Самомашущие планеры

Наблюдение за парением птиц показывает, что они используют не только потоки воздуха, восходящие вверх, но и потоки, направленные горизонтально.

Н. Е. Жуковский теоретически доказал, что планер может силу порывов горизонтального ветра временно поглощать - аккумулировать, чтобы затем использовать ее на увеличение скорости или на набор высоты.

Конструктором Монацковым в 1954 году был построен и успешно испытан планер, названный им "Кошук", крылья которого под напором налетающего порыва ветра приподнимались и рычагами сжимали воздух в цилиндре, установленном на фюзеляже. В момент последующего ослабления силы порыва разжимающийся в цилиндре воздух, энергично опускавший крылья, сообщал планеру толчок, увеличивающий скорость полета.

Таким образом, взмахи крыльями на этом планере производятся не за счет двигателя, установленного на нем, а за счет набегающих порывов ветра. Крылья, удерживаемые в спокойном полете воздухом, своеобразной пневматической рессорой, раскачиваются порывами воздуха и как бы машут сами. Планеры такого типа называют самомашущими.

Модели планеров с подрессоренными крыльями, использующими отдельные одиночные порывы ветра, строили многие моделисты. Удачные полеты совершила подобная модель, выполненная моделистом А. Иванюта.

В некоторых случаях порывы ветра сохраняют довольно строгую периодичность - пульсацию. Для полетов в таком ветре очень важно, чтобы период пульсаций ветра совпадал с периодом собственных колебаний подрессоренных крыльев. Только в этом случае колебания крыльев будут иметь наибольшую амплитуду. В противном случае колебания могут вообще не начаться. Это очень наглядно можно продемонстрировать на макете, сконструированном И. В. Виертом. У макета планера вместо крыльев были укреплены подрессоренные дощечки.

Удерживая макет в руках и подтолкнув крылья, можно сосчитать число их колебаний в секунду, т. е. определить период собственных колебаний. Если начать раскачивать руками весь макет в такт собственным колебаниям крыльев, то отклонения их приобретут наибольшую величину, если же не в такт, то раскачивания не получится. Результат всем знакомый по опыту с раскачиванием качелей. Ожидается, что совпадение периода собственных колебаний с периодом горизонтальных порывов будет не только способствовать уменьшению скорости снижения самомашущего планера, но и позволит ему набирать высоту.

Очень оригинальны модели, сконструированные И. А. Жидких за счет автоколебаний. Эти планеры непрерывно машут крыльями при равномерном планирующем спуске в совершенно спокойном воздухе.

Предполагать, что самомашущие планеры такого типа смогут набирать высоту в неподвижном воздухе, нет никаких оснований, но не исключена возможность, что потенциальная энергия высоты, теряемая при спуске у моделей с самомашущими крыльями, в будущем будет использоваться целесообразнее, чем у планеров с неподвижными крыльями, и что дальность планирования у них окажется большей, чем обычная. Дальность планирования самомашущих планеров И. А. Жидких, описанных ниже, на наш взгляд, не отличается от дальности обычных.

У простейших моделей, сделанных И. А. Жидких из бумаги, крылья поднимаются и опускаются благодаря упругости бумаги. В моделях большого размера упругим элементом крыла является рессора, сделанная из лезвия безопасной бритвы.

Аэродинамическая сила, поднимающая крылья, сама по себе автоматически уменьшается за счет изменяющихся углов набегания воздуха к моменту прихода крыла в верхнюю точку. Затем она опять автоматически возрастает к моменту прихода крыла в нижнюю точку.

На полетах таких моделей можно изучать условия возникновения автоколебаний и возможность их практического использования, условия, влияющие на устойчивость и управляемость машущих аппаратов, и многое другое из области машущего полета.

Регулировать такие модели довольно трудно, но зато их сравнительно просто изготовлять. Удачно отрегулированная модель самомашущего планера всегда вызывает восторг зрителей, удивительно сильно напоминая своим полетом полет птиц. Не исключена возможность, что экономичность полета птиц обеспечивается частичным использованием автоколебаний крыльев.

Простейшие самомашущие модели вырезают из бумаги, форма их может быть произвольной. Необходимо только выдерживать углы отклонения концов крыльев и хвоста, показанные на рис. 46 и 47.

Рис. 46. Способ вырезания и разметки линий сгиба концов крыла и хвоста у самомашущих планеров И. А. Жидких

Для того чтобы центр тяжести модели находился примерно в передней трети хорды крыла, на носу модели укрепляют грузик. Очень важно, чтобы вес грузика соответствовал упругости и размаху крыла. Если в полете крылья модели прогибаются вверх и вибрируют, то это значит, что груз велик или что велик размах модели для данного сорта бумаги. Из газетной бумаги можно делать модели размахом около 10 см, из тетрадной - до 15 см, из чертежной - до 30 см.

Рис. 47. Углы отгибания концов крыла и хвоста у самомашущих планеров

Если модель, нормально планируя, не машет крыльями, надо увеличить скорость ее планирования, добавляя груз, но не изменяя места расположения центра тяжести. Частота колебаний крыльев равна 5-10 колебаний в секунду. Углы отклонения равны 30-45°.

Модель с рессорой, сделанной из лезвия бритвы, состоит из крыльев, фюзеляжа и хвоста (рис. 48).

Рис. 48. Общий вид самомашущего планера И. А. Жидких с рессорой, сделанной из стальной бритвы: 1 - крылья (концевые плоскости подогнуты вниз); 2 - фюзеляж; 3 - хвост; 4 - рессора с оправкой; 5 - пропил в фюзеляже; 6 - полоска бумаги (наклеена на крылья)

Контур крыльев этих моделей может быть очень разнообразным. Он может напоминать крылья аиста, чайки и других птиц, летучих мышей или даже доисторических летающих существ - птерозавров.

Крылья изготовляют из писчей бумаги и тонких бамбуковых лучинок.

На рис. 49 даны примерные размеры крыльев под рессору, изготовленную из лезвия бритвы толщиной 0,08 мм. Размеры крыла могут изменяться в зависимости от веса фюзеляжа и степени упругости рессоры.

Рис. 49. Размеры крыла под рессору, сделанную из лезвия бритвы толщиной 0,08 мм

Чтобы придать крыльям модели большую прочность и упругость, для -них нужно сделать легкий каркас. Такой каркас делают из бамбуковой лучинки сечением 1X1 мм, согнутой под прямым углом (см. рис. 49). Лучше изогнуть сначала одну толстую реечку, а затем расщепить ее пополам; это обеспечит симметричность обеих половин крыльев.

Бамбуковый каркас приклеивают к бумаге и накрывают оставленными краями бумажной обтяжки крыла (см. рис. 49). На линии CD сгиба концевых частей крыла нужно наклеить полоски бумаги шириной до 8 мм. Вместо бамбуковой реечки на переднюю кромку крыла можно наклеить сужающуюся к концу полоску из плотной бумаги.

Лезвие для рессоры нужно слегка отпустить, чтобы оно не было хрупким и сохранило свою упругость. Для этого его нагревают на пламени так, чтобы оно едва заметно изменило цвет, и дают остыть на воздухе. Если лезвие не слишком сильно нагреется, то делается вязким и неупругим. Лезвие разрезают пополам, срезают острое ребро и делают по краям заусенцы (надрезы) простыми ножницами (рис. 50).

Рис. 50. Обработка лезвия бритвы для использования его под рессору

Обычным клеем стальную рессору к бумаге крыльев приклеить трудно, поэтому зазубренные концы рессоры предварительно заклеивают с двух сторон марлей и бумагой и высушивают под прессом (рис. 51). Заусенцы рессоры, склеиваясь с марлей, прочно удерживают бумажные накладки.

Рис. 51. Укрепление марлево-бумажных оправок на концах рессоры

Расстояние между ближними краями бумажный накладок на рессоре должно составлять 20-25 мм. Увеличение этого расстояния уменьшает жесткость рессоры, а поэтому крылья модели в полете будут отгибаться вверх, не возвращаясь в исходное положение. Наоборот, уменьшение расстояния между краями бумажных накладок приводит к усилению жесткости рессоры, а поэтому крылья будут иметь слишком малоподвижное крепление и модель не будет махать ими.

Для соединения обеих половин крыльев в одно целое бумажные накладки рессоры плотно приклеивают к крыльям и заклеивают сверху бумажной накладкой несколько большего размера.

Фюзеляж выпиливают лобзиком из трех-пятимиллиметровой фанеры. На фюзеляже делают пропил для закрепления рессоры, проходящий от носа модели несколько выше ее центра тяжести (рис. 52). Вес готового фюзеляжа должен быть равен 4-6 г.

Рис. 52. Форма и размеры фюзеляжа

К верхней концевой части фюзеляжа приклеивают хвост, размеры выкройки которого даны на рис. 53. Переднюю и заднюю кромки подгибают и приклеивают для большей жесткости. Хвост сгибают после высыхания бумаги. Углы отгибов показаны на рис. 47.

Рис. 53. Выкройка хвоста и углы его отгибов

Рессору с укрепленными на ней крыльями, перед тем как вдвинуть в пропил фюзеляжа, обертывают полоской наждачной бумаги шириной, равной толщине фюзеляжа (наждаком внутрь, а не наружу), и осторожно вдвигают вглубь, добиваясь того, чтобы центр тяжести модели оказался на рессоре. Подгибая пальцами рессору, придают крыльям позвопоперечное V=60-170°.

Концевые части крыльев отгибают вниз по ранее намеченной линии CD с таким расчетом, чтобы они по отношению к остальной части крыльев составили угол 140-160°.

Взяв модель рукой за фюзеляж, сообщают ей небольшие колебательные движения вверх и вниз и следят за колебаниями крыльев. После отклонения они должны четко занимать исходное положение. Если крылья это положение занимают вяло, нужно рессору заменить более жесткой. Если при сильных взмахах крылья с трудом отклоняются от исходного положения, рессору заменяют менее жесткой.

Вместо рессор можно применять наждачную прокладку, делая ее более широкой (в этом случае она усиливает жесткость рессоры) или менее широкой (ослабляет жесткость рессоры).

Если задние кромки правого и левого крыльев отклоняются несимметрично, то их можно склеить полоской бумаги, приклеив ее и к фюзеляжу.

Небольшим перемещением рессоры вперед или назад по прорезу добиваются планирования модели без взмывания или перехода на нос. Увеличением веса фюзеляжа (путем прикрепления к нему кусочков пластилина) без перемещения центра тяжести можно добиться увеличения скорости до наступления эффектного махания крыльями модели в полете.

При малой амплитуде колебаний крыльев можно добавить груз к фюзеляжу, при очень большой амплитуде колебаний крыльев, ведущей к опрокидыванию модели, вес фюзеляжа надо уменьшить.

Хорошо отрегулированная модель должна совершать равномерные колебательные движения крыльями.

Рис. 54. Формы бесхвостых самомашущих моделей планеров

Махать крыльями могут также и модели бесхвосток. На рис. 54 показаны возможные формы таких моделей.