Тема 5. Модель самолета В-1

Цель. Рассчитать и изготовить модель самолета с резиновым двигателем класса В-1.

Методические рекомендации. На первом занятии следует напомнить кружковцам об основных требованиях, предъявляемых к моделям этого класса, ознакомить с чертежами, опубликованными в книгах и журналах, а затем приступить к выбору, расчету и выполнению чертежа модели. Работа над чертежом продолжается и на втором занятии, которое завершается подбором и заготовкой материала для постройки модели.

Постройку модели начинают с изготовления фюзеляжа или крыла. Для обеспечения полной занятости всех кружковцев можно разделить группу на несколько звеньев: одно звено будет изготавливать фюзеляж, другое - крыло и т. д. При такой организации легче распределить инструмент.

Выбор схемы и расчет модели. Фюзеляжная модель самолета с резиновым двигателем нечемпионатного класса В-1 должна иметь общую площадь несущих поверхностей не более 14 дм² и минимальную массу без двигателя 100 г. Выберем площадь стабилизатора S_ст = 3 дм², а площадь крыла S_кр = 10,5 дм². Определим размах крыла, приняв его удлинение λ = 9, тогда l_кр = √λS_кр = (√(9×10,5)) дм² ≈ 9,7 дм = 970 мм.

Выбираем крыло, имеющее в плане прямоугольную форму с небольшими законцовками. Площадь центроплана примем равной 2/3 площади крыла, т. е. 6,6 дм²; при этом площадь консолей составит около 4 дм². Ширину крыла (длину хорды) найдем по формуле b_кр = l_кр/λ = (970/9) мм = 107,77 мм. Примем b_кр = 110 мм. Вычертив крыло в плане, определим его форму на виде спереди. Если площадь центроплана составляет 6,6 дм², то его длина будет равна 600 мм (66000/110).

Эффективный угол поперечного V консолей примем 25°.

Учитывая небольшие средние углы взлета моделей с резиновым двигателем, выберем профиль G361 с большой вогнутостью, толщиной 6% (табл. 5).

Таблица 5. Учитывая небольшие средние углы взлета моделей с резиновым двигателем, выберем профиль G361 с большой вогнутостью, толщиной 6%

Среднее удлинение стабилизатора для моделей с резиновым двигателем равно 4,5, тогда l_ст = √λS_ст = (√(4,5 ×3)) дм = 3,7 дм = 370 мм. Так как законцовки небольшие, для сохранения площади стабилизатора размах его увеличим до 380 мм. Длина хорды горизонтального оперения b_ст = l_ст/λ_ст = (380/4,5) мм = 84,4 мм. С учетом принятой площади стабилизатора уменьшаем длину его хорды до 80 мм, тогда S_ст = 3,04 дм².

Начертив стабилизатор в плане, определим его плечо при среднем для моделей с резиновым двигателем коэффициенте эффективности А_ст = 1,3: L_ст = A_стS_кpb_кp/S_ст = (1,3×10,5×1,1/4,5) дм = 4,91 дм = 490 мм.

Для стабилизатора возьмем простой плоско-выпуклый профиль. Выбираем схему оперения с килем, расположенным сверху фюзеляжа. Плечо киля примем равным 490 мм (L_к = L_ст). Площадь киля определим по формуле S_к = A_кA_крl_кp/L_к, где А_к - коэффициент эффективности киля (при угле поперечного V, равном 25°, он составляет в среднем 0,036). Таким образом, S_к = (0,036×10,5×9,7/4,9) дм² = 0,74 дм².

Для определения параметров винтомоторной группы воспользуемся номограммой (рис. 36), разработанной мастером спорта Э. Смирновым. Предварительно выберем диаметр винта D_в и угол θ. Из точки 1, соответствующей выбранному углу D_в, опускаем перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с кривой, соответствующей выбранному углу θ (точка 6). На ординате η находим значение КПД винта (точка 7), которое в данном случае будет равно 67%.

Рис. 36. Номограмма для подбора винтомоторной группы для модели с резиновым двигателем: А - шкала, показывающая площадь сечения Sд резинового двигателя; θ - угол взлета на резиновом двигателе; h - относительный шаг; η - КПД винта

Из точки 1 восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с линией выбранного угла θ в точке 2. Из этой точки проводим перпендикуляр к оси ординат и продолжаем его в левую часть номограммы до пересечения в точке 4 с линией выбранного угла θ. Точка пересечения проведенного перпендикуляра с осью ординат (точка 3) дает значение относительного шага h винта. Затем из точки 4 опускаем перпендикуляр на ось Sд абсцисс; точка 5 показывает необходимое сечение резинового двигателя.

Определив все основные размеры модели, можно вычерчивать эскиз в том же порядке, что и для модели планера. Носовая часть фюзеляжа должна быть такой длины, чтобы сложенные лопасти винта не касались крыла.

Изготовление модели. Вычертив рабочий чертеж, заготовив материал и вырезав шаблоны нервюр крыла и стабилизатора, приступают к постройке модели.

Предлагаемая резиномоторная модель самолета класса В-1 (рис. 37) выполнена по классической схеме. Фюзеляж ее состоит из моторной (носовой) части и хвостовой балки, соединенных втулкой.

Рис. 37. Резиномоторная модель самолета В-1

Носовую часть изготовляют из фанеры толщиной 1 мм следующим образом: лист фанеры размером 450X112 мм распаривают в теплой воде и, плотно прижав к болванке диаметром 30 мм, привязывают резиновым жгутом (предварительно на болванку накладывают два слоя папиросной бумаги, чтобы склеенный фюзеляж легко можно было снять). После просушки место шва спиливают "на ус" и склеивают. Дав высохнуть клею, напильником счищают один слой, что уменьшает массу трубки на 15-20 г. Изнутри трубку дважды покрывают эмалитом.

Хвостовую балку изготавливают из стеклоткани на конусной оправке. На тонком конце приклеивают пластину из липы толщиной 2 мм для крепления стабилизатора. Задний крючок выгибают из стальной проволоки диаметром 1 мм.

Пилон с профилированной верхней плоскостью приклеивают к фюзеляжу. Спереди и сзади в нем закрепляют по два штырька из бамбука для намотки резиновой нити крепления крыла.

Киль - из липовой пластины толщиной 1,2 мм. Его вставляют в прорезь хвостовой балки фюзеляжа и фиксируют на клею. Масса фюзеляжа в сборе 60 г.

Крыло - наборной конструкции. Кромки, законцовки и нервюры - из бальзы. Можно выполнить их и из липы, но обязательно из сухой и выдержанной. Толщину деталей в этом случае надо уменьшить приблизительно вдвое. Нервюры вырезают из липового шпона тонким ножом и обрабатывают шлифовальной шкуркой, а для повышения жесткости с боковых сторон покрывают эмалитом.

Лонжероны (их два) изготавливают из сосновых реек сечением 3X2 мм. Центральная часть крыла - прямой центроплан. Для создания угла поперечного V на концах крыла консольными частями образуются "ушки". Лонжероны каждой консоли соединяют с лонжеронами центроплана уголками из фанеры толщиной 1,5 мм. Переднюю и заднюю кромки в середине усиливают липовыми вставками. Крыло оклеивают длинноволокнистой бумагой и покрывают эмалитом: три раза сверху и четыре снизу. Масса крыла 25 г.

Стабилизатор по конструкции аналогичен крылу. Он содержит 12 нервюр из липового шпона толщиной 0,5 мм, один лонжерон сечением 2,5 X 1,5 мм (только сверху); крючок для крепления к фюзеляжу выполнен из стальной проволоки диаметром 1 мм. Стабилизатор крепят к пластинке хвостовой балки резиновой нитью, которая отклоняет его в режиме "парашютирования" под углом 45°; удерживается он в таком положении тонкой рыболовной леской. Стабилизатор оклеивают бумагой и три раза покрывают жидким эмалитом. Его масса 8 г.

Винтомоторная группа модели состоит из двухлопастного винта со складывающимися лопастями, втулки и резиномотора. Ступица и вал винта - из проволоки ОВС диаметром 2 мм. Ступицу выгибают так, чтобы по обеим ее сторонам образовались оси качения для лопастей. Бобышку вытачивают из липы, в нее на эпоксидном клее укрепляют бронзовую втулку, служащую подшипником скольжения для вала винта. Между бобышкой и ступицей - пружина булавочного типа из проволоки ОВС диаметром 0,7 мм. Лопасти винта - из кедра. В местах навески на ступице делают утолщение, в котором сверлят отверстие диаметром 2 мм; дополнительным усилением служат целлулоидные накладки. По внешнему контуру лопасти окантовывают прочной ниткой и 5 раз покрывают эмалитом. Масса одной лопасти 5,5 г. С внутренней стороны в бобышке винта закрепляют проволочный штырек (стопор), который после раскручивания резиномотора обеспечивает остановку воздушного винта в горизонтальном положении. Под действием набегающего воздушного потока лопасти складываются вдоль фюзеляжа, уменьшая лобовое сопротивление. Диаметр винта 400 мм, масса 26 г.

Резиномотор набирают из ленточной резины, длина его 400 мм, масса 20 г.

Полетная масса модели 140 г.

Регулировка и запуск. Готовую модель собирают: вставляют резиновый двигатель, резиновой нитью привязывают крыло и закрепляют стабилизатор. Затем определяют положение ЦТ - он должен располагаться на расстоянии 60-65% длины хорды крыла, считая от передней кромки.

Модель регулируют на планирование, изменяя установочный угол стабилизатора: опускают или поднимают заднюю кромку стабилизатора.

При регулировке в моторном полете изменяют угол наклона оси вала воздушного винта. Первые запуски делают при 100-150 витках резинового двигателя. Если модель при полете с работающим винтом кабрирует, угол наклона оси вала винта уменьшают, если она не набирает высоту - увеличивают. Добившись хорошего полета при указанных витках резинового двигателя, запускают модель на полных оборотах. Для этого резиновый двигатель растягивают и закручивают на 350-400 витков. Хорошо отрегулированная модель набирает высоту 40-45 м и держится в воздухе около 2 мин.

Резиномоторная модель Е. Баранова (рис. 38). Эта модель также относится к классу В-1. Она разработана в авиамодельном кружке СЮТ г. Электростали. Выступая с моделью на Московских областных соревнованиях, ее конструктор Е. Баранов неоднократно становился победителем.

Рис. 38. Модель самолета Е. Баранова (класс В-1)

Прежде чем приступить к постройке крыла, с максимальной точностью переводят с чертежа профиль крыла и изготавливают из фанеры три шаблона нервюр (один будет контрольным). Два из них наклеивают на боковые грани бальзового бруска^* размером 110 X 80 X 20 мм, предварительно обрезав шаблоны по носику на 6 мм, а по хвостовой части на 10 мм и окрасив их по контуру чернилами. Брусок обрабатывают ножом и напильниками, чтобы получилась своеобразная широкая нервюра. Следить за точностью обработки поможет закрашенный торец шаблонов: как только начнет счищаться цветной слой, обработку прекращают. Прямолинейность поперечного сечения бруска контролируют с помощью линейки. Затем по линейке (лучше металлической) брусок разрезают остро отточенным скальпелем вдоль слоев на отдельные нервюры толщиной 1,6-1,8 мм. Заготовки обрабатывают шлифовальной шкуркой до толщины 1,2 мм и покрывают жидким эмалитом.

^* (В данной конструкции применяется дефицитный материал - бальза. Но это не должно останавливать желающих ее построить. Бальзу с успехом можно заменить липой. Так, для нервюр можно использовать шпон толщиной 0,5-0,7 мм, уменьшив сечение кромок, лопасти винта изготовить из кедра или ольхи, киль вырезать из пенопласта.)

Кромки крыла изготавливают из бальзовых пластин: толщина передней 8 мм, а задней 3 мм; прорези под нервюры в них выполняют скальпелем. Полки лонжерона - из сосны сечением 3X2 мм; в нервюрах под них делают пазы.

Сборку начинают с центроплана: сначала вклеивают в кромки три нервюры - центральную и две по концам, а остальные устанавливают лишь после полного высыхания клея; лонжерон крепят в последнюю очередь. Все операции по сборке проводят на ровной доске - стапеле. Каркас крыла должен оставаться на ней до полного высыхания.

Следующий этап - сборка "ушек" крыла. Семь пар их нервюр можно подготовить двумя способами. Первый - "фотографический": отснятый на пленку контур профиля проецируют на бумагу с предварительно размеченной на ней длиной хорды. Второй способ менее точен, но более практичен: нервюры, вырезанные по основному профилю крыла, укорачивают по хвостику до нужной длины, перенесенной с чертежа; затем их закрепляют в подготовленных кромках "ушек" и на образовавшемся каркасе монтируют законцовки. После просушки врезают нижний лонжерон, предварительно плавно уменьшив его сечение к концу крыла до размера 3 X 1 мм. Толщину законцовки в месте расположения лонжерона доводят до толщины 5,5 мм, а весь набор по верхнему обводу "сводят на клин" до торцовой нервюры и законцовки. Врезают верхний лонжерон и с помощью длинного бруска с наклеенной шкуркой всем нервюрам "ушек" одновременно придают требуемый профиль.

Центроплан с "ушками" стыкуют по лонжерону фигурными фанерными косынками. В этом месте устанавливают более жесткие нервюры (из липы толщиной 2 мм).

Чтобы мягкая обшивка лучше сохраняла заданный профиль, в передней части крыла между нервюрами устанавливают дополнительные полунервюры - "носики". Жесткость консолей на кручение повышают, устанавливая дополнительные косые нервюры. Все эти этапы сборки следует вести на стапеле.

После высыхания клея каркас крыла обрабатывают мелкой шлифовальной шкуркой, а затем обтягивают тонкой длинноволокнистой бумагой на эмалите. Масса конструкции без обтяжки 23-24 г, с обтяжкой 31 г.

Стабилизатор изготавливают по аналогичной технологии. Клеят по чертежу "рамку" из кромок и законцовок, делают в ней пазы под нервюры и устанавливают их. Сосновый лонжерон сечением 2X1 мм располагают по верху образующей профиля. После сборки каркаса стабилизатора к центральной нервюре (ее лучше сделать из липы) нитками привязывают крючки из стальной проволоки, промазывают эти узлы клеем и зашивают центральную секцию бальзовым шпоном. Собранный стабилизатор обрабатывают шлифовальной шкуркой и обтягивают. Масса горизонтального оперения 6,5 г.

Фюзеляж формуют из стеклопластика на цилиндрической оправке диаметром 28 мм и длиной 500 мм. Обмотав оправку слоем лавсановой пленки и закрепив ее по концам, накладывают три слоя стеклоткани толщиной 0,1 мм, предварительно отожженной и пропитанной эпоксидной смолой. После отверждения смолы полученную трубку обрабатывают шкуркой и укорачивают до 445 мм. Передний и задний концы силовой части фюзеляжа усиливают, дополнительно обмотав их лентой стеклоткани. Хвостовую балку фюзеляжа изготавливают тем же способом, но из двух слоев стеклопластика. На заднем ее конце расположена площадка крепления стабилизатора с упором для задней кромки оперения и стальным проволочным крючком навески, фитиля. Киль модели - бальзовую пластинку толщиной 2,5 мм - врезают в хвостовую балку.

Пилон крыла - брусок из бальзы размером 123 X 30 X 19 мм. На его верхнюю поверхность, обработанную по нижней образующей профиля, впереди и сзади наклеивают полоски из целлулоида для фиксации положения крыла. Его закрепляют на пилоне резиновой нитью длиной 500 мм на бамбуковых штырьках (резину наматывают параллельными витками, не очень сильно натягивая; крестообразные петли недопустимы: при неудачном приземлении модели крыло с таким креплением не сойдет с пилона и сломается). Масса готового фюзеляжа не должна превышать 52 г.

Винтомоторная группа состоит из двухлопастного воздушного винта со складывающимися лопастями, бобышки и резиномотора. Лопасти винта вырезают по шаблонам из плотной бальзы и оклеивают на эмалите длинноволокнистой бумагой. Места навески на штангу ступицы усиливают целлулоидными накладками. Масса каждой лопасти 5,5 г.

