РЕЗИНОМОТОРЫ
Широкое использование резиномоторов (резиновых двигателей) на моделях разного рода вызвано легкостью и простотой их изготовления, а также тем, что они универсальны. Такие двигатели могут быть сделаны практически любой заданной мощности и любых размеров, если это не ограничено нормативами, в случаях, например, использования их на спортивных моделях. Масса резинового мотора может быть от долей грамма до сотен грамм.
Особенностью резины является способность запасать потенциальную механическую энергию и возвращать ее в виде кинетической энергии, вращающей винт. Имеются и другие аккумуляторы механической энергии, например стальные пружины. Но, сравнивая количество запасенной механической энергии, отнесенное к единице массы, легко убедиться, что резина в 30—60 раз эффективнее пружин. Этот сравниваемый параметр называется удельной энергией.
Оглавление
ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНОМОТОРОВ НА МОДЕЛЯХ
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗИНОМОТОРА
РЕМОНТ РЕЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗИНОМОТОРОВ НА МОДЕЛЯХ
Высокие характеристики упругости резины при весьма малых остаточных деформациях позволяют успешно использовать ее в качестве двигателей для моделей. Существуют различные классы авиамоделей, на которых используются резиновые двигатели. В спортивных соревнованиях применяются модели самолетов с резиновыми двигателями, имеющими следующие основные параметры: масса резинового двигателя не должна превышать 40 г в смазанном состоянии (при полетной массе модели 230 г). Несущая площадь должна находиться в пределах 17—19 дм2. Типичная модель этого класса представлена на рисунке 173 ниже. Модель обладает высокими летными данными. Построил ее мастер международного класса В. Н. Матвеев.
Имеются резиномоторные модели меньших размеров, например класса В-1. Масса резины у них ограничена 20 г. Несущая поверхность не более 11—12 дм2. Масса модели 150 г. По этим видам моделей также проводятся спортивные соревнования.
Используют резиновые моторы и при постройке моделей-копий самолетов (рис. 174).
Особый интерес представляют самые легкие летательные аппараты — комнатные модели самолетов, масса которых в отдельных случаях составляет менее одного грамма. Предназначены они для полета в помещениях, где нет движения воздуха. Несмотря на столь малые размеры и массу, они могут находиться в полете длительное время — свыше 20 минут. Несущие поверхности этих моделей обтянуты микропленкой. Одна из комнатных моделей показана на рисунке 175.
Резиновые моторы используют не только для летающих моделей, но также и для моделей различных судов: подводных лодок, надводных кораблей, глиссеров. При использовании резиномоторов на этих моделях к ним предъявляются те же требования к эксплуатации, что и для летающих моделей.
Смазывают резиновые двигатели касторовым маслом.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗИНЕ
Что же представляет собой резина и каким образом она получается? Сырьем для резины является сок тропического дерева гевеи. На воздухе он превращается в густую упругую массу, называемую к а у ч у к о м. Хотя каучук и обладает свойствами резины, он имеет высокую остаточную вытяжку и нетермостабилен — при температуре около 50— 70°С превращается -в липкую массу. На территории нашей страны гевея не произрастает, но имеются каучуконосные растения типа кок-сагыз, сок которых также превращается в каучукообразиую массу.
Для получения из каучука резины в него добавляют несколько процентов серы, а также небольшое количество других компонентов. Полученная смесь подвергается нагреву до температуры 140—145°С. При этом молекулы серы связывают между собой отдельные большие молекулы каучука, имеющие форму нитей. После охлаждения масса приобретает термостабильность и новые механические свойства. Такой продукт называется резиной. Поскольку в настоящее время потребность промышленности в резине велика, а количество натурального каучука недостаточно, учеными разработаны промышленные способы получения синтетического каучука из широкодоступного сырья. Этот способ был предложен советским ученым академиком С. В. Лебедевым. Синтетические резины имеют высокие механические свойства, однако они уступают натуральной резине из каучука, которая имеет более высокие энергетические характеристики. Лучшие сорта резины для моделей, например «Пирелли» (Италия), изготавливают из натурального каучука.
Каучук, смешанный с серой без термической обработки (вулканизации), называется сырой резиной. Вулканизацию сырой резины обычно проводят в термошкафах или в вулканизаторах.
Резина при взаимодействии с органическими растворителями (керосин, бензин, бензол) впитывает эти вещества, увеличиваясь в несколько раз в объеме, теряя при этом прочность и упругость.
Резиновый клей является раствором каучука в бензине, поэтому использование его для склеивания напряженных резиновых изделий недопустимо. Растворяют резину и минеральные масла, полученные из нефти. Растительные масла животного происхождения, а также жиры (касторовое масло, рыбий жир) и глицерин не оказывают вредного влияния на резину. Созданы специальные сорта резины, которые незначительно поглощают органические растворители, почти не влияющие на их механические свойства. Такие сорта резины называют бензиномаслостойкими. В моделизме их применяют при эксплуатации компрессионных двигателей. Для сохранности резину пересыпают тальком.
Резина окисляется, особенно на солнце, кислородом воздуха. В результате окисления на поверхности образуются твердые соединения, что при растягивании приводит к образованию трещин и разрыву резиновой ленты.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗИНОМОТОРА
Длина резиномотора модели задается при проектировании последней. Тем не менее, при конструировании в зависимости от сорта и качества резины можно изменять ее длину. При длине резиномотора меньшей, чем расстояние между заделками (местами закрепления концов резиномотора), не срабатывает стопорное устройство воздушного винта и происходит неправильное его складывание, нарушающее аэродинамику модели. В результате изменяются виражи планирования, что приводит к сваливанию ее в крутую спираль или к кабрированию.
В случае большей длины, которая может получиться при вытяжке резины, что характерно для некоторых сортов венгерской резины, или специального удлинения резиномотора до 20%, зависящего от сечения фюзеляжа, резину заплетают. Сплетение возможно, если резиномотор имеет длину вдвое большую, чем расстояния между местами крепления; кроме того, удвоенная длина удобнее при его установке в фюзеляже.
Расчет резиномотора в основном сводится к определению максимально допустимого числа оборотов при избранной конструкции модели. Заданное число оборотов винта зависит в первую очередь от технических данных применяемой резины.
Резина, используемая для резиномоторов, различается по удельной энергии, т. е. работе, которую способен совершить один килограмм резины. Отечественные сорта резины имеют удельную энергию 375 дан/кг, венгерская круглая резина — 400—500 дан/кг; наилучший сорт авиамодельной резины (итальянской фирмы «Пирелли») имеет удельную энергию 500—650 дан/кг. Отдаваемая энергия зависит от длины резиномотора. При относительно длинных двигателях отдаваемая энергия возрастет, так как в этом случае волокна резины вытягиваются равномерно и полнее запасают энергию. В коротких двигателях из-за относительно большого сечения периферийные нити резины растягиваются в большей степени, чем внутренние, из-за чего происходит неравномерная нагрузка резины и неполное использование ее упругих свойств.
При раскручивании короткого двигателя между лентами резины возникает трение, вследствие чего потенциальная энергия резины переходит в тепло, что уменьшает отдачу энергии резиновому двигателю. Однако необходимо учитывать и тот факт, что короткий двигатель позволяет при той же массе резины использовать воздушный винт большего диаметра, с большей тягой; такой двигатель имеет больший крутящий момент, а винт большего диаметра имеет более высокий полетный к.п.д. по сравнению с винтом меньшего диаметра (например, модели самолетов класса В-2). Полетным к.п.д. называют отношение скорости полета модели к скорости потока воздуха, которое выражается формулой:
где Vm — скорость полета модели,
Vn — скорость потока за воздушным винтом. Размеры двигателя резиномоторной модели класса В-2 выбирают, исходя из требования получения максимальной продолжительности полета, зависящей также и от метеорологических условий.
Из сказанного следует, что увеличение длины резиномотора приводит к увеличению количества возвращаемой энергии, но полетный к. п. д. винта уменьшается, и наоборот, уменьшение длины двигателя ухудшает энергетические качества резины, но увеличивает полетный к. п. д. винта. Кроме того, налагаются дополнительные требования на двигатель; в отдельных случаях желательно иметь большую высоту полета модели — большая высота полета увеличивает вероятность попадания модели в восходящий поток воздуха.
Во многих случаях требуется иметь повышенную энергоотдачу от используемого резиномотора. Как было сказано ранее, на практике выбирают оптимальное соотношение относительной длины резиномотора и диаметра винта. В некоторых случаях при заданном диаметре винта повысить энергоотдачу можно применением редуктора. Редуктор позволяет увеличить относительную длину резиномотора и, следовательно, увеличить равномерность натяжения резиновых нитей и полнее использовать энергетические возможности резины.
Передаточное отношение редуктора должно выбираться, исходя из конкретных условий, но не более 3. При конструировании такого редуктора особое внимание уделяют его механическому к.п.д. Увеличению к. п. д. способствует использование для установки осей шариковых подшипников, точное соблюдение межцентровых расстояний шестерен, точность изготовления зубьев шестерен, подбор материала и их смазка. При использовании редуктора на резиномоторных моделях важно, чтобы его масса была минимальная. В противном случае чрезмерно большая масса сведет на нет увеличение энергоотдачи резины.
Схема редуктора показана на рисунке 176. Достоинством данного редуктора является получение большей энергоотдачи и, соответственно, достижение большей продолжительности полета; но в этом случае увеличивается длина фюзеляжа, что может привести к неблагоприятной компоновке, ухудшающей летно-технические данные. Для более компактной энергоустановки может использоваться схема редуктора, показанная на рисунке 177.
При такой компоновке используются два или несколько резиномоторов небольшого сечения, что позволяет значительно сократить длину фюзеляжа модели при высоком использовании энергоотдачи резины. Однако и здесь имеется одни недостаток — конструкция модели при этом усложняется.
Перед изготовлением двигателя необходимо провести его расчет. Исходными данными для расчета являются масса двигателя и его длина. На спортивных моделях класса В-2 масса двигателя в смазанном виде не должна превышать 40 г. Длина двигателя определяется расстоянием между местами крепления резиномотора на модели. Полагая, что изготовленный двигатель прошел определенную обработку (динамическую формовку, см. ниже), необходимо знать, какие максимальные числа оборотов допускает двигатель при закрутке. Допустимое число оборотов определяется по формуле:
Если для резиномотора используется отечественная резина, то удобно определить допустимые значения оборотов по графику, представленному на рисунке 178.
Изменение крутящего момента резиномотора в зависимости от числа оборотов раскручивания показано на рисунке 179
Разрезают резину на ленты-полосы обычно размером 1x3, 1x4, 1x5, 1x6; некоторые виды резины имеют круглое сечение диаметром 1,3 мм. Различные сечения вызваны разным назначением, удобством эксплуатации и другими причинами. Так, например, размер 1 х 3 мм удобно использовать для моделей, имеющих относительно большую длину резиномотора.
При заданной длине двигателя масса резины ограничена спортивными правилами. Более широкие ленты резины удобнее при изготовлении и эксплуатации относительно короткого резиномотора. Круглое сечение удобно тем, что трение между лентами резины минимально и возможность образования заусенцев или надрезов меньше. Резина такого профиля удобна для изготовления резиномоторов небольших моделей, таких, как комнатные летающие модели, модели подводных лодок и т. п.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗИНОМОТОРОВ
Резиновые ленты, если на них имеется излишнее количество талька, нужно промыть в теплой воде с мылом. Сушить резину следует в помещении, где на нее не могли бы попадать прямые солнечные лучи и пыль. После сушки резину взвешивают, подготавливают место для изготовления резинового двигателя. Масса резины должна составлять 96% массы резиномотора: оставшиеся 4% используются для смазки резиновых лент. В деревянную доску, покрытую полиэтиленовой пленкой, вбивают два гвоздя; расстояние между ними равно длине резиномотора. На гвоздь, во избежание повреждения поверхности резиновых лент, надевают ниппельную резину пли полихлорвиниловую трубку. Намотку резины проводят при равномерном натяжении.
Производя намотку резины, получают одну или несколько вязок резиновых лент. Связывают ленту морским узлом, как показано на рисунке 180.
Выполняют узел в два этапа: сначала в свободном состоянии ленты, за-тем — в натянутом. Для уменьшения трения в месте связки резину смачивают водой. Связывание резиновых лент является ответственной операцией, так как, если узел развяжется при закрутке двигателя на старте, это приведет к значительным неприятностям и даже к разрыву резинового двигателя.
Обычно связывание резиновых лент производят с помощником. Помощник натягивает резиновую ленту, в то время как оператор производит закрепление узла нитками. Для связывания резиновых лент применяют нитки № 10.
Готовый резиномотор для удобства эксплуатации в местах крепления перевязывают тонкой резинкой. После того как резиномотор готов, его смазывают медицинским касторовым маслом. Смазывать резиномотор надо равномерно. После смазки его оставляют на несколько дней, чтобы касторовое масло впиталось в резину. После этого производят дополнительную смазку, а затем— динамическую формовку резины.
Динамическая формовка значительно улучшает упругие свойства резины, позволяя увеличить число оборотов закрутки резиномотора. Имеются различные способы формовки резины, один из которых заключается в последовательном закручивании и раскручивании резинового двигателя, начиная с 20—25% допустимого числа оборотов с последовательным прибавлением по 80—130 оборотов.
В промежутках дают резине «отдых» 15—20 мин. Обычно доводят закрутку до 80—85% от максимально возможного числа оборотов. Отформованный резиномотор смазывают касторовым маслом, упаковывают в герметичную банку и выдерживают одну-две недели. После этого его можно использовать на соревнованиях.
Для того, чтобы более полно использовать энергетический запас резины, т. е. получить максимальное число оборотов двигателя, производят закрутку одного из резиновых двигателей до его разрыва. В зависимости от имеющегося количества двигателей производят разрыв от одного до трех двигателей, причем за максимальное допустимое число оборотов принимают наименьшее число оборотов, при котором порвался один из двигателей.
Для ответственных запусков моделей класса В-2 желательно иметь на каждый полет новый резиномотор. Кроме того, необходимо иметь резервные двигатели, которые можно использовать при повторных запусках или при неудачных стартах (разрыв двигателя, полет менее 20 сек.). Это позволит сократить время на подготовку к старту, что имеет большое значение в случае прохождения соревнований в сложных метеорологических условиях или при неблагоприятном рельефе окружающей местности. По правилам проведения соревнований свободнолетающих моделей полагается проводить не менее семи туров. В случае, если участники соревнований набрали одинаковое число очков, объявляются следующие туры, до выяснения победителя.
Но не все участники соревнований имеют возможность подготовить необходимое количество двигателей для испытаний. Поэтому некоторые вынуждены использовать резиновый мотор более одного раза. В этом случае отдача резины несколько уменьшается.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ РЕЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕ
УСТАНОВКА РЕЗИНОМОТОРОВ
Втулка винта для резиномотора может иметь различное конструктивное оформление (рис 181 и 182). Разными бывают и крючки, к которым крепится двигатель. Наиболее распространенным и довольно простым в изготовлении является крючок, показанный на рисунке 182. Он изготовляется из миллиметровой проволоки ОВС и при виде сзади имеет S образную форму. Такая форма крючка способствует равномерному распределению напряжений в заделке резинового двигателя. Для исключения повреждения резины стальной проволокой крючка на последнюю надевают резиновую или пластмассовую трубку. К крюку прикреплен винтовой или штыревой стопор. В последнем случае резиномотор чаще изготовляется вдвое длиннее, чем расстояние между крюком и задней заделкой.
Задний крючок выполняется из легкой металлической трубки диаметром 6 мм или из бамбука. В некоторых конструкциях на него надевается катушка. Крепление заднего штыря должно быть достаточно надежным, чтобы предотвратить самопроизвольное перемещение оси, приводящее к аварии, соскакиванию резиномотора при его закрутке или во время работы.
Внутреннюю поверхность фюзеляжа, в котором работает двигатель, выполняют в виде цилиндра; изнутри его смазывают тонким слоем касторового масла. Трубки фюзеляжа резиномоторных моделей класса В-2 имеют внутренний диаметр 32—40 мм.
Устанавливают двигатель в фюзеляж с помощью приспособления, которое представляет собой рейку с крючком на конце.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ РЕЗИНОМОТОРА
При запуске моделей с резиновым мотором важны два параметра: зависимость вытяжки от числа оборотов и закрутки и время закручивания. Причем определяющим является первый фактор. Время закручивания стараются сделать минимальным. Для ускоренной закрутки используют ручные дрели, передаточное число которых колеблется в пределах от 2,5 до 7. Темп работы по мере закрутки резиномотора постепенно снижают, поскольку напряжение в резиновых лентах двигателя увеличивается. Чрезмерное закручивание может привести к обрыву резинового двигателя. Закручивать резиномотор необходимо до самой бобышки фюзеляжа. Если закрутку закончить раньше, то могут появиться боковые «барашки», которые при раскрутке резины вызовут преждевременную остановку воздушного винта (при не полностью раскрученном резиномоторе).
Эксплуатация резиновых двигателей при низкой температуре имеет свои особенности. Низкая температура оказывает большое влияние на свойства резиномотора. При температуре —22°С замерзает касторовое масло, уменьшается отдаваемая энергия резины. Особенно чувствительны к низкой температуре зарубежные сорта резины, типа «Пирелли». В меньшей степени подвержена влиянию низкой температуры отечественная модельная резина, особенно ленточная. Для сохранения эластичных свойств резины ее смазывают глицерином в смеси с этиловым спиртом.
Возможен запуск модели при низкой температуре и с обычной смазкой резиномотора, но для этого он должен храниться при положительной температуре. Установка на модель производится быстро и сразу же выполняется закрутка, т. е. используется тепловая инерция резины.
При повторном запуске осматривают резиновые ленты и, если требуется, производят ремонт и подогрев их. При очень низких температурах окружающего воздуха —30 —40° С резиновые ленты сильно повреждаются за счет кристаллизации воды на поверхности резины.
В полевых условиях ремонт резиномотора весьма затруднителен.
Необходимо учесть, что смазка дрели, предназначенной для закручивания, должна быть зимней.
После эксплуатации резиномотор следует промыть мыльной теплой водой (мыло «Детское»), удалив смазку и частицы пыли. Высушив резину, ее вновь смазывают касторовым маслом, упаковывают в полиэтиленовые пакеты и помещают в стеклянные банки темного цвета с герметичной крышкой. Хранят резину в темном прохладном месте. Через несколько месяцев хранения ее следует вновь промыть водой с мылом, смазать касторовым маслом, упаковать для хранения.
РЕМОНТ РЕЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
После запуска модели резиномотор необходимо тщательно осмотреть в слегка натянутом виде — при этом обнаруживаются надрезы резиновых лент. Если надрезы не велики и составляют менее 0,2 ширины резиновой ленты, то ножницами вырезают место с надрезом. Это задерживает разрыв ленты.
Перед последующим запуском опять проверяют место, где был надрез. Если он появился вновь и составляет около половины ширины ленты, то такую ленту следует разрезать в этом месте и связать заново. Связывают резиновые нити обычно вдвоем. Технология выполнения узлов указана выше.