"ЧТОБЫ ВЫИГРАТЬ ГОНКУ" модель класса F2C
Авиамоделистам-гонщикам спортивный сезон 1983 года принес много забот. Казавшееся крайне жестким ограничение по объему топливного бачка (вместе со всеми шлангами он не должен был превышать 7 см3) ФАИ наконец отменила и.. ввела новое — не более 5 см3! Пришлось переналаживать высокофорсированные уникальные микродвигатели мощностью чуть ли не а одну лошадиную силу, заново подбирать параметры карбюраторов и менять геометрию цилиндро-поршневой группы. Потеряли смысл отработанные многолетней практикой графики оптимального прохождения этапов гонки. Потребовался подбор и топливных смесей.
Безусловно, от работы винтомоторной группы зависит многое. Но ее усовершенствование не обеспечит высоких результатов, если и сама модель не станет другой. Прошедший спортивный сезон дает возможность сделать некоторые выводы, касающиеся планера гоночной. определить направление поиска. Во-первых, и это главное, модель должна стать максимально динамичной. Ведь чтобы сохранить в новых условиях высокую полетную скорость, придется увеличить число взлетов — посадок, а следовательно, возрастут связанные с ними потери времени. Во-вторых, необходимо еще внимательнее отнестись к аэродинамике. Раньше небольшие ошибки в решении внешней формы модели компенсировались форсированием двигателя. Теперь, когда кажется, что моторам предстоит работать на пределе, недопустимы даже малейшие неточности.
Сделать модель, отвечающую сегодняшним требованиям, поможет использование схемы «летающее крыло». О ее достоинствах наш журнал уже рассказывал (№ 9 за 1982 г.), сейчас же попытаемся разобраться, как добиться дополнительного снижения массы, как улучшить аэродинамику.
Весьма значительное влияние на общий вес любого элемента конструкции гоночной оказывает количество использованного при сборке клея. Моделистам приходится применять одно из самых тяжелых связующих - эпоксидную смолу или сделанные на ее основе составы: достоинства «эпоксидки» в том, что она полимеризируется практически без усадки, а значит, собранный на смоле каркас надолго сохранит заданную форму. Но это достоинство имеет и негативную сторону. Обычные клеи при высыхании теряют до 90% своей первоначальной массы (усыханием и объясняется склонность клееных деталей к короблению), а «эпоксидка» затвердевает без подобных потерь. Надо еще отметить, что длительное время загустевания смолы дает также двоякий эффект: она успевает впитаться в легчайшую пористую древесину бальзы на значительную глубину, упрочняя, но и одновременно чувствительно утяжеляя клеевой шов. Больше всего клеевых швов в крыле. До сих пор широко применялся сложный переклей из отдельных бальзовых пластин с различной ориентацией годичных колец. Как правило, передняя часть внешнего конца крыла выполнялась из плотной древесины с продольным расположением колец, что помогало консоли выдерживать нагрузки жесткого удара о руку механика. Остальные части делались из более легких пластин, плотность бальзы и ориентация колец изменялась как вдоль размаха, так и по хорде.
Использовав преимущества необычного очертания «летающего крыла», можно избавиться от сложного переклея и значительно уменьшить массу этого элемента. Достаточно расположить волокна вдоль сильно скошенной задней кромки, как силовая схема консоли превратится в жесткий замкнутый треугольник. Одна его сторона — прочная липовая передняя кромка, другая — усиленная фюзеляжем центральная часть крыла, третья... Она не одна — каждый плотный слой годичного кольца будет замыкать силовой треугольник. При этом нагрузки, возникающие при остановке модели, равномерно распределяются по всей консоли, чего нельзя сказать ни о какой другой схеме с параллельными размаху слоями древесины.
Силовой треугольник обеспечит также повышенную жесткость всего крыла на кручение — это важно при полете на максимальной скорости и обгонах. Изгибная жесткость консоли тоже на высоте, а выход всех скошенных слоев бальзы на замыкающую их липовую переднюю кромку предохранит крыло от растрескивания при самых жестких посадках. Все это позволяет снизить массу не только за счет ликвидации множества швов. Идеальная силовая схема дает возможность использовать бальзу меньшей плотности. Заметьте, что на чертеже показана отдельная подклеенная широкая задняя кромка из древесины повышенной прочности и веса. Несмотря на незначительную ширину шва, лучше избавиться и от него. Для этого воспользуйтесь характерным свойством древесины — ее неоднородностью. Как правило, широкие пластины бальзы имеют плотность, явно изменяющуюся вдоль ширины. Заготовку консоли можно вырезать именно из такой пластуны, расположив плотные участки в районе задней кромки. Пропитку каналов под тросики также лучше исключить, смолы на это идет немало. Хороший результат дает укладка в профрезерованные пазы тонкой пустотелой соломы.
Конструируя крыло гоночной, мы можем говорить только о снижении его массы. Аэродинамику плоскостей изменить не удастся — несущая площадь согласно правилам соревнований должна быть не меньше 12 дм2, профильное сопротивление современных крыльев итак минимально, увеличение же размаха, позволяющее закрыть участок корд, привело бы к непомерному росту массы нежестких консолей.
А вот над фюзеляжем можно поработать. «Обжимая» его со всех сторон, мы не только избавимся от лишнего веса и уменьшим площадь клеевых швов. Фюзеляж минимальных размеров обеспечит и минимальную величину смачиваемой поверхности, оказывающей заметное влияние на суммарное аэродинамическое сопротивление.
Так что же изменить в конструкции фюзеляжа и его форме? Начнем с носовой части. Заметьте, все гоночные модели имеют сравнительно короткий нос Почему-то никто не задумывается, что именно эта часть определяет обтекание всею фюзеляжа и центральной части крыла, оказывает значительное влияние на такую важнейшую величину, как КПД воздушного винта (сравните хотя бы известные сетки характеристик изолированных винтов и винтов, исследованных совместно с имитаторами фюзеляжа, — разница значительная). Поток, разогнанный пропеллером, тут же резко раздвигается и деформируется носовой частью, на последней создается подпор, уменьшающий эффективную тягу. Ведь даже минимально разрешенное значение мидолевого сечения фюзеляжа составляет до 17% площади диска воздушного винта! Стало быть, намного выгоднее использовать удлиненные носовые части, несущие на конце кок правильной удобообтекаемой формы.
Рис. 1. Кордовая гоночная авиамодель:
1 — законцовка (липа 4Х10 мм), 2 — передняя кромка (бальза плотностью δ = 0,09 г/см3), 3 — вставка (бальза S 0,07 г/см3; S 6мм), 4 — левая консоль (бальза δ =0,07 г/см3; S 6 мм), 5 — фонарь (оргстекло S 0,6 мм), 6— силовая кромка (липа 5x10 мм), 7— накладка (граб S 1,5 мм), 8 — обшивка (стеклоткань 0,02 мм на паркетном лаке), 9 — внешняя законцовка (липа 4X15 мм), 10 — задняя кромка (бальза δ = 0,09 г/см3), 11 — правая консоль (бальза δ = 0,08 г/см3; S 6 мм), 12 —окантовка кромки (липа S 0,8 мм), 13 — щиток тормоза, 14 — руль высоты, 15 — кромка (бальза δ = 0,09 г/см3), 16 — косынка-полоз (титан S 0,5 мм), 17 — трубка выхода корд, 18 — кок воздушного винта, 19 — фюзеляж, 20 — стойка шасси (титан), 21 — обтекатель (стеклопластик), 22 — окно выхода охлаждающего воздуха и выхлопных газов, 23 — обтекатель костыля (липа), 24 — подкрыльевой продольный лонжерон, 25 — киль (бальза или стеклопластик), 26 — съемная крышка, 27 — подмоторная балка (липа, граб), 28 — моторама (МА-8), 29 — окно входа охлаждающего воздуха, 30 — колесо с заваренной дюралюминиевой ступицей, 31 — направляющая трубка (соломина), 32 — армировка передней кромки (проволока ОВС 0,4 мм). Справа внизу — схема сборки крыла.
Хвостовая же часть фюзеляжа на «летающем крыле» — совершенно бесполезный элемент. Единственная его функция — обеспечить обтекаемый сход с миделевого сечения и закрыть тяги, идущие к рулям. Жесткое широкое крыло в подкреплении не нуждается, нагрузка на хвостовую точку шасси при правильно выбранном положении основной стойки минимальна даже при самых жестких посадках. Если двигатель имеет заднее направление выхлопного окна, подкрыльевой объем фюзеляжа даже вреден. Дело в том, что поток воздуха, охлаждающий цилиндр мотора, после выхода из капота как бы дополняет его срезанную корму. Введение в эту зону большого количества газов выхлопа только увеличивает эффективность «газового зализа». На обычных же фюзеляжах выброс через борт объема сгоревшей смеси, резко расширяющегося после выхода из цилиндра, дает эффект, подобный чуть ли не двойному увеличению миделя.
Спорный вопрос — какое ставить шасси? Убирающаяся стойка обеспечит улучшенные характеристики разгона, повышенную скорость полета модели. Значимость этих улучшений пока не определена, зато точно известно, что система уборки уменьшает общую надежность аппарата, требования к которой в классе F2С весьма высоки. Как представляется, больше пользы в грамотно оформленном обтекателе колеса и в «чистых» переходах стойки в фюзеляж и обтекатель. Данные, заимствованные у «большой» авиации, говорят, что сопротивление шасси гоночной можно свести к пренебрежимо малой величине. При этом надо отметить, что известные системы уборки стойки шасси дают весьма чувствительный прирост массы модели, и неизвестно, в какую сторону изменились бы динамические свойства микросамолета после установки на нем подобного устройства.
Заканчивая разговор о шасси, хочется обратить внимание на другие немаловажные факторы. Один из них — расстояние от основного колеса до хвостовой точки опоры. Чем оно больше, тем устойчивее будет вести себя модель на земле, тем короче станет костыль. Стояночный угол должен быть в определенных пределах, обеспечивающих безотрывное обтекание тонкого крыльевого профиля при разбеге. Оптимальное его значение — около 10°, не больше. Разворот колеса, предохраняющий модель от заезда в круг, должен быть порядка 2°. Расстояние же между стойкой шасси и плоскостью симметрии гоночной нужно выбрать таким, чтобы в любом случае избежать необходимости дополнительной загрузки внешнего конца крыла.
И еще одна особенность предложенной вашему вниманию «гонки» — аэродинамический тормоз. Эффективность его такова, что допускает выключение двигателя буквально за полкруга до места посадки, в результате в несколько раз сокращается и пробег по земле. Расположение тормозного щитка на задней кромке центроплана выбрано не случайно. Оно обеспечивает одновременное удовлетворение требований, предъявляемых к аэродинамическому тормозу: максимальное быстродействие, наименьшие усилия срабатывания (как открытия, так и закрытия), минимальная масса устройства. Конструкция привода и самого тормоза не должна ослаблять ни один из других элементов гоночной. Очень важны условия полного отсутствия моментов по тангажу при срабатывании щитка и сохранения максимальной управляемости модели на всех режимах полета и посадки.
Рис. 2. Конструкция фюзеляжа и управления:
1 — кок воздушного винта, 2 — двигатель, 3 — моторама, 4 — фонарь, 5 — автомат остановки двигателя с качалкой привода тяги щитка, б — фигурка пилота, 7 — съемная крышка, 8 — топливный бак, 9 — узел герметизации хвостового отсека фюзеляжа под тягу щитка, 10 — верхняя часть фюзеляжа, 11 — киль, 12 — жесткая тяга привода щитка, 13 — гибкая тяга руля высоты в боуденовой оболочке, 14 — фальшшпангоут крепления боуденовой оболочки, 15 — кабанчик руля высоты, 16 —кабанчик щитка, 17 — подкрыльевой продольный лонжерон (липа 2X6 мм),18 — качалка, 19 — бобышка оси качалки (липа), 20 — силовой шпангоут (фанерный переклей), 21 — окантовка отверстия под ключ, 22 — ось щитка (заклеена в щитке с накладкой дополнительной ленты стеклоткани), 23 — тормозной щиток (бальза), 24 — верхняя пластина щитка (бальза), 25 — кромка щитка (липа), 26 — стык щитка с верхней пластиной (стеклоткань, про питанная эпоксидной смолой).
Некоторых конструкторов гоночных может смутить расположение руля высоты на левой половине крыла. Как показала практика, это не вызывает крена модели на старте. (Склонность модели к уходу в круг в первые секунды разбега означает, что не совсем точно определено необходимое смещение оси колеса.) При посадке с открытым щитком движение по земле чрезвычайно стабильно, в критических ситуациях натяжение корд сохраняется вплоть до полной остановки.
Подгоняя тормозной щиток к «карману» в крыле, учтите, что гораздо лучше, когда нижняя поверхность закрытого щитка располагается чуть выше образующей крыла, чем наоборот (для руля высоты рекомендации обратные — заниженная толщина руля приводит к заметному уменьшению его эффективности). Чтобы щиток в полете был всегда четко закрыт, кабанчик привода выполняется из тонкой проволоки. Тогда можно отрегулировать привод так, чтобы тормозной элемент полностью закрывался чуть раньше, чем завершит движение управляющий им автомат остановки двигателя. Доведенный в рабочее положение подвижный шток или рычаг автомата через жесткую тягу немного сдеформирует упругий кабанчик. А это гарантирует плотное прилегание передней кромки щитка к крылу.
Итак, мы обеспечили отличные разгонные характеристики гоночной, максимально уменьшив ее массу, и резко сократили время, затрачиваемое на погашение высокой скорости модели. Ее конструкция стала проще и надежнее. Можно считать, что задача, поставленная перед нами новыми правилами, решена.
А. АЛЕКСЕЕВ, мастер спорта СССР
журнал Моделист Конструктор 1983 10
Похожие материалы: