Модели с полностью машущим крылом [1960 Васильев Г.С.

Модели с полностью машущим крылом, напоминающие птиц, являются как бы последним этапом освоения махолета, так как с современной точки зрения только полностью машущее крыло сможет в полной мере выявить свои экономические преимущества.

К числу наиболее "древних" моделей, о которых мы имеем достаточно подробные сведения и конструкция которых может оказаться интересной для моделистов, относится несколько вариантов "птичек", построенных группой Альфонса Пено. Все эти модели были изготовлены почти одновременно около 1871 года и имели много общего в конструкции, размерах и материалах.

Первый вариант "Птички" (рис. 23)^* имел размах около 20-30 ом и длину 15-25 см. Эти размеры приблизительные (считаем, что ширина птичьего пера, вставленного в качестве стабилизатора, по-видимому, была равна 40-60 мм). Рейка корпуса была сделана, вероятно, деревянной (сосновой) и имела круглое сечение 4-5 мм. К заднему концу рейки были прикреплены крючок для резины и перо в качестве стабилизатора.

^* (Рисунок взят из брошюры А. Родных "Птицекрылые машины".)

Рис. 23. Общий вид 'Птички' Пено

Крючок и перо были, скорее всего, примотаны нитками на клею (рис. 24). Сначала следует туго примотать проволочный крючок, а затем послабее - стержень пера.

Рис. 24. Крепление хвостового пера и резинового мотора

К переднему концу рейки прикреплялись две "рогатки", которые были, вероятно, железные. Их лучше всего вырезать из дюралюминиевого листа толщиной около 1 мм. "Рогатки" также удобно туго примотать нитками на клею (рис. 25). Сквозь "рогатки" пропущена стальная проволока толщиной не более 1 мм, изогнутая по форме коленчатого вала.

Рис. 25. Крепление коленчатого вала к 'рогаткам'

Передний конец проволоки тоже изогнут и служит заводной ручкой, а задний изогнут крючком для резинового мотора. Чтобы не было лишнего трения, к проволочному валу следует припаять опорную жестяную шайбу и нанизать несколько отшлифованных на мелкой шкурке металлических шайб между опорой вала и задней "рогаткой" (ом. рис. 25).

Крылья "Птички" имели сравнительно жесткие передние кромки (они были изготовлены, вероятно, из бамбуковых лучинок сечением около 3 Х 3 мм у корня и менее чем 0,5X0,5 мм на конце).

Две нервюры, возможно, были выполнены из тончайших бамбуковых лучинок. Концы нервюр при изготовлении такого крыла следует вставлять на клею в щели лонжерона и обматывать эти места тонкими нитками на клею. Нервюры должны быть настолько тонкими и гибкими, чтобы они могли легко прогибаться от давления воздуха при взмахах крыла.

Обтяжка была сделана из папиросной бумаги или тонкого шелка.

Нитяную заднюю кромку к обтяжке можно аккуратно приклеивать, а не пришивать.

Корневые части крыльев укреплялись между рогатками на проволочных осях, которые можно сделать из тонких булавок (рис. 26).

Рис. 26. Крепление крыльев к 'рогаткам'

Концы корневых частей обоих крыльев соединялись с коленом вала посредством тяг-шатунов, которые, скорее всего, были железными или стальными, а в наших условиях их лучше делать из дюралюминия толщиной около 1 мм.

Тяги-шатуны можно вставить в пропилы, сделанные в концах корневых частей пилкою лобзика, и укрепить их там осью, сделанной из булавки.

Чтобы задняя кромка крыльев излишне не провисала, нитки, выведенные у корня крыла, привязывали к колечку из тонкой проволоки, укрепленному примерно в середине рейки (см. рис. 23). Высота этого колечка была меньше высоты "рогаток" настолько, что в нейтральном среднем положении обтяжка крыла и плоскость нервюр были расположены под небольшим углом к рейке.

Резиновый мотор заводили вращением за заводную ручку. При этом коленчатый вал через тяги-шатуны приводил крылья в колебательное движение. Выпущенная заведенная "Птичка" благодаря раскручиванию резины начинала махать крыльями в воздухе и летать волнообразно вниз-вверх, вниз-вверх, сначала поднимаясь на высоту, а затем волнообразно плавно опускаясь на землю. Полет продолжался несколько секунд.

Исследование рис. 23 показывает, что колебания крыльев вниз-вверх происходили в пределах 60-80°.

Второй вариант "Птички" (рис. 27) близок по схеме и размерам к первому. У них по-разному располагались лишь оси колебания крыльев. У первой "Птички" они были расположены параллельно оси корпуса, а у второй - под углом к нему, равным примерно 45°. Такое расположение осей приводило как бы к отклонению крыльев назад, приближая действие крыла, колеблющегося справа или слева от корпуса, к действию рыбьего хвоста или ласт для плавания, колеблющихся сзади корпуса.

Рис. 27. Второй вариант 'Птички'

Механизм привода крыльев, вероятно, был таким же кривошипно-шатунным. Но передняя "рогатка" имела размах значительно больший, чем задняя, и обе они изгибались дугами, чтобы обеспечить отклонение осей вращения колебания крыльев^*.

^* (В книге А. Родных есть ссылка на удачные полеты обоих этих вариантов и других машущих моделей того времени. )

Обследование направления отбрасывания воздуха машущим крылом, проведенное с помощью пламени свечи, вводимого в поток, одымления крыла или с помощью пыли, перемещающейся на полу, показывает, что поток воздуха стекает не со средней части машущего крыла, а почти с самого его конца и что этот поток организованно движется назад и во внешнюю сторону (рис. 28). Засасывается же воздух в этот поток не только от передней кромки крыла, но и от корпуса и даже от задней кромки и направляется к концу крыла.

Рис. 28. Направление потоков, отбрасываемых прямым и скошенным назад крыльями

Некоторый поворот осей вращения в описываемой модели, по нашему предположению, приводит к тому, что потоки воздуха, отбрасываемого крыльями, будут направлены строго назад, а не назад и в стороны, как у предыдущих моделей, что, безусловно, должно способствовать увеличению тяги.

Оригинальная модель из стальной проволоки и шелка (рис. 29)^* пролетала около 15 м. Корпусом модели служила треугольная деревянная рама. Лонжероны крыла, являющиеся его передней кромкой, переходящей в ось качания и в кабанчик, были изготовлены из тонкой стальной проволоки сечением 0,75 мм. Двухколенчатый вал с крючком для резинового мотора на одном конце и заводной ручкой на другом изготовлены также из стальной проволоки сечением 1 мм. Проволочные шатуны обвивались спиральками-подшипниками одним концом вокруг шеек коленчатого вала, а другим - вокруг шеек кабанчиков крыльев.

Рис. 29. Общий вид проволочной модели с шелковой обтяжкой

Проволочку, являющуюся передней кромкой центроплана, обвивали спиралью вокруг осей качания крыльев и затем прикрепляли к корпусу в виде подкосов.

Каркас треугольного оперения также изготовлен из струнной проволочки.

Крылья и оперение обтянуты шелком. Задняя кромка обтяжки крыла свободно прижата к корпусу ниткой, прикрепленной своими концами к кромкам центроплана. Средняя часть этой нитки оттягивалась к хвосту резинкой. При взмахах крыльями задняя кромка свободно оттягивалась вверх или вниз.

Резиновый мотор длиной 110 мм состоял из шести резиновых ниток сечением 4X4 мм.

При нейтральном положении концы крыльев не горизонтальны, а приподняты на 4-5°. Угол отклонения крыльев от низа до верха составляет 70°. Размах модели 380 мм, длина 250 мм, центральная хорда крыла 110 мм. Вес модели 13 г. Площадь крыла 2,75 дм², нагрузка на площадь 4,7 г/дм².

Удерживаемая в руках модель делала около девяти двойных взмахов в секунду, а в полете - около восьми двойных взмахов в секунду.

Скорость моторного полета была около 3,5 м/сек, скорость планирующего - около 3 м/сек. Дальность планирования модели с жестко закрепленными крыльями равнялась примерно двум высотам. На характер полета сильно влияло положение стабилизатора.

Конструкция модели очень проста и легка, но недостаточная жесткость корпуса, окручиваемого резиновым котором, затрудняла получение прямолинейного полета.

Среди небольших моделей, имеющих полностью машущее крыло, наиболее удачна была схема у модели Л. И. Сидоровича, изготовленной в 1951 году (рис. 30).

Рис. 30. Модель А. И. Сидоровича

Каркасный корпус модели жестче и удобнее всех ранее описанных корпусов моделей, так как он способен выдержать закручивание двух одновременно работающих резиновых моторов. Очень удачна и компактна схема привода машущих крыльев. При внимательной и терпеливой доводке модель должна показать хорошие полеты.

Модель выполнена из тонких бамбуковых лучинок, нервюры - из соломы, обтяжка - из папиросной бумаги. Вдоль задней кромки крыла наклеена полоска папиросной бумаги, делающая крыло несколько более жестким. Коленчатый вал, шатуны и качалки сделаны из стальной проволоки сечением от 0,5-0,8 до 1 мм и примотаны нитками на клею.

На всех перечисленных моделях были установлены резиновые моторы, которые при большой простоте конструкции обладали очень большой энергоемкостью, на продолжительность их работы была невелика. Поэтому стали применять также и другие виды двигателей.

Очень интересный пороховой двигатель был установлен Густавом Труве (1891 год) на модель, весившую 3,5 кг. Схема этого двигателя приведена на рис. 31. Крылья модели были прикреплены своими основаниями к концам трубки 1, согнутой в виде подковы.

Рис. 31. Общий вид модели Густава Труве с пороховым двигателем: 1 - подковообразная трубка; 2 - сечение трубки; 3 - крайнее верхнее положение трубки; 4 - крайнее нижнее положение трубки; 5 - барабан с патронами; 6 - газопроводящая трубка; 7 - тяга тянущая; 8 - пружина; 9 - тяга тормозная; 10 - зубья трещотки; 11 - боек

Сечение трубки имело форму вытянутого сплющенного эллипса 2.

При нормальном давлении воздуха, находящегося внутри трубки, она стремилась сохранять согнутую подковообразную форму. Крылья при этом находились в крайнем верхнем положении. При повышении давления внутри трубки она стремилась раздуться - сечение ее из сплющенного - эллиптического превращалось в круглое. Поэтому подкова разгибалась и опускала крылья 4.

Подобными разгибающимися от повышения давления трубками эллиптического сечения снабжаются большинство современных манометров.

Периодическое повышение давления газов в трубке создавалось за счет последовательных взрывов двенадцати пороховых патронов, помещенных в автоматически поворачивающемся барабане револьверного типа 5. Газы от сгоревшего пороха проходили в разгибающуюся трубку сквозь газопровод 6, плотно соприкасавшийся с передним обрезом барабана.

Повороты барабана осуществляла тяга 7, прикрепленная своим основанием к разгибающейся трубке, а зазубриной, находящейся на ее конце, сцеплялась с косым зубом "трещотки" барабана. При возвращении подковообразной трубки в исходное положение зазубрина тяги 7 скользит по косому зубу трещотки и втягивается пружиной 8 в следующий косой зуб трещотки. Тяга 9 своим тупым концом, предупреждая ненужные повороты барабана в обратную сторону, во время подъема крыла доводит барабан до нужного положения. При поворачивании барабана косые зубья трещотки 10, расположенной на тыльной стороне барабана, отводят боек 11, который срывается и ударяет сто капсюлю в момент прихода нового патрона в положение выстрела.

С помощью двенадцати выстрелов модель делала двенадцать взмахов крыльями и пролетала 75 м. После каждого "удара" она поднималась и вслед за этим снова немного опускалась. После двенадцатого выстрела она опускалась на землю красивым скользящим полетом. Размеры и форма крыльев и хвоста, приведенные на рис. 31, изображены не пропорциональными двигателю и носят эскизный характер.

Интересные модели больших размеров с полностью машущими птицеподобными крыльями были изготовлены Ченеком Халупским (Чехословакия) в 1943 году.

Одна из его моделей весит около 2 кг и имеет пару крыльев размахом 1,70 м и шириной около 45 см. Модель не имеет стабилизатора.

Крылья модели выполнены из ясеня и тростника и обтянуты легким полотном.

Мотор работает от сжатого газа. Цилиндр двигателя с золотником, как у паровой машины. Диаметр поршня 24 мм и ход 55 мм. Шток поршня соединен шарниром прямо с крыльями. Угол отклонения крыльев 70°.

Газ, сжатый до 60 атм, помещается в основном баллоне. Из основного баллона газ проходит через редукционный клапан в рабочий баллон и снижает давление до 15 атм. Продолжительность равномерной работы мотора достигает полминуты. Развиваемая мощность доходит до 0,05 л. с.

Запуск модели производится с рук. В первый момент выпущенная модель немного снижается и набирает скорость, после чего начинает набирать высоту до 15-20 м, очень напоминая полет птицы.

По мере ослабления мощности мотора модель переходит на снижение и парашютирование с очень небольшой поступательной скоростью.

Чтобы увеличить высоту полета, модель можно запускать с помощью предварительно растянутого резинового амортизатора, который быстро сообщает ей необходимую скорость в первый же момент взлета.

Детальных чертежей модели Халупского мы не имеем, но из фотографий, описания и киноснимков удалось установить схему ее устройства, которая приведена на рис. 32.

Рис. 32. Общий вид модели Ченека Халупского: 1 - качающаяся стойка; 2 - цилиндр; 3 - золотник; 4 - шасси проволочное; 5 - лонжерон крыла (ясень); 6 - нервюры крыла (тростник); 7 - ниппель заправки баллона; 8 - баллон для газа, сжатого до 60 атм; 9 - клапан, понижающий давление; 10 - баллон под давлением 15 атм; 11 - трубка подачи газа в золотник

Мотор, по-видимому, имел много общего с паровой машиной Харграва, описанной ранее, но вместо пара к нему подводился сжатый газ.

Образец редукционного клапана показан на рис. 33. Действие клапана происходит в следующем порядке. Натяжение гофрированной латунной мембраны 1 создается таким, что она через толкатель 2 отжимает шарик 3 от его седла, пересиливая давление пружины 4 и паза, поступающего из основного баллона и стремящегося прижать шарик к седлу, т. е. стремящегося закрыть отверстие.

Рис. 33. Схема устройства редукционного клапана: 1 - мембрана гофрированная, латунная; 2 - толкатель; 3 - шарик стальной; 4 - пружина спиральная; 5 - винт регулировки пружины; 6 - винт, герметизирующий отверстие

Через щель, появляющуюся под шариком, после, того как его отжал толкатель, газ проходит в пространство под мембраной и начинает давить на мембрану изнутри. Газ, воспринимая на себя давление натянутой мембраны, уменьшает давление толкателя на шарик и последний прикрывает отверстие. Как только газ из-под мембраны выйдет к мотору и давление его под мембраной уменьшится, мембрана опять через толкатель приоткроет отверстие и выпустит газ из основного баллона.

Отворачивая винт 5 и ослабляя давление пружины на шарик, облегчаем мембране отталкивание шарика от отверстия. Давление толкателя на шарик в этом случае уравновесится только при большем давлении газа под мембраной.

Следовательно, ослабляя давление пружины на шарик, можно увеличивать давление газа, поддерживаемое редукционным клапаном в рабочем баллоне.

Уменьшить давление в рабочем баллоне можно также, заменив толкатель 2 более длинным.

Винт с прокладкой 6 служит для герметизации отверстия.

Мотор предохраняется от ударов о землю дужками, сделанными из стальной проволоки.

По киноснимкам (рис. 34) видно, что лонжероны и нервюры устроены так, что в момент подъема крыльев они сильно прогибались, уменьшая сопротивление подъему. При опускании же они распрямлялись, увеличивали углы атаки и как бы увеличивали свою площадь опоры.

Рис 34. Зарисовки с киноснимков полета модели Ченека Халупского (три зарисовках не отражены наблюдавшиеся перемещения модели вверх, вниз и вперед. Снимки чередуются через 1/30 секунды)

Некоторые рекомендации для изготовления баллонов под сжатый газ имеются в уже указанной ранее книге Микиртумова.

При освоении машущего полета, добившись хороших полетов моделей, будут, скорее всего, сначала устанавливать небольшие машущие крылья на обычный, хорошо испытанный в полете одноместный планер.

Заменив тягу, получаемую у обычного самолета от винта, тягой, полученной от машущих крыльев, человек сможет в освоенном во всех отношениях аэропланном полете изучить работу и выявить особенности небольших машущих крыльев. После этого, постепенно уменьшая величину неподвижного крыла и увеличивая машущие участки крыла, можно в будущем получить машину, действительно летающую на одних машущих крыльях и использующую все выгоды получения тяги с помощью больших крыльев.