Рейтинг: 5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Бойцовые сегодня и завтра. Часть 2.


Бойцовые сегодня и завтра. Часть 2. Окончание.

 

Окончание статьи из журнала МК  6 1988 г

      В прошлый раз мы познакомились с основными типами бойцовых моделей. А сегодня попытаемся разобраться, в чем же заключается смысл проектирования таких аппаратов, и с этой точки зрения оценить предложенные вашему вниманию разработки.

      Прежде всего — о путях достижения Сверхманевренности. Подавляющее число спортсменов считает, что стоит лишь обеспечить хорошую профилировку крыла, малую нагрузку на несущие поверхности и снабдить модель эффективным оперением, как поставленная цепь будет достигнута. Да, со значимостью приведенных факторов можно согласиться (если при этом принять множество различных поправок! Но об этом — чуть позже). Однако на таком фоне первостепенное значение приобретает еще один фактор, четвертый. Упоминания о нем уже встречались в литературе по моделизму, однако носили крайне неубедительный характер, были отрывочны и голословны, а более конкретные рассматривали слишком далекие  от  практики  примеры.

        О чем же пойдет речь? О моменте инерции относительно поперечной оси модели. Изредка это понятие встречается в лексиконе спортсменов, однако, судя по реальным конструкциям, ни малейшей степени конкретизации оно не достигло. Попытаемся сегодня связать воедино теорию и практику, тем более что каких-то сложных математических выкладок и экзотических физических законов для этого не потребуется. Достаточно знаний на уровне пятого класса школы!

 

Расчеты.

        Сразу же начнем с конкретного примера. Возьмем весьма неплохую «бойцовку» и попробуем ее «прокачать», чтобы найти интересующую величину момента инерции. Подобная операция является рядовой в процессе исследования в лабораториях аэродинамики.

     Бойцовая подвешивается либо на булавках, воткнутых в концы стабилизатора, либо напрямую за руль высоты, если петли его навески легки на поворот и есть возможность отсоединить тягу руля от кабанчика. Затем носик модели немного отводится в сторону и отпускается. Амплитуда колебаний подвешенной бойцовой обязательно должна быть ограничена несколькими миллиметрами, иначе на результате испытаний скажутся поправки, связанные с воздушным сопротивлением, демпфирующим качание крыла. «Прокачку» повторяют несколько раз, замеряя по секундомеру время пяти или десяти четно читающихся колебаний.   Результаты  замеров осредняются, и выводится  время  одного колебания.

      Остается точно замерить расстояние от точки подвеса до центра тяжести модели и взвесить ее. На базе этих данных после их подстановки в расчетную формулу (она приведена на рисунке 1) находим искомое значение. Сразу же отметим, что в отличие от расчетов, подобных аэродинамическим выкладкам, мы оперируем точными и достоверными значениями физических величин и получаем точные достоверные величины, «придраться» к которым невозможно.

 

Бойцовые сегодня и завтра. Часть 2.

Рис. 1. Схема "прокачки" полностью укомплектованной модели воздушного боя и метод расчета момента инерции.

 

       Итак, после «прокачки» конкретной бойцовой (которая, кстати, создавалась уже со знанием новых закономерностей) найден момент инерции, равный приблизительно 3*10-5 кг*М2. Много это или мало? Давайте прикинем.

      Предположим, радиус маневра нашей модели равен 1 м при скорости полета 180 км/ч, выполняется полупетля. В принципе условия расчета не критичны, важен ход расчета, и вы можете проверить его на других исходных данных. У нас же при условии постоянного углового ускорения (в других вариантах ускорение получится еще выше) и времени на выполнение всего маневра порядка 0,032 с получается, что угловое ускорение равно примерно 6000 рад/с. Зная момент инерции аппарата и ускорение, проще простого определить требуемый момент вращения. В нашем случае он равен 18 Н*м, или примерно 1,8 кгс*м.

       Теперь дело за прикидкой величины момента располагаемого. Перемножением скоростного напора воздуха (без учета струи от воздушного винта и торможения потока в районе крыла для стандартных атмосферных условий скоростной напор в зоне руля принимаем равным qp=q = 0,06V2 м/с) на площадь руля (м2) и коэффициент подъемной силы, в реальных условиях не превышающий 1, находим силу на руле. А так как плечо действия этой силы до центра тяжести аппарата уже известно, получаем — Мвр. распол = 0,06*502*0,01*1*0,3=0,45 кгс*м. Располагаемая величина в четыре раза меньше требуемой!!!

        Конечно, полностью доверяться теоретическому расчету аэродинамики не следует. Однако даже в самом лучшем случае с учетом обдува руля высокоскоростной струей от воздушного винта соотношение моментов изменится максимум в два раза, и М вр. распол. составит лишь половину Мтреб Единственная возможность обеспечить нужную маневренность бойцовой только по моменту инерции (пока не будем даже вспоминать, что есть множество факторов, дополнительно тормозящих вращение аппарата) — это снизить ее инерционность!

Бойцовые сегодня и завтра. Часть 2.

Рис. 2. Основные параметры вращения модели при выполнении полупетли

 

       Вот мы и добрались до главного. Остается найти пути снижения момента инерции. Чтобы было проще разобраться в этом вопросе, посмотрим, из чего складывается момент инерции предложенной модели. Итак: на двигатель с креплением и воздушным винтом приходится 0,6 кг*м2 (для отдельных элементов искомую величину несложно найти по формуле i = m*R2, где m — масса элемента, кг; R, как и в других случаях, — расстояние от центра тяжести элемента до центра тяжести полностью укомплектованной модели, м), на каркас крыла — 0,9 кг*м2, а руль высоты массой всего лишь 10 г дает... тоже 0,9 кг*м2! Становится ясно — важна не масса детали, а сочетание массы и плеча до центра тяжести, причем плечо играет первостепенную роль (сравните величины для двигателя и руля высоты), а требуемого снижения момента инерции удастся добиться только за счет резкого облегчения удаленных от центра тяжести модели элементов и уменьшения плеча для тяжелых узлов и деталей. Заодно отметим, что таким образом мы влияем исключительно на потенциальную возможность бойцовой совершать маневры с малым радиусом виража, никоим образом не вмешиваясь в другие характеристики (устойчивость, ветрозащищенность и прочие). При всех расчетах положение проектного центра тяжести остается прежним и определяется только соображениями устойчивости по углу атаки.

Облегченный руль высоты бойцовки

Рис. 3. Конструкция цельнососнового стабилизатора 50x250 мм массой до 6 г:

1, 6 — кромки (сосна сечением 2,5X2,5 мм), 2 — промежуточные распорки-нервюры (сосна сечением 1,5X2,5 мм), 3 — носики для монтажа фанерного кабанчика (липа толщиной 1,5 мм), 4 — обшивка, придающая стабилизатору ромбовидный профиль (лавсан толщиной 15—20 мкм), 5 — хвостик центральной нервюры (липа толщиной 1,5 мм), 7 — стенка лонжерона (сосна сечением 0.8Х2.5 мм), 8 — полки лонжерона (сосна сечением 2X2 мм), 9 — за-концовка (сосна сечением 2.5Х4 мм). Каркас стабилизатора собирается на плоской доске-стапеле на пластифицированной эпоксидной смоле, полки лонжерона и элементы центральной нервюры монтируются после съема со стапеля. Пролет кромок между распорками  не  более 40 мм.

 

      С точки зрения инерционности имеет смысл разделить модели на три «зоны» — каркас, двигатель, хвостовая часть с рулем высоты — и по отдельности разобраться с каждой.

      Возможностей облегчения двигателя при обычных приемах конструирования не так уж много. Поэтому пока примем, что единственный путь — максимальное вдвижение двигателя в крыло при желательном облегчении носовой части мотора с воздушным винтом. Укорочение носа и вала, облегчение кока и опорной шайбы пойдут лишь на пользу маневренности.

       Конечно, работа над двигателем и системой его монтажа на модели должна проводиться только в связи с облегчением хвостовой части модели! Особое внимание нужно уделить рулю высоты. Как выясняется, даже классические бальзовые рули тяжеловаты, особенно с учетом необходимости покрытия рыхлой древесины тканями и лакокрасочными материалами. Много возможностей таит и современная система подвески, рулей, включающая немало увесистых металлических элементов. Единственно допустимым вариантом кабанчика руля кажется фанерный, все другие, вплоть до пластиковых, проигрышны.

       По каркасу можно сказать лишь, что здесь много ошибок при конструировании не сделаешь. Но заметим, что даже на первый взгляд видны преимущества цельнопенопластовых аппаратов, где масса «каркаса» как бы размазана по хорде в отличие от наборных, которые имеют сосредоточения масс в невыходных зонах — по концу и началу крыла.

 Двигатель бойцовки

Рис. 4. Модифицированное крепление двигателя на лонжеронной части современного крыла. 

  Используется два уголка со стенками толщиной 1,5 мм, привертываемые к задней крышке картера. Через них проводится винт МЗ. Третья точка фиксации двигателя — уголковый кронштейн, привертываемый к головке цилиндра.


 

 

Бойцовые сегодня и завтра. Часть 2.

Рис. 5. Вариант модели с уменьшенным моментом инерции:

1 — косынка стыка кромки и законцовки, 2 — передняя кромка-лонжерон, 3 — нервюра, 4 — силовая подмоторная косынка, 5 — руль высоты, 6 — силовые полу-нервюры балки, 7 — задняя кромка, 8 —  качалка, 9 — законцовка.

 

        Теперь, вооружившись знаниями по моменту инерции той или иной модели, вы сможете и сами разобраться в достоинствах схем предложенных бойцовок. Конечно, есть еще немало факторов, влияющих на летные свойства моделей воздушного боя. Однако любые методы модифицирования будут бессмысленны без учета законов инерционности вращения. Кстати, теперь даже по внешнему виду аппарата вы сможете судить о его потенциальных данных вполне четко. Сильно вдвинут в кромку двигатель, да еще и центровка достаточно передняя, значит, модель в состоянии быстро развернуться! Некоторые судят о маневренности бойцовой по размерам руля высоты... И зря. Дело в том, что большие рули, как правило, слишком тяжелы и увеличивают момент инерции настолько, что становятся вредны. При этом вмешивается еще один фактор — вопрос обеспечения усилий в системе управления, вообще достаточных для поворота больших рулевых плоскостей на требуемый угол! Но это — разговор отдельный, хотя и не менее важный, чем о понятии инерционности по вращению. Пока же можно сказать, что сейчас при данных соотношениях элементов управления рули на моделях ведущих спортсменов близки к верхней допустимой границе.

А. Дарьин, инженер

 Похожие материалы: