самолете.
Итак, "Тимка". Свободнонесущий низкоплан традиционной самолетной схемы под двигатель 2,5 ссm. Прямоугольное в плане крыло с элеронами на всю консоль и приличным поперечным V. Коробчатый фюзеляж. Легкое хвостовое оперение рамочной конструкции с рулем высоты, но без руля направления. Самолет под дизельный движок и два канала управления. Для тех, кто забыл, как выглядит "Тимка", или никогда его не видел, привожу эскиз.
Обращают на себя внимание удачные пропорции самолета и технологичность. По конструкции "Тимка" прост, как правда. Основа прямоугольного в сечении фюзеляжа – длинная моторама из 6 мм фанеры, на которой установлены 3 шпангоута из фанеры 3 мм. Стенки фюзеляжа склеены из бальзовых пластин 3 мм. Без стрингеров. Стойки шасси с подкосами из стальной проволоки диаметром 3мм. Неразъемное крыло – традиционный бальзовый набор.
Построил я "Тимку" довольно быстро – снаружи похож, конструктивно несколько другой. Зашивку из липы я заменил бальзовой, толщиной 1,5 мм. Количество нервюр показалось мне большим, и я сократил его до шести на консоль. Крыло должно было крепиться к фюзеляжу при помощи резинового жгута, но я сделал крепление на штыре и двух винтах. В остальном – как на чертеже.
Уже во время постройки у меня возникло несколько идей по модернизации "Тимки" (не считая количества нервюр, зашивки и крепления крыла). Так и подмывало кое-что радикально переделать. Но есть правило, которому я стараюсь следовать. Прототип нужно сделать от начала до конца по возможности так, как он есть. Иначе не узнаешь, каков он на самом деле, и не с чем будет сравнивать следующие самолеты. Так что от радикальных переделок я удержался.
И не зря! В воздухе "Тимка" оказался хорош. Летал легко и устойчиво. С одной стороны, прощал дрожание рук начинающего пилота, а с другой, не производил впечатления тупой и неповоротливой машины. Если в воздухе двигатель неожиданно выходил из режима и начинал работать с перебоями (что для дизелей не такая уж редкость), "Тимка" продолжал летать, как ни в чем не бывало, только медленней. Зато на хорошо отлаженном КМД-2,5 самолет носился как ненормальный, и в этом заключался его основной недостаток. Не должна модель для начинающих летать слишком быстро, тем более, что в двухканальной модели управление двигателем не предусмотрено, и летать в полгаза нет никакой возможности, как нет никакой возможности заглушить мотор и посадить самолет, когда пилот устал или у него закружилась голова.
По мере эксплуатации список замечаний к модели рос. Повторюсь, "Тимка" - самолет хороший, но… хотелось что-то этакое. Позатейливей, что ли… Поэтому когда "Тимка" потерпел серьезную аварию, то из двух "зол" - восстанавливать или сделать новый такой же, но с учетом…, я выбрал – сделать новый. Так и лежит у меня бедный "Тимка" с одним крылом.
Список
Прежде чем приступать к проектированию новой модели, не мешает сформулировать, что в прототипе требуется изменить. Именно изменить, а не улучшить. Мы не делаем второго "Тимку", а строим другой самолет. Пусть по аэродинамике похожий, но все-таки другой.
Вот список, который у меня получился
- Уменьшить скорость полета.
- Низкоплан трудно запускать с рук.
- Шасси неустойчивое и, опять же мешает запуску с рук.
- Поставить калилку, и добавить третий канал управления.
Теперь можно приступать.
Проектирование. Компоновка. Дизайн.
Что в самолете является основным несущим элементом? Некоторые думают, что силовая основа модели - это фюзеляж, к которому крепятся другие агрегаты – крыло, винтомоторная установка, хвостовое оперение. На самом деле, основной силовой элемент самолета - лонжерон крыла. Это лонжерон воспринимает аэродинамические нагрузки в полете, а вовсе никакой не фюзеляж. Это на лонжероне самолет держится в воздухе. Именно поэтому лонжерон проходит вблизи фокуса модели – точки приложения результирующей аэродинамических сил, действующих на все части самолета.
Если лонжерон - это основа, то функция фюзеляжа естественным образом распадается на две независимые задачи – надежного крепления винтомоторной установки (или установок, если моторов много) к лонжерону с одной стороны, и жесткого крепления хвостового оперения к тому же лонжерону - с другой. Для решения этих задач фюзеляжу вовсе не обязательно составлять единое целое. В схеме самолета типа "рама" это особенно очевидно.
Теперь следите за превращением банального "Тимки" в оригинальную "Рамку".
- Обрежем фюзеляж "Тимки" по заднюю кромку крыла.
- Перенесем крыло в верхнюю часть получившейся мотогондолы и организуем его крепление за лонжерон при помощи шпилек.
- Стабилизатор повис в воздухе. Но ненадолго. Строим две хвостовые балки от концов стабилизатора до крыла.
- Делим один большой киль на два поменьше и крепим к балкам.
- Встраиваем стойки шасси в крыло в местах заделки хвостовых балок.
Вот и все. Кроме пункта 1, все остальные пункты списка оказались выполнены.
Обратите внимание, я не трогал аэродинамическую схему прототипа (если не считать килей). Поэтому если "Тимка" летал хорошо, то нет оснований полагать, что "Рамка" полетит хуже.
Проект "Рамки" был сделан в 2002 году, когда "Тимка" был еще живой. Реально построенная "Рамка" отличается от этого проекта крылом.
Ничто не мешает разделить фюзеляж на носовую и хвостовую части и в традиционной схеме самолета. Причем в хвостовой части никакой полезный объем не нужен. Модель в отличие от настоящего самолета несет на себе только то, что ей необходимо для собственного функционирования. Ничего лишнего. Кукольный пилот и примочки типа дымовых шашек – не в счет. Все, что нужно, с успехом размещается в носовой части. А раз так, то хвостовую часть фюзеляжа можно заменить хвостовой балкой. Главное, чтобы она была жесткой на изгиб и на кручение. Никакой Америки я не открываю. Планера испокон веков так делают.
Теперь попробуем сконструировать фюзеляж для "Вертихвоста".
- Берем мотогондолу и крыло от "Рамки", а хвостовую балку от вертолета.
- Делаем коробку для крепления хвостовой балки. Размещаем в ней машинку привода руля высоты (а если захочется, то и руля направления) и закрываем все это фонарем.
- Шпильки в лонжероне продлеваем внутрь крыла.
- На шпильки с одной стороны насаживаем мотогондолу, а с другой коробку с хвостовой балкой.
- Все это стягиваем винтами, которые должны пройти сквозь мотогондолу, заднюю кромку крыла, усиленную в этом месте, и ввернуться в коробку. Крыло, таким образом, оказывается зажатым между мотогондолой и хвостовой частью фюзеляжа.
Теперь порисуем и посмотрим, что из всего этого может получиться.
Для чего такие навороты? Да хотя бы для удобства транспортировки и хранения. А еще можно с легкостью менять моторы, хвосты и крылья (что актуально для воздушных бойцов). В каждой части такого составного фюзеляжа размещается свое оборудование. В носовой части мотор, бачок, машинка газа и отсек для аппаратуры. В хвостовой, под фонарем – машинки управления рулями. Настраивать удобно. Да мало ли…
Решение с вертолетной балкой не ново. Такие самолеты уже строились. В Интернете легко можно найти несколько аналогов. Вообще, технические решения, использованные в конструкции обоих самолетов, не блещут оригинальностью, они применялись раньше, будут применяться и в будущем. Чтобы сделать оригинальный самолет (да и не только самолет), совершенно не обязательно изобретать уникальные узлы и агрегаты. Достаточно оригинальным образом скомпоновать то, что уже давно известно.
Подробнее о крыле.
Для решения задачи уменьшения скорости полета есть несколько путей. Первый путь, так сказать, в лоб – увеличить масштаб прототипа процентов на 10. Очевидно, что скорость самолета при этом уменьшится. Попутно изменится нагрузка на крыло, изменятся и другие аэродинамические характеристики. Можно посчитать, что и на сколько изменится, но стоит ли? "Тимка" и так летает хорошо. Кроме того, увеличивать габариты самолета совсем не хочется.
Уменьшить скорость полета можно за счет увеличения лобового сопротивления крыла, путем увеличения сопротивления давления – составляющей профильного сопротивления. Так и поступим.
Сопротивления давления – это разность давлений перед крылом и за задней кромкой. Зависит от толщины и кривизны профиля. Чем больше относительная толщина профиля, тем больше эта разность, а значит, тем больше сопротивление давления. Сопротивление давления - только одна из составляющих лобового сопротивления, к тому же величина его невелика и изменяется она медленно.
Для чего вся эта наукообразность? Да чтобы объяснить, почему я хочу увеличить толщину крыла на 50%, а не на 20%. Здесь как раз тот случай, когда, как говорится – бери больше, не ошибешься. При изменении толщины крыла на 10…15% изменение скорости полета на глаз вообще не определишь, хотя оно, конечно, будет. У нас задача обратная обычной, когда для достижения каких-то заданных характеристик приходится выжимать из аэродинамической схемы все, и где "ловля аэродинамических блох" не только оправдана, а и просто необходима. Мы-то тренер делаем, а не спортивную модель и критерии у нас на уровне ощущений: высоко - низко, быстро - медленно, комфортно - не очень….
Профиль крыла "Тимки" неизвестен. Можно только догадываться, что автор проекта применил нечто похожее на Clark Y, но достоверно это не известно. Можно снять геометрические характеристики и убедиться в этом, но опять же зачем? Мы не копируем "Тимку", а строим свой самолет. Поэтому примем решение - Clark Y. Почему именно этот? Да потому что, для тренера он самый подходящий. Запускаем Profili2 и выбираем. При хорде 210 мм толщина крыла получается 35 мм (у "Тимки" - 195 и 23). Получилось увеличение толщины крыла на 53%.
Пошли дальше.
При размахе 1200 мм прямоугольное крыло такой ширины и толщины - явный перебор. Напрашивается трапеция. Прикинем на бумажке вариант.
У "Тимки" нагрузка на крыло 50…55 г/дм2. Нет необходимости ее менять. Нагрузка на крыло определяется весом модели и площадью ее крыла, т.е. двумя параметрами. Поэтому необязательно строго соблюдать соответствие площади крыла модели и прототипа. Главное, контролируя вес модели во время постройки, попасть в заданный диапазон нагрузок.
Форма крыла в плане во многом зависит от общего дизайна модели. Так как крыло проектировалось для "Рамки", то размер центроплана определялся положением хвостовых балок, несущих стабилизатор. Стабилизатор "Тимки" имеет размах 400 мм. Крыло, таким образом, разделилось на три равные части – центроплан и две консоли, которые и будут иметь форму трапеции. САХ (средняя аэродинамическая хорда) получилась равной 196 мм. Практически как у "Тимки".
Консоли можно сделать съемными.
Для законцовок я применил профиль Clark YH. Ясное дело, никакую аэродинамическую крутку я в виду не имел. Clark YH был использован исключительно из конструктивных соображений. Толщина профиля в районе законцовок получилась 23 мм.
Так как крыло переместилось в верхнюю часть фюзеляжа, поперечная устойчивость самолета несколько улучшилась. Поэтому большое "V" крыла, как у "Тимки", можно и не делать. Если верхнюю полку лонжерона консоли сделать горизонтальной, тогда нижняя полка встанет под углом за счет изменения толщины профиля крыла с 35 мм до 23. Вот и получится небольшое "V".
Что касается продольной устойчивости, то она во многом определяется эффективностью стабилизатора, которая, в свою очередь, зависит от площади стабилизатора и его плеча - расстояния от фокуса крыла (приблизительно 25% САХ) и точкой, расположенной на расстоянии 1/4 хорды стабилизатора. Можно поиграть этими параметрами. Например, уменьшить площадь стабилизатора и одновременно увеличить плечо, или наоборот. Но чтобы избежать проверочных расчетов на продольную устойчивость, площадь и плечо стабилизатора лучше оставить как у "Тимки". Тогда и центровку для первого испытательного полета можно установить как на прототипе – 25% САХ.
На этом процесс проектирования самолетов можно считать законченным. Осталось нарисовать более-менее подробные эскизы общих видов моделей и можно приступать к постройке.
Вот эскизы "Рамки".
А вот и "Вертихвост".
Строим, а попутно конструируем "Вертихвоста"
Кладем перед собой эскиз "Вертихвоста" и приступаем.
Тут кое-кто скажет: "Как? Уже?! А где чертеж в "Автокаде" один к одному? Где модные объемные модели?". Модели будут, но исключительно для иллюстрации данной статьи. А вычерчивать 1:1 мы будем только отдельные формообразующие детали, и то по мере возникновения в них надобности. Именно так на практике чаще всего и происходит, особенно если строится небольшая модель, не представляющая собой ничего выдающегося.
О материалах. Почти все свои самолеты я построил из бальзы. Из нее же думаю строить и дальше. Это мой любимый материал. Причин тому две. Во-первых, бальза легкая, а во- вторых, строить из нее легко и просто. Не стал исключением и "Вертихвост".
Центроплан
Первая и, пожалуй, главная формообразующая деталь, которую надо начертить - это нервюра крыла. Вернее, две нервюры – центроплана и законцовки. Поможет в этом программа Profili2, из которой рисунки контуров нервюр можно распечатать на принтере один к одному.
Сами нервюры лучше делать в пакете, но можно и вырезать по одной.
Берем сосновую рейку 3х10х400 и размечаем на ней места установки нервюр. Это будет нижняя полка лонжерона центроплана. Почему 3х10? Да потому, что у меня такие рейки были. Можно взять 3х8 или 4х6. Однако, чем больше сечение лонжерона будет похоже на швеллер, тем лучше. А еще лучше, если лонжерон будет похож на двутавр. При изгибе крутящий момент у двутавра не возникает, поэтому на изгиб он работает лучше.
Вообще, жесткость крыла на изгиб – вещь в себе. С одной стороны, крыло должно быть пожестче, а с другой – не очень. Полет самолета с абсолютно жестким крылом сродни езде на машине по кочкам без рессор. Чем больше по размеру автомобиль и чем он жестче - тем быстрее развалится. В самолете рессорой является лонжерон крыла. Чем больше относительное удлинение крыла, тем больше лонжерон работает как рессора. А рессоры, как известно, бывают мягкие и жесткие…. И пошло – поехало в дебри….
Хорошо, что в нашем случае все это неактуально. Не те абсолютные размеры крыла, да и само крыло толстое, а конструкция его - дубовая. Поэтому в консолях я вообще не собираюсь ставить стенку между полками лонжерона.
Собираем центроплан. Устанавливаем нервюры. Нервюры, прилегающие к фюзеляжу и крайние, имеют толщину 3 мм, средние – 2 мм.
Ставим верхнюю полку лонжерона. К носикам и задним концам нервюр приклеим стенки. Они нужны для опоры листов зашивки.
Ставим стенки лонжерона. Стенки сделаны из бальзы 2 мм. Лучше, если направление волокон будет вертикальным. Лонжерон между крайними и средними нервюрами делается с двумя стенками. Потом в образовавшуюся полость будет вставляться прямоугольный штырь, служащий для крепления консоли к центроплану.
Приклеиваем верхнюю часть зашивки от лонжерона до передней стенки. Очень ответственный момент. Главное - не допустить крутки. Исправить ее потом будет нельзя.
Приклеиваем остальную зашивку и накладки на нервюры.
Между полками лонжерона в средней части центроплана вклеиваем брусок из твердой бальзы. Сквозь него должны пройти две шпильки, на которых будет держаться передняя и задняя части фюзеляжа. Шпильки сделаны из буковых стержней диаметром 6 и длиной 30 мм. Поверхность лонжерона, примыкающую к передней части фюзеляжа, необходимо усилить пластиной из 1 мм фанеры.
Устанавливаем переднюю и заднюю кромки центроплана, а также бруски усиления задней кромки. Сквозь усиление пройдут винты, стягивающие переднюю и заднюю части фюзеляжа.
Поговорим о шасси
Пункт 3 списка, который я составил, приступая к проектированию, касается шасси. Там написано, что шасси у "Тимки" неустойчивое и к тому же мешает запуску модели с рук. И это правда. Почему я так прицепился к удобству запуска с рук? Казалось бы, ну неудобно с рук – пускай с полосы. Дело вот в чем. "Вертихвост" (как и "Рамка") – модель без действующего руля направления, поэтому запускать ее следует строго против ветра. Подправить направление разбега рулем нельзя. С другой стороны, ситуация, когда направление полосы совпадает с направлением ветра – редкостная удача. Вот и приходится запускать модель с рук.
Конструкций узлов крепления стоек шасси к лонжерону много. Они давно известны. Мне больше всего нравятся стойки с большим плечом, примыкающим к лонжерону. Плечо распределяет нагрузку.
Колеса применим легкие, с поролоновыми шинами, диаметром 42 мм. Отверстие под ось у них 3 мм. Поэтому и стойки согнем из проволоки диаметром 3 мм. Так как крыло переместилось в верхнюю часть фюзеляжа, то высота стоек получилась значительная, и их жесткости может не хватить. Возможно, потребуется организовать подкосы. Оставим решение этого вопроса на потом - там видно будет.
На оси колесо можно закрепить кусочками силиконовой трубки на циакрине. Такое крепление я впервые увидел на самолетах фирмы Great Plans. Меня тогда это очень удивило, но ничего, держится, однако. Правда, как выяснилось, плохо держится. Может быть потому, что ось тонкая. После первого выезда в поле с "Вертихвостом" я заменил такое крепление колеса на обычное – припаял на ось шайбы.
Возвращаемся к центроплану.
Вклеиваем узлы крепления стоек шасси. Стойки не должны болтаться в пазах, но и сниматься должны без проблем. На этом этапе можно освободить полости для штырей крепления консолей.
Последний штрих – вклейка бумажных трубок. Поскольку машинки привода элеронов планируется установить в консоли крыла, а сами консоли предполагается сделать съемными, то кабель от машинок нужно будет пропускать сквозь центроплан. Трубки будут служить направляющими для кабелей. Внутренний диаметр трубки 10 мм – достаточный для просовывания сквозь нее разъемчика от машинки.
Вот и все с центропланом.
Консоли крыла собираются по этой же технологии, поэтому описывать их постройку – только время тратить. Единственное, на что стоит обратить внимание, это на конструкцию привода элеронов, да и на сами элероны.
Привод элеронов
Тренеров строят не только для того, чтобы учиться летать, но и для того, чтобы учиться строить самолеты, а также для проверки тех или иных технических решений - в основном спорных. Привод элеронов, который я решил проверить на "Рамке" - решение очень спорное. Затей я обсуждение этой идеи на форуме, меня, скорее всего, стали бы дружно отговаривать. И были бы правы, так как минусов у такой конструкции хватает.
По идее, промежуточные стержни должны работать на кручение в режиме торсиона. В принципе, торсион можно рассчитать таким образом, что при резкой даче элеронов момент от сервомашинки будет демпфироваться торсионом, и угол отклонения элерона будет нарастать постепенно. По сути, получается некое механическое подобие экспоненциальной функции чувствительности ручек передатчика, которая имеется в серьезных аппаратах. На самом деле, достоверно такая система не рассчитывается. Слишком много факторов, не поддающихся учету, начиная от истинных механических характеристик материала торсиона и заканчивая нежесткостью крыла.
Вот некоторые "за" и "против" такой схемы.
ЗА:
- кроме "экспоненты", о которой уже говорилось, это установка одной машинки на оба элерона. Больше никаких "за" нет.
ПРОТИВ:
- Сложнятина. Много деталей, много шарниров и, как следствие, много люфтов, с которыми придется бороться.
- Возникнут проблемы с неопределенностью крутящего момента торсиона при малых углах скручивания.
- При резком изменении угла атаки крыла самолет будет махать элеронами наподобие флаперонов (непонятно, хорошо это или плохо), а так как на практике правый и левый торсионы неизбежно получатся разными, то самолет будет валиться на крыло.
- Флаттер при такой схеме обеспечен.
- Вообще работать не будет, потому что идея – полный бред. Но интересно же. А вдруг….
В конце концов, поразмыслив, я отказался от идеи с торсионами, оставив кинематическую схему привода, потому что отступать было уже некуда. Стержни я постарался сделать как можно более жесткими, из березы диаметром 8 мм, хотя лучше было бы применить карбоновые или тонкостенные алюминиевые трубки. А еще лучше - проложить от машинки к элерону изогнутый боуден. Применять в приводах рулей и элеронов элементы, работающие на кручение – не лучшее решение.
Вот почему в "Вертихвосте" я сделал по рабоче-крестьянски – поставил по машинке на каждый элерон. Просто и сердито, правда, не дешево.
Для привода элеронов оптимально было бы применить сервомашинки типоразмера "mini", но у меня под рукой были стандартные. Толщина крыла "Вертихвоста" достаточна, чтобы спрятать в него стандартную машинку целиком. Это совсем не трудно, особенно если встроить машинку намертво, прикрепив ее к нервюре. Но то, что приемлемо, например, для фирмы Pica (а именно она частенько так делает), для нас, "бедных", совершенно не приемлемо.
Можно закрепить машинку на крышке люка, организованного в консоли крыла. Подобным образом встраивает машинки фирма Kuosho в своих ARF полукопиях. Так поступим и мы.
Крепление машинок в крыле Вертихвоста
|
Крепление машинок в крыле Вертихвоста
|
Элероны
Элероны являются частью профиля крыла, и в сечении имеют переменную толщину. Проще всего выстругать их из монолитных брусков бальзы, а потом облегчить, сделав отверстия. Но даже после облегчения они оказываются тяжеловатыми. Лучше сделать элероны наборными. Возни больше, но это оправдано. Лишний вес в консолях ни к чему. Там и так стоят тяжелые стандартные машинки. Хотя на имеющемся у меня самолете ARF биплане Super Stеаrman от Kyosho и машинки в консолях стандартные, и элероны монолитные, а летает он все равно здорово.
Хвостовое оперение
О стабилизаторе и киле "Вертихвоста" говорить нечего. Чертим чертежи 1:1 и прямо на них выклеиваем детали из бальзовых пластин толщиной 6 мм.
Носовая часть фюзеляжа
Ширина фюзеляжа "Тимки" 70 мм. На чертеже он выглядит вполне адекватно, но в живом виде – широковат. В промышленном дизайне есть правило – изделие должно обладать функциональной целесообразностью. Так вот, с позиции функциональной целесообразности полезный объем фюзеляжа явно завышен - этакий просторный гробик, в котором "болтается" одинокая машинка привода руля высоты (машинка привода элеронов стоит в крыле). КМД 2,5 тоже выглядит лилипутом в моторном отсеке.
Ширина фюзеляжа определяется габаритами установленного в нем основного агрегата, в нашем случае - двигателя. С самого начала я планировал использовать для "Вертихвоста" OS MAX .25 LA. Возможно, мощность этого моторчика для такого самолета будет избыточна, но больше – не меньше. Ширина двигателя по лапкам 44 мм. Прибавляем по 8 мм на сторону для стенок, получаем 60 мм. Конструктивную схему фюзеляжа оставляем как у "Тимки". Лучше все равно не придумаешь. Мотораму делаем из фанеры 7 мм, а шпангоуты из строительной фанеры 4 мм. Теперь можно рисовать чертежи моторамы, шпангоутов и боковой стенки.
Отверстие в шпангоуте диаметром 23 мм сделано под горлышко имеющегося у меня бачка. То есть сначала надо приобрести бачок, а потом чертить шпангоут. Иначе будет куча проблем с подгонкой этого отверстия на готовом фюзеляже.
Собираем.
Ставим на мотораму шпангоуты.
Крышка и боковые стенки – бальза 3 мм. Бруски – бальза сечением 10х10 мм. Заготовки для боковых стенок нужно вырезать с небольшим запасом по длине, имея в виду плавное сужение фюзеляжа к носу. Лишнее потом можно обрезать. Вообще, известный закон Мэрфи: "Длинная труба, отрезанная по размеру, всегда оказывается короче" действует в моделизме, как нигде. Поэтому везде нужно оставлять припуски на обработку. Когда все высохнет, состругиваем лишнее.
Фюзеляж
|
Фюзеляж
|
Фюзеляж
|
Примеряем бачок. Делаем небольшой полушпангоут для поддержки бачка, а главное, для дополнительной опоры крышки фюзеляжа. Крышка получается большая, а приемник с батареей тяжелые. При резких эволюциях модели крышку запросто может вырвать. Случаи такие бывали. Вклеиваем фанерные косынки для крепления крышки.
Вклеиваем дно и брусок, в котором делаем два отверстия. Сквозь них пройдут винты, стягивающие переднюю часть фюзеляжа, крыло и коробку хвостовой части.
Приложим машинку газа приблизительно к тому месту, где она будет стоять, но закреплять не будем. Лучше это сделать одновременно с установкой двигателя и прокладкой боудена газа.
Кстати, о двигателе. Вы, наверно, уже обратили внимание, что отверстия в мотораме под крепежные винты двигателя я пока не сверлил. Это сделано специально. Когда весь самолет будет собран, можно будет подвигать мотор по мотораме туда-сюда для обеспечения центровки самолета.
Хвостовая часть фюзеляжа
Несмотря на свою кличку, в полете "Вертихвост" хвостом не вертит. Наоборот, держит его уверенно. Вертолетная хвостовая балка из дюралевой трубки диаметром 21 мм и толщиной стенки 0,4 мм - штука очень жесткая как на изгиб, так и на кручение. Специально я ее не покупал. Вертолет, на котором она стояла, потерпел небольшую аварию, и балка помялась. Но отрезок длиной 450 мм остался цел и невредим. Его-то я и использовал для хвостовой части модели. Собственно, наличие вертолетной балки и подвигло меня на строительство "Вертихвоста". Очень хотелось ее куда-нибудь пристроить. Дорогая, зараза, жалко было выкидывать.
Первым делом подумаем, как закрепить на конце балки стабилизатор и киль. Если бы балка была подлиннее, то можно было сделать в трубке пазы крест-накрест и вставить в них хвостовое оперение. Но длины балки еле-еле хватает для того, чтобы создать нужное плечо стабилизатора. Поэтому сделаем небольшую площадку длиной 50 мм для опоры передней части стабилизатора и вставим в трубку усиленную миллиметровой фанерой пластину для опоры задней части. Заодно в пластину вмонтируем хвостовой костыль.
Хвостовое колесо
|
Хвостовая часть фюзеляжа
|
Я не настаиваю на таком решении. Если подумать, можно найти еще пару-тройку способов крепления хвостового оперения. Как бы то ни было, делаем чертеж пластины.
Хвостовая балка вставляется в коробку, которая внешне должна напоминать кабину пилота. Ось хвостовой балки проходит выше плоскости крыла. Конструкция такая. А вот насколько выше - для тренера (да и для паркфлаера) не принципиально. Расстояние между плоскостями крыла и стабилизатора выберем из соображений общего дизайна модели, но с таким расчетом, чтобы оно не слишком отличалось от соответствующего расстояния у "Тимки".
Другой важный момент – конец балки, подлежащий заделке в коробку. Хорошая практика конструирования подсказывает, что у стержня, работающего на изгиб, длина участка, подлежащего глухой заделке, должна составлять 2,5…3 диаметра стержня. В нашем случае это 50 мм.
Чертим чертежи коробки.
Каркас коробки собираем из фанеры 3 мм. Как собираем – понятно из рисунков.
Коробка крепления хвостовой балки
|
Коробка крепления хвостовой балки
|
Устанавливаем в коробку машинку привода руля высоты.
Места в коробке достаточно, чтобы установить две машинки – на руль высоты и руль направления. До последнего момента я все думал, делать руль направления действующим или нет? Если делать, то и хвостовой костыль нужно было делать поворотным. С другой стороны, так ли уж много прибавит руль направления к летным свойствам модели, имея в виду задачи, которые должен решать паркфлаер? Для полетов "на ноже", висения на хвосте и других выкрутасов с самого начала надо было строить небольшой фанфлай, а уж никак не паркфлаер. Короче, я мог сделать руль направления, но делать не стал. Бесполезно спрашивать, почему. Не стал и все.
