Бойцовки: Теория и практика конструирования F2D
Сегодня мы предлагаем вниманию воздушных бойцов достаточно необычный материал. В нем для моделистов «средней руки» представлены не только удачные примеры нескольких конструкторских разработок, которые с успехом можно использовать в практике воздушного боя, но и на их базе рассмотрены основные принципы расчета и создания новых машин. Надеемся, что теоретическая часть материала окажется даже более полезной, чем чисто информационная: она поможет не только в осмыслении достоинств и недостатков уже существующих моделей, но и в проектировании бойцовок новых типов.
Прежде чем качать знакомство с выбранными для примера конструкциями, хотелось бы сказать несколько слов о том, почему именно эти машины привлекли внимание. Их объединяет один признак — несущая передняя монокромка. Данная силовая схема крыла несколько устарела. Если говорить о высоком спортивном уровне, она полностью вытеснена пенопластовыми лобиками, имеющими деревянные двухполочные лонжероны и бумажную обтяжку пенопласта. Для мастеров, вероятнее всего, это наилучшее решение — достаточно технологичное, малое по массе и притом обеспечивающее высокую живучесть модели при принятых сегодня относительных толщинах профилей. Но именно «толстые» профили, хорошо зарекомендовавшие себя на современной чемпионатной технике и позволяющие в полной мере реализовать все достоинства пенопластовых лобиков, далеко не всегда подходят для бойцовок среднего, переходного уровня. Дело в том, что эталонная техника подразумевает использование «супермоторов» и изначально рассчитана именно на специализированные двигатели высочайшей мощности. Спортсмен же «средней руки» эксплуатирует чуть ли не в несколько раз более слабые двигатели и, естественно, должен при проектировании моделей иметь это в виду. Попытка воспроизведения чемпионатных бойцовок без коррекции их схемы дает неплохие результаты, кроме... быстроходности и маневренности - факторов, определяющих в первую очередь удачность и пригодность техники в воздушном бою.
Рис. 1. Чемпионатная модель воздушного боя "Макси Банзай" под двигатель рабочим объемом 2,5 см3
Представляется, что единственная возможность обеспечить удовлетворительную «конкурентоспособность» при ограниченной мощности двигателя — сделать логичный шаг назад и вернуться к схеме, оправдавшей себя в пору, когда энергетика бойцовых моторов исчислялась долями лошадиной силы, а не единицами «лошадей». Схема с монокромкой позволит (с привлечением новых знаний) создать достаточно маневренные модели с крыльями небольшой относительной толщины, какие необходимы для обеспечения быстроходности. Рамные каркасы, безусловно, менее живучи в условиях боя: для выведения модели из строя достаточно нарушить целостность обшивки в одной или двух секциях (в результате крыло искривляется и модель становится неспособной к полету, чего не происходит при развитом пенопластовом лобике). Однако это единственный серьезный недостаток, с которым приходится мириться — в остальном «устаревшая» техника выигрышнее! Кроме того, полезно учитывать и еще один фактор — технологичность в реальных условиях. Пенопластовые лобики хороши, когда в распоряжении моделиста есть хотя бы удовлетворительная оснастка, отличный исходный материал, накоплен большой опыт в подобной работе. В любом ином случае чемпионская технология дает результаты, несоизмеримо худшие по сравнению с монокромками! Примеров тому можно встретить множество, не говоря уже о технике юниоров. При этом потери идут не только по аэродинамике (а соответственно, по быстроходности и маневренности), но также и по массе и прочности модели в целом.
Первая из представленных бойцовок — типичная для западной чемпионатной школы конструирования, несущая громкое название «Макси Банзай»,— в основном создана из бальзы. Силовой лобик для повышения прочности и ударостойкости склеен из трех слоев древесины. Нервюры, косынки и элементы законцовок вырезаны из бальзового шпона толщиной 3 мм (как и все детали оперения). Силовая нервюра образована парой сосновых реек сечением 3x13 мм, между которыми вклеены блок в зоне моторамы (бальза), ось качалки (ОВС Ø2 мм), косынки задней кромки, проставки под вклейку стабилизатора (бальза толщиной по 1,5 мм). Задняя кромка дублированная - из сосновой рейки 3x6 мм (впереди) и бальзовой 5x6 мм (сзади).
Небольшое расстояние между сосновыми рейками силовой нервюры позволяет наклеить прямо на них сверху и снизу деревянные брусья моторамы сечением 12x13 мм. До профиля нервюра дополняется с левой стороны накладкой, полностью подобной типовым промежуточным нервюрам. Для облегчения процесса обшивки крыла пленкой справа от моторамы ставится еще и полунервюра. Центральный узел усиливается приклейкой блоков шпона из бальзы. Модель обтягивается толстой пленкой (для сравнения уточним, что толщина лавсана в известных наборах, состоящих из пяти разноцветных листов размером 600x1000 мм, в лучшем случае равна 0,025 мм).
Судя по большой сдвижке назад трубочек для вывода тросиков из крыла, модель рассчитана на высокую надежность натяжки корд, вне зависимости от мощности и режима двигателя и от погодных условий. Максимальная толщина профиля крыла — около 50 мм (профиль классического типа, похож на серию НАКА 00..).
Рис. 2. Чемпионатная модель воздушного боя английских спортсменов под двигатель рабочим объемом 1...1,5 см3. ("школьный" подкласс бойцовок).
Вторая модель — тоже знатного происхождения, родом из Англии. Спроектирована для участия в соревнованиях в классе «полуторакубовок» (соответствует отечественному подклассу школьных моделей) и рассчитана под серийный компрессионный двигатель весьма ограниченной мощности. Конструкция цельно-бальзовая. Силовая передняя кромка постоянного сечения 18x18 мм, задняя — 4x18 мм. Типовые промежуточные нервюры, элементы законцовок, зализы задней кромки — из древесины толщиной 3 мм. Из четырехмиллиметрового шпона вырезаются прикорневые и пара склеенных вместе заготовок корневой нервюры, а также руль высоты и прилегающая к нему задняя кромка. Поверх собранного каркаса центральная нервюра обшивается сверху и снизу фигурными вырезками из полуторамиллиметровой фанеры, связывающими среднюю зону в единый прочный узел. Как и на первой модели — бак жесткого типа, паянный из жести. Качалка управления из текстолита крепится на пластинчатом кронштейне (фанера 3 мм), выводы тросиков сильно смещены назад. Моторама образована сборкой из полуторамиллиметровой фанерной прослойки, двух брусьев моторамы из бука сечением 9x9 мм и бальзового «обтекателя» толщиной 9 мм. Обшивка модели — фирменная пленка, по характеристикам примерно соответствующая отечественному лавсану толщиной 0,02-0,025 мм. Центральная секция каркаса для усиления может дополнительно обтягиваться тонной капроновой тканью. Полезно обратить внимание на уголковый предохранитель иглы жиклера, зажимаемый над лапками картера При эксплуатации двигателя с передним распределением эта простенькая деталь поможет сохранить жиклер в любых ситуациях. Профиль крыла типа «пластинка» имеет толщину 18 мм.
Рис. 3. Чемпионатная модель воздушного боя отечественной разработки под двигатель рабочим объемом 2,5 см3. Основные признаки - "однонервюрная" схема и гибкий каркас крыла с уменьшенным моментом инерции. На рисунке слева приведена схема крепления двигателя на двух точках ( за заднюю стенку и головку цилиндра).
Третья модель воздушного боя — отечественной разработки. Спроектирована она под заметным влиянием рамной «однонервюрной» схемы, пропагандируемой журналом «Моделист-конструктор» и не встречающейся в других изданиях для моделистов. Основные признаки данной концепции — базирование на отечественных материалах, максимальная простота конструкции, учет таких важнейших факторов, как момент инерции модели относительно оси вращения в маневре и эффект упругого крыла (к сожалению, еще в недостаточной оцененный спортсменами). Силовая передняя кромка (эллипсного сечения, высотой 11 мм и длиной по хорде 17 мм) к обоим концам крыла имеет полутора-кратное уменьшение сечения. Центральное усиление кромки служит для того, чтобы дать возможность вдвинуть относительно тяжелый двигатель в крыло. При легкой хвостовой части бойцовки подобное мероприятие резко уменьшает момент инерции модели при неизменной центровке. В результате выигрывает не только характер управления, но и маневренность в целом. Сечение усилительной вставки —11x14 мм. Материал тот же, что и у кромки и всех других деталей модели,— сосна средней плотности, но повышенного качества (мелкослойная, без косослоя). Задняя кромка сечением 4x14 мм должна быть сделана из сосны с горизонтальным расположением годовых слоев. Промежуточные нервюры имеют сечение 4x16 мм, законцовки — 9x11 ...12 мм (последний размер — высота). Центральная нервюра представлена брусом сечением 9x18 мм. Косынки выпилены из фанеры толщиной 2.5...3 мм. Вся сборка ведется методом пролива заннволенных швов свежей эпоксидной пластифицированной смолой. Избежать применения дефицитной миллиметровой фанеры даже в зоне моторамы удалось за счет двух пар клиновидных накладок, жестко связывающих центральную нервюру с силовой кромкой. Двигатель навешивается по наиболее современной схеме — за уголки, привинченные к задней стенке картера и за кронштейн на головке цилиндра Подобная схема не только снижает массу модели, но также уменьшает момент инерции. После профилировки крыла (кстати, как замечено, полезнее при доводке передней кромки получить сечение, более близкое к треугольнику, чем к полукругу, хотя в идеале требуется правильный полуэллипс) и его обтяжки пленкой средней или увеличенной толщины места под узлы навески двигателя расчищаются, на них наклеиваются бобышки из бука или толстой фанеры, и через весь «бутерброд» проводится заклеиваемая с нитяной обмоткой стальная трубка — под главный винт крепления двигателя. Руль высоты — произвольной конструкции, но с минимальной массой. Здесь с учетом закона моментов инерции полезно знать, что облегчение руля на 5 г дает тот же результат, что и снятие 20 с задней кромки! Параллельно можно сделать и другой вывод: резко облегчив стабилизатор и его узлы, можно, например, не мелочиться с сечением задней кромки (исключая узлы центрального стыка) и вообще всех других деталей, расположенных недалеко от линии центра тяжести. При длинном массивном двигателе типа КМД-2,5 допускается балочная схема навеса стабилизатора В ней потери по моменту инерции в значительной мере компенсируются увеличением эффективности цельноповоротного оперения. Центровочный груз на внешнем конце крыла смещен к передней кромке, что заметно улучшает характер входа и выхода модели в прямые и обратные фигуры пилотажа. Толщина крыла в центре — 18 мм. Надо отметить, что при «однонервюрной» схеме каркаса этот размер не имеет особого смысла, так как на подавляющей площади реальная толщина профиля, заданного пленочной обшивной, намного меньше. При желании вместо одной промежуточной нервюры в каждой консоли можно установить по две, одновременно увеличив толщину профиля до 25...35 мм и перейдя на нервюрах на фанеру толщиной 2,5...3 мм. Так же из фанеры или сосновых реек делаются и надставки на центральную нервюру-балку, сечение которой допустимо в таком исполнении снизить до 9x11 мм. Однако к подобным экспериментам с перепрофилировкой нужно относиться осторожно. В ряде случаев это может дать не только уменьшение быстроходности, но и маневренности, напрямую связанной с гибкостью каркаса по размаху и податливостью пленочной обшивки.
В начальном варианте исполнения необтянутый каркас крыла предложенного типа с вмонтированным баком, системой управления и грузом на конце крыла имеет массу от 180 до 200 г. Тут же надо отметить, что при ограниченной мощности двигателя не стоит гнаться за сверхоблегчением модели. Как ни странно, это так. При «нечемпионских» скоростях полета облегченные например до 100 г модели воздушного боя маневренны, но совершенно ненадежны в смысле натяжения корд и управляемости не только при резких порывах ветра, но и даже в некоторых сериях фигур, сопровождающихся снижением скорости. Поэтому при площади крыла около 20 дм2 массу бойцовки в 400 г надо признать оптимальной. Фактор надежности натяжения корд столь важен, что иной раз приводит к парадоксальным результатам в классе «полуторакубовок» — известны случаи, когда только из-за соображений управляемости приходилось догружать исключительно удачные по аэродинамике и прочности машины небольших площадей! Поэтому и к выбору оптимума несущей площади необходимо относиться максимально внимательно, с учетом не только мощности мотора, но и всех других факторов.
Рис. 4. Методика расчета силовой передней монокромки на прочность и на изгиб
В помощь проектировщику новых бойцовок мы предлагаем достаточно подробный расчет прочности основного несущего элемента — силовой передней монокромки. Коэффициент, введенный в расчет изгибающего момента, выведен как среднестатистический. Он получен на основе обработки всех доступных материалов по удачным известным машинам и учитывает распределение и концентрацию масс по размаху. Рекомендуем пользоваться приведенным расчетом во всех случаях применения монокромки, особенно при создании новомодных гибких каркасов.
В. КИБЕЦ, инженер ЦКТБМ, руководитель кружка
Журнал Моделист Конструктор 8 1994
Похожие материалы: