М.Ласкин САМОЛЕТ "АНАЛОГ" Прежде всего, несколько слов на "больную" тему, - о радиоуправляемых моделях в России в целом. На первый взгляд, кажется, что все идет более-менее нормально. Но если посмотреть внимательнее: Раньше ситуация во всем российском авиамоделизме была такова. Довольно обособленно существовал элитный мир "высокого спорта". Моделисты средней руки, также стремясь добиться высоких результатов, наращивали опыт, знания и умения. Глядя на них, тянулись и многочисленные новички (шаблонные фразы, но они соответствуют реальности). Главное - существовал явный стимул к росту профессионализма моделистских конструкторов и спортсменов. И он давал ощутимые результаты. Недаром моделисты даже на производственных предприятиях ценились на голову выше других специалистов. Посмотрим, что теперь делается в новом, не так давно появившемся в России, мире радиоуправляемых моделей. Обширной спортивной элиты здесь пока не существует (настоящих спортсменов можно пересчитать по пальцам). Основная масса - приверженцы техники, называемой хоббистской или развлекательной, и не имеющей никакого отношения к спорту. Это западный стиль интереса к моделизму, стиль именно "развлекательный". И поэтому не слишком серьезный, и совсем уж не профессиональный. Ничего плохого в этом нет. Просто у нас появился новый слой моделизма. Он имеет свои особенности и признаки. Здесь очень "разношерстные" и техника, и уровень подготовки самих моделистов (заметьте, что среди "хоббистов" мало спортсменов). Очень часто встречаются машины, "созданные" из фирменных наборов. Отсюда появление привычки ориентироваться на решения, используемые фирмами для дальнейшего повышения технологичности их продукции (но ведь и на фирме сделать тяжелый самолет на несколько порядков проще или дешевле, чем думать над каждым истинно авиационным узлом или деталью). В общем, родился мир "веселых непрофессионалов". Но вот что интересно. Многие из "хоббистов", вдоволь поразвлекавшись со своей техникой, приходят к неутешительному выводу. Оказывается, что направление это - в чем-то тупиковое. В спортивных классах существует ