Архив журнала Моделист-Конструктор
|
В НЕБЕ ТУШИНА - СЛАЧасть первая
7. СХЕМЫ НОВЫЕ, ПРОБЛЕМЫ СТАРЫЕ
До сих пор речь шла о самолетах нормальной схемы с крылом, расположенным впереди горизонтального оперения, использующегося для балансировки и управления. Именно таких аппаратов сегодня большинство. Но в истории авиации, пожалуй, не было конструктора, который не пытался отойти от классической схемы.
Существуют идеи, хотя до сих пор и не получившие практического развития, но тем не менее уже много лет волнующие умы. К их числу прежде всего надо отнести идею махолета - аппарата, у которого и подъемная сила и горизонтальная тяга создаются машущим крылом.
Идея махолета подчас ассоциируется у многих с идеей мускулолета. Давно доказано, что машущий полет с использованием мускульной силы невозможен. Он так же нереален, как и создание вечного двигателя. Поэтому у авиационных специалистов отношение к «истинным махолетчикам» соответственное, И основано оно порой на том, что наиболее парадоксальные и подчас просто безграмотные проекты аппаратов чаще всего встречаются у этой категории конструкторов-любителей. Но в среде махолетчиков есть и серьезные исследователи. Например, В, Топоров - руководитель кружка из клуба юных техников Воткинского машиностроительного завода. Это он привез на СЛА-87 первый в истории слетов СЛА махолет (названный им «Истиной»). Много лет занимался Владимир изучением машущего полета на летающих моделях. Как завещал Н. Е. Жуковский, В. Топоров ориентировался не на мускульную силу, а приспособил к созданному им махолету двигатель. На СЛА-87 «Истина» лихо махала четырьмя крыльями, резво бегала по «рулежке», развивая скорость до 50 км/ч, что вызвало самый большой интерес у всех собравшихся на Тушинском аэродроме. Пилот махолета летчик-испытатель В. Макагонов утверждал, что был момент, когда все три колеса махолета оторвались от бетонной полосы. Как знать, может быть, извечная мечта человека о полете с использованием машущего крыла все-таки осуществится.
Конечно, махолеты пока еще экзотика в Тушинской эскадрилье самолетов необычных схем. Более распространенными были здесь «утки» и «тандемы». Увы, ни один из них не оправдал надежд авторов и техкома. Не называя конкретных аппаратов, скажем: самая характерная ошибка - неправильное определение аэродинамического фокуса и центровки. Конечно, вопрос это сложный, точно определить фокус и требуемое расположение центра тяжести нетрадиционного самолета можно только на основании аэродинамических продувок. Тем не менее стоит дать некоторые ориентировочные рекомендации.
У «стандартной утки» с площадью горизонтального оперения (переднего крыла) в пределах 15...20% площади основного крыла и плечом оперения, равным 2,5...3 В Сах (средней аэродинамической хорды крыла), центр тяжести должен располагаться в пределах от - 10 до - 20%ВСАХ. В более общем случае, когда переднее крыло по параметрам отличается от оперения «стандартной утки», или у «тандема» для определения требуемой центровки удобно услов« но привести эту компоновку к более привычной для понимания нормальной аэродинамической схеме с условным эквивалентным крылом (см. рис.).
|
|
Центровка, как и в случае нормальной схемы, должна лежать в пределах 15...25% ВЭКВ (хорды условного эквивалентного крыла), которая находится следующим образом: |
|
При этом расстояние до носка эквивалентной хорды равняется: |
|
где К - коэффициент, учитывающий разность углов установки крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом, равняется: |
|
Учтите, что эмпирические формулы и рекомендации по определению центровки достаточно приблизительны, поскольку взаимное влияние крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом рассчитать трудно, точно это определяется только по продувкам. Авиаторам-любителям для экспериментальной проверки центровки самолета необычной схемы рекомендуем пользоваться летающими, в том числе и кордовыми, моделями. В практике авиастроения такой метод иногда применяется. И в любом случае для самолета любительской постройки центровку, определенную по формулам, следует уточнить при выполнении скоростных рулежек и подлетов.
Опыт прошедших слетов показывает, что удачные самолеты необычных схем часто копируются другими конструкторами-любителями, и при этом каждый вносит в развитие схемы что-то свое. Это понятно, но будьте внимательны - даже очень хороший самолет легко испортить. Тушинский аэродром преподнес нам и такие уроки. Скажем, при рассмотрении заявок первого тура внимание техкома привлек «ультралайт» «Байкал» - копия «утки» «Антис», призера СЛА-85 (см. «МК» № 3 за 1986 г.). При ближайшем рассмотрении оказалось, что «Байкал» тяжелее прототипа, мотор у него слабее, а центровку автор сдвинул далеко назад. Техком под влиянием отличных полетов «Антиса» на СЛА-85 не придал большого значения «нововведениям». В результате, когда в полете самодельный мотор неожиданно дал сбой, пилот В. Горбунов попал в очень сложную ситуацию. Все завершилось благополучно только благодаря мастерству и выдержке профессионального испытателя.
И, чтобы закончить разговор о необычных самолетах, несколько слов о причинах, заставляющих порой любителя изобретать нечто нестандартное. Есть, к сожалению, самодельщики, которыми движет лишь одно желание - сделать свой аппарат непохожим на все остальные. Они особенно не вникают в суть содеянного, не понимают в достаточной мере ни физических принципов, ни особенностей используемой аэродинамической схемы. Как правило, в конце концов такому любителю не хватает умения и знаний для реализации задуманного. Энтузиазм угасает, а недостроенный самолет остается гнить в сарае.
Еще хуже, если любитель бездумно копирует понравившуюся ему схему со всеми ее недостатками. В таких случаях все-таки стоит придерживаться проверенных решений, особенно, если строится первый в жизни самолет. Вообще для первенца следует подобрать простой, хорошо испытанный прототип. Лучше, если на этот самолет будет полный комплект чертежей, отступать от которых поначалу не стоит.
Со временем, если, конечно, конструктор-любитель будет активно работать над пополнением своих знаний, накопит собственный опыт, разберется в задачах, стоящих _перед авиацией и аэродинамикой, - вот тогда создание любительских экспериментальных самолетов может ^принести огромную помощь развитию техники. У авиационнной промышленности обычно «не доходят руки» до разработки и постройки экспериментальных самолетов, поэтому целенаправленная и осмысленная работа любителей в этом направлении может дать великолепные результаты. Ну а если при разработке и постройке любительской машины преследуются и научные цели - это наивысшее проявление самодеятельного технического творчества.
Хотим, однако, напомнить, что при создании необычных самолетов не стоит забывать об осторожности. Думается, что каждое новое техническое решение было бы неплохо проверять на летающих моделях. Впрочем, использование моделей не повредит и при постройке самолета даже самой простой и хорошо изученной схемы.
Итак, еще один «урок Тушинского аэродрома»: знания, фантазия, осторожность и экспериментальная проверка новых технических решений - вот ключ к успеху при создании самых оригинальных летательных аппаратов.
|
|
8. КОГДА ЖЕ РАСКРУТИТСЯ НЕСУЩИЙ ВИНТ?
К постройке самодельного вертолета чаще всего подталкивает затаенная детская мечта: взлетел где захотел, полетел куда надо, там же и приземлился. - все просто и легко. Строить вертолеты у нас пытаются сотни любителей, до конца довел дело пока только один - Николай Демидов - победитель СЛА- 85, создавший вертолет «Горняк-4». На СЛА-87 ни одного вертолета не было. Пройдет, видимо, еще несколько лет, прежде чем у демидовского «Горняка» появится достойный конкурент.
Безусловно, сделать вертолет чрезвычайно сложно. Уяснив это, одни самодельщики навсегда бросают работу, другие, спрятав мечту поглубже, берутся за постройку автожира. Хотя некоторые специалисты и утверждают, что автожир удачно сочетает в себе все недостатки и вертолета и самолета, приверженцев летательных аппаратов этого типа, как это ни странно, становится все больше. Несколько автожиров было и на слете. Все они не слишком быстро бегали по полю в попытках раскрутить несущий винт, однако взлететь не удалось ни одному. Не будем агитировать ни за, ни против подобных аппаратов - каждый сам решает, что ему строить. Попытаемся лишь разобраться, почему же не взлетел ни один из привезенных на СЛА-87.
В начале напомним: автожир - летательный аппарат с очень низким аэродинамическим качеством, потому мощность для полета и отрыва от земли требуется значительная. Обратимся к статистике по лучшим зарубежным одноместным машинам. Они, даже не предназначенные для перевозки чего-либо, кроме одного пилота и небольшого запаса топлива, весят на взлете 220...250 кг и имеют моторы в 50...60 л. с. и выше. Все автожиры, пытавшиеся взлететь на СЛА-87, имели энерговооруженность по крайней мере вдвое ниже. Итак, еще один урок Тушинского аэродрома: не имея мотора в 50...60 л. с., за постройку не стоит и браться - это первое.
Второе - на автожире желательно предусмотреть предварительную раскрутку ротора перед взлетом. Иначе при отсутствии встречного ветра разбег, во время которого ротор раскручивается под действием набегающего потока, затянется, и аэродрома для взлета не хватит. Третье - хорошо, если удельная нагрузка на сметаемую поверхность ротора не превысит 10...12 кг/м2. Назовем еще несколько параметров летающих автожиров: относительная ширина лопасти пасти
|
|
Для лопастей используется, как правило, профиль NACA - 23012, крутки у них нет. Угол установки лопастей 2,5...3°, конусность 3...40. Несущие винты бесшарнирные, для управления углы отклонения ротора обычно составляют: 8...10° вперед, 20...25° назад и ± 5° по крену влево и вправо.
Хотя автожиры конструктивно и просты, серьезную трудность в изготовлении представляют лопасти. Конструкторы-любители из Харьковского авиационного института делают их из переклейки миллиметровой фанеры со стеклотканью толщиной 0,23 мм. Работа выполняется на эпоксидном клее К-153. Во втором варианте лонжерон лопасти изготавливается из еловых реек, склеенных на ЭД-20 с последующей оклейкой стеклотканью толщиной 0,1 мм в 25 слоев. Хвостовик лопасти из пенопласта приклеивается к лонжерону, затем все оклеивается еще двумя слоями стеклоткани.
В ХАИ достигнуты значительные успехи в создании самодельных автожиров. К сожалению, на слетах СЛА не летали даже харьковские аппараты. А специальный приз ОКБ имени М. Л. Миля, предназначенный конструктору лучшего автожира, на СЛА-87 вручен Л. Козярчуку из Волынской области. Леонид попытался построить сверхлегкий автожир с мотоциклетным одноцилиндровым двигателем в 16 л. с. И хотя взлетная масса его аппарата всего лишь 130 кг, взлетает он только на буксире за автомобилем.
|
|
9. ПОГОВОРИМ О НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ
Полеты на СЛА-87 были очень интенсивными, но и отказов в работе техники наблюдалось, к сожалению, довольно много. Мы уже упоминали о недостаточной надежности самодельных двигателей. И очень часто причиной отказов и двигателей, и самолетных систем становилось весьма низкое качество изготовления некоторых деталей или узлов. Порой это вызывает удивление: строили-то сами и для себя!.. «Чемпионы» антикачественности к полетам на СЛА-87 не допускались, не будут допускаться и впредь, причем требования к качеству работы, видимо, пора ужесточить. Наш опыт показывает, что небрежно и неаккуратно сделанный самолет чаще всего скрывает под обшивкой дефекты, которые обязательно проявят себя в самый неподходящий момент.
Ссылки на плохие условия кустарных мастерских приниматься жюри больше не будут: здесь речь идет о безопасности летчика. К тому же нам известны прекрасные летательные аппараты, созданные в любительских условиях. Очевидно, все зависит не от обстановки, а от умения и добросовестности исполнителя.
Вторая причина отказов, с чем также пришлось столкнуться на СЛА-87, - усталостные разрушения металлических деталей. На одном самолете разрушился фланец крепления магнето, на втором - корпус редуктора, на третьем развалился вал воздушного винта - причиной было отверстие под шпонку, ставшее концентратором напряжений в высоконагруженной детали с большой повторяемостью нагрузок. Еще один самолет вернулся из полета без лопасти металлического воздушного винта, на что сторонникам таких винтов стоит обратить серьезное внимание. Заметим: опыт и наших самодельщиков, и лучших зарубежных фирм, производящих воздушные винты в больших количествах, показывает, что металлические винты на легких самолетах не имеют никаких преимуществ перед деревянными, скорее наоборот. Более того, в некоторых странах на самодельных самолетах разрешено применять только деревянные моноблочные, то есть изготовленные из одного куска древесины, винты. После нескольких случаев разрушения винтов (в том числе деревянных с металлической ступицей) на СЛА-87 техком готов взять на вооружение это правило.
Разумеется, в аварийную ситуацию может попасть любой, даже самый надежный самолет. Как обезопасить летчика?
На этот счет авиация уже накопила целый свод правил и рекомендаций. Назовем самые основные. К нашему удивлению, оказалось, что их знают далеко не все.
Начнем с кабины. Элементы ее конструкции и вся компоновка в целом должны обеспечивать не только удобство работы, но и возможность быстро покинуть самолет в аварийной ситуации на земле, на воде, в воздухе. Это достигается прежде всего тем, что кабина должна быть достаточно просторной, в ней нельзя размещать предметы, за которые можно зацепиться, удариться, которые могут поранить летчика. Размеры проема кабины не стоит делать менее 650X650 мм. Если на самолете установлена боковая дверь, ее минимальный размер в свету - 750X900 мм. И уж, конечно, двери и фонарь, если таковой имеется, должны легко сбрасываться в аварийной ситуации и на земле, и в воздухе. Следует предусмотреть, чтобы сброс фонаря или его аварийное открытие осуществлялись одним движением рукоятки, расположенной под левой рукой на борту фюзеляжа, а не на фонаре. Рукоятку аварийного сброса, как правило, окрашивают в красный цвет. После открытия замков фонарь можно оттолкнуть правой рукой. На борту следует предусмотреть место для размещения спасательного парашюта, даже если его у вас пока нет.
Как показывает практика полетов на любительских аппаратах, аварийная ситуация довольно часто возникает во время посадки, особенно, если она заканчивается «крепким» ударом о землю. При этом разрушение конструкции частично поглощает энергию. Именно поэтому опытные пилоты перед неизбежной встречей с землей стараются создать большое скольжение, выставив крыло вперед. Разрушаясь, оно погасит инерцию. Хорошо, если кабина при этом останется целой.
Разумеется, летчик должен быть надежно зафиксирован в кресле. Его привязная система (это требование обязательное для всех легких самолетов) рассчитывается на перегрузки не менее 9, действующие вдоль продольной оси самолета. Кресло и конструкция без разрушений должны воспринимать вертикальную перегрузку не менее ±9 и боковую ±2,5.
Привязные ремни летчика необходимо крепить не к чашке кресла, а к силовым элементам конструкции фюзеляжа. Любительский самолет обязательно должен быть оборудован и поясными и плечевыми ремнями. Не помешает и центральный ремень, как на спортивно-пилотажных самолетах. Замки привязных ремней, установленные на Як-55 или Су-26, также могут служить образцом для любительских конструкций.
Помните, что любой самолет, даже если он имеет носовую стойку шасси, может скапотировать, то есть перевернуться вверх колесами на посадке. Требования обеспечения безопасности при капотировании предполагают, что самолет, перевернувшись, «ложится на спину» с перегрузкой 3. Киль и любые другие элементы при этом могут частично разрушиться, но так, чтобы самолет не лежал «на голове у летчика». Если конструкция при капотировании не обеспечивает защиты пилота, становится необходимой установка противокапотажной дужки. Функционально ее можно совместить с переплетом фонаря или закабинным гаргротом.
Надеемся, что «жесткие» требования никого не запугают. Хочется думать, что любительские летательные аппараты станут надежнее, совершеннее и полеты на них будут приносить только радость. Вот тогда массовое развитие самодеятельного авиастроения поможет многим и многим осуществить свою мечту о крыльях.
А. СЕРЬЕЗНОВ, председатель технической комиссии СЛА-87,
Часть первая
Чертежи для печати
|