Вал винта и поперечную штангу выгибают из стальной проволоки ОВС диаметром 2 мм, обматывают в месте стыка тонкой медной проволокой и припаивают. Между штангой и бобышкой, вырезанной из липы, ставят "булавочную" пружину, обеспечивающую стопорение вала в определенном положении после полного раскручивания резиномотора. Этой же цели служит и ввернутый в задний торец бобышки стальной штифт. Складывание лопастей осуществляется за счет усилия легчайших спиральных пружин кручения, изготовленных из проволоки ОВС диаметром 0,3 мм и надетых на оси лопастей так, что один их конец прижимается к штанге, а другой отжимает лопасть винта назад. Масса воздушного винта вместе с осью и бобышкой 25 г.

Резиномотор изготавливают из резиновой нити сечением 1 X 2 или 1 X 3 мм следующим образом: в доску вбивают два гвоздя на расстоянии 800 мм (две длины резиномотора) и обматывают вокруг них резиновую нить (масса нити 24 г); свободные концы ее связывают. Чтобы нити не распадались, пучок перевязывают в двух местах такой же резиной. Готовый мотор промывают с мылом в теплой воде, сушат, смазывают касторовым маслом и упаковывают в темную стеклянную банку. Для тренировок и соревнований рекомендуется подготовить 10-12 двигателей.

Чтобы определить максимальное число витков, на которое можно закручивать резиномотор данной длины и сечения, испытывают один из них, доводя жгут до разрыва. Зная предельно допустимое число витков (для данного двигателя оно составляет 360-370 оборотов), остальные резиномоторы подвергают динамической формовке. Самый простой способ выполнения этой операции - последовательное закручивание и раскручивание жгута, начиная с 20% допустимого числа оборотов с добавлением по 10-15%. Для двигателей названной длины формовку проводят в пять этапов, закручивая их на 70, 125, 175, 225, 280 оборотов. После формовки резиномоторы снова промывают, смазывают и упаковывают. Устанавливать их на модели рекомендуется через 7-10 дней (время так называемого "отдыха"). Желательно на каждый резиномотор завести простейший технический паспорт с указанием условий эксплуатации, числа оборотов закрутки и периодичности использования.

После циклов максимальной закрутки резиномоторы обычно вытягиваются - их следует перемотать. На ответственных стартах соревнований в каждом туре лучше устанавливать на модели новые двигатели, так как при повторном использовании значительно уменьшается энергоотдача резинового жгута.

Регулировку модели проводят в два этапа: при планирующем и моторном полете.

После сборки модели (полностью укомплектованная модель должна иметь массу 140 г) проверяют, нет ли перекоса плоскостей и нарушения взаимного положения элементов (крыла, стабилизатора и киля) при видах спереди и сверху. Центр тяжести модели с установленным резиномотором должен находиться перед задней кромкой крыла на расстоянии 30 мм от нее. Если положение ЦТ отличается от указанного, загружают носовую или хвостовую часть фюзеляжа.

Добившись нужной центровки аппарата, проводят регулировку планирования. Держа модель за фюзеляж, плавно толкают ее. Если модель кабрирует, опускают вниз заднюю кромку стабилизатора, немного уменьшив высоту упора, если переходит в пикирование - поднимают кромку. Подбирать высоту упора удобнее, если он сделан с запасом: во время регулировки нужно лишь понемногу подрезать его. Хорошо отрегулированная модель должна пролетать по прямой 25-30 м. После отработки режима планирования руль направления немного отгибают, задавая полет по кругу.

Второй этап - регулировка моторной фазы полета. Двигатель закручивают на 80-85 оборотов и легким толчком в горизонтальном направлении пускают модель. Она должна понемногу набирать высоту (угол набора около 15°) с правым виражом. Постепенно увеличивая закрутку (прибавляя по 50 оборотов), доводят ее до максимально допустимой. При этом время работы воздушного винта (время выработки закрученного резинового жгута) должно составить 28-32 с. Если оно окажется меньше - увеличивают шаг винта, а если больше - уменьшают его. Шаг лопастей подбирают путем подгиба проволоки штанги.

Все обнаруженные при запусках недостатки моторного полета (нет набора высоты, полет без нужного виража и т. п.) устраняют только смещением оси вала винта, подпиливая торец моторной части фюзеляжа. Для данной модели смещение оси составляет 1° вправо и 1° вниз.