Для привода руля высоты я применил модный боуден с витым стальным тросиком внутри. В принципе, подошел бы любой, но этот лучше. Проложить боуден можно как внутри хвостовой балки, так и снаружи. Главное, исключить возможность его изгиба во время работы. Если прокладывать боуден внутри, в трубку нужно вставить пробки из пенопласта.
Последний штрих – изготовление фонаря. Делается он из пластиковой бутылки по болвану.
Болван для изготовления фонаря кабины
|
Хвостовая часть фюзеляжа в сборе
|
На этом изготовление основных узлов самолета можно считать законченным.
Посмотрим, что получилось
Вертихвост
|
Вертихвост
|
Вертихвост
|
Вертихвост
|
Проведем контрольную сборку модели.
В принципе, все получилось, как и задумывалось. Но. Стойки шасси оказались "дохлыми". Пришлось все-таки сделать подкосы из проволоки диаметром 2 мм. На места пайки подкосов к стойкам я надел кусочки термоусадочной трубки. Это больше для красоты, чем для пользы дела
После определения положения двигателя на мотораме, сверлим в ней отверстия и вклеиваем втулки с буртиком на эпоксидной смоле под крепежные винты. Главное - не забыть организовать выкос оси двигателя вправо, градуса на два. Это важно, так как модель небольшая, а двигатель я применил мощный и момент от винта - значительный. Выкос двигателя вниз тоже может оказаться полезным, особенно, если крыло установить с углом атаки 1…1,5 град. Но это уже относится к настройке самолета во время испытательных полетов.
Теперь проложим тягу для управления заслонкой карбюратора и окончательно определим положение машинки газа.
А теперь сложим части самолета стопочкой и посмотрим, ради чего надо было делать складной фюзеляж.
Для самолета размахом 1200 мм совсем неплохо.
Займемся взвешиванием.
Надо сказать, что во время постройки контроль веса составных частей ведется постоянно. Было бы странно – все построить, а потом хвататься за голову, если вес модели вдруг окажется слишком большим. А с чем сравнивать при контроле? Само собой, с весом соответствующих частей прототипа, если прототип под рукой. А если его под рукой нет, то выручить может только опыт моделиста. Главное - не забывать прибавлять вес установленного оборудования, который составляет значительную часть полетного веса модели. Это не только двигатель, глушитель, приемник, машинки и батарея. Это и пропеллер с коком, и бачок, и стойки шасси с колесами. А также тяги, качалки, вилки, кабанчики, петли, трубки, винты и гайки. А еще провода, выключатель и индикатор заряда, если он есть. Ну и, конечно, пленка. По отдельности все эти штучки - дрючки легкие, но все вместе дают хорошую прибавку к весу голого планера. Особенно это заметно, если полетный вес модели меньше полутора килограмм. В нашем случае вес голого планера получился около 600 гр., остальное мы на него навесили.
Весовые характеристики сборочных единиц (обтянутых пленкой):
- Центроплан крыла – 100 гр.
- Консоль с элеронами без машинки и тяги – 100 гр.
- То же с машинкой и тягой – 165 гр.
- Крыло в сборе – 475 гр.
- Носовая часть фюзеляжа без мотора и аппаратуры – 145 гр.
- То же с мотором и аппаратурой – 500 гр.
- Хвостовая часть фюзеляжа - 200 гр.
Итого. Собранный пустой самолет весит 845 гр. Полетный вес составил 1200 гр. Делим полетный вес на площадь крыла и получаем нагрузку на крыло 53,6 г/дм2. Приемлемо.
Поместим аппаратуру в предназначенном для нее отсеке, и установим в удобном месте выключатель.
Установка аппаратуры радиоуправления
|
Установка аппаратуры радиоуправления
|
Вот, собственно, и все.
Как видите, спроектировать новую модель на основе прототипа не так уж сложно, как может показаться на первый взгляд. Таким способом можно превратить в "Рамку" или "Вертихвоста" любой другой подходящий самолет, например, "Шерифа". Конечно, задача у нас была предельно проста – из одного тренера сделать другой. Такой же, но как я выразился в начале – позатейливей. Между нами, почти все тренеры классической схемы в аэродинамическом смысле на одно лицо, и различаются только размерами.
Внешняя простота превращения одного самолета в другой не должна создавать впечатления вседозволенности при конструировании новой модели. Хочу предостеречь начинающих проектировщиков от излишней конструкторской эквилибристики. Всему должна быть мера. И еще надо помнить, что даже при точном соответствии аэродинамики нового самолета и прототипа гарантировать можно только одно – самолет полетит. А вот насколько хорошо полетит, покажет практика полетов, и уж совсем не факт, что модель будет летать лучше своего прототипа.
Строился "Вертихвост" долго. Заложен он был летом 2003 г, а готов был весной 2004. Не был он для меня актуален, поэтому и строился так долго.
Сколько чего ушло на постройку модели, сказать не могу. Я не стеснялся в выборе материалов и сами материалы не экономил. Я не подгонял детали под строительные размеры заготовок, не занимался оптимизацией раскроя бальзовых листов, не ставил себе задачи минимизации отходов. Я строил самолет, как хотел. Можно ли было сделать проще, и, как следствие, дешевле? Наверно, можно, но это был бы уже другой самолет.
Что касается стоимости, то мое отношение к дешевым "народным самолетам" известно - оно отрицательное. Во-первых, я не понимаю что это такое – "народный самолет", а во- вторых, все в нашем мире относительно. И цена модели тоже. Штучный, ручной работы товар, коим, несомненно, является модель самолета, дешевым быть не может по определению. Если применить общепринятую шкалу ценовых категорий, то "Рамку" я бы поместил в учебно-тренировочные самолеты класса экономического, в то время как "Вертихвост" все-таки ближе к бизнес-классу.
Вместо эпилога
При написании статьи, события приходится излагать по порядку. Нельзя написать – выпилим мотораму и отложим ее на недельку, потому что бачка нет и начертить шпангоут нельзя, а пока покупаем бачек, склеим стабилизатор. А вот в жизни, как раз так и происходит. Принимаешься за одно, откладываешь, принимаешься за другое, возвращаешься к первому и т.д. На то есть объективные причины – чего-то не хватает, а есть и прямая необходимость. В самолете 2/3 деталей делаются путем подгонки заготовок к раннее изготовленным и собранным в узлы деталям. В технике такая сборка называется адаптивной. Живой пример адаптивной сборки - сборка фюзеляжа "Вертихвоста".
Постройка новой модели отличается от процесса сборки kit-ов, где адаптивность менее выражена. Но ведь там и самолеты серийные. К чему я веду? А к тому, что при изготовлении нового самолета все основные части делаются одновременно. Самолет надо строить как бы сразу со всех сторон, постоянно приспосабливая (адаптируя) составные части друг к другу. Внутренняя логика такой адаптации диктует направление дальнейших действий, а значит, влияет на ход конструирования в процессе постройки. Как тут не вспомнить принца датского: "И начинанье, вознесшееся мощно, сворачивая в сторону свой ход, меняет имя действия!". То есть задумываем мы одно, а в процессе, внося изменения, получаем нечто другое. Похожее, но другое. Попытки заранее, на этапе проектирования, детально продумать конструкцию, а потом буквально следовать разработанному чертежу, ни к чему хорошему не приводят. Если конструктор, задумывая новый самолет, решает, что модель будет иметь традиционную, классическую конструкцию, ему нет надобности досконально эту конструкцию прочерчивать. Но при условии, что конструктор традиции знает, и классику изучил.
Так что же, совсем чертеж не чертить?
Можно и не чертить, если у вас за плечами не один десяток построенных вами самолетов, а в проектируемой модели нет уникальных особенностей, требующих детальной проработки. А особенностей этих, как правило, и не бывает. И это хорошо. Самолет, напичканный новациями и изобретениями – не жилец. Если посчастливится внедрить в конструкцию хотя бы один оригинальный узел, который себя стопроцентно оправдает - это уже большая удача. И случается она не часто. Поэтому степень детализации чертежа проекта зависит главным образом от квалификации разработчика. Чем выше квалификация, тем скромнее может быть чертеж.
По сути, новый самолет – это макетный образец, который по конструкции (но не по аэродинамике!) редко точно соответствует первоначальному чертежу проекта. Главное - удержаться в рамках конструктивных принципов, заложенных в проект.
Так вот. Поразительное сходство готового самолета и компьютерных 3D моделей, использованных в статье в качестве иллюстраций, говорит о том, что модели эти построены ПОСЛЕ изготовления самолета, но никак не ДО. Я никого не хочу вводить в заблуждение – вот, дескать, как надо - сначала сконструировать модель с использованием новейших САПР, а потом построить ее один к одному. Все как раз наоборот. Зато теперь, имея компьютерные модели и действующий образец (макет), я легко могу оптимизировать раскрой материалов, минимизировать отходы, а главное, автоматически получить рабочие чертежи ЛЮБОЙ степени подробности. И уже по ним печь "Вертихвостов" как пирожки, используя лазерную резку и другие чудеса технического прогресса. Другое дело, надо мне это или нет.
Залогом успешного проектирования и строительства новых самолетов является квалификация моделиста-конструктора и его профессиональное мастерство, а вовсе не виртуозное владение CAD/CAM системами, которые, по сути, являются всего лишь инструментами, одними из многих в арсенале моделиста. Поэтому повышайте квалификацию, овладевая теорией, строя свои самолеты и изучая самолеты коллег. Это в первую очередь, а уж САПР во вторую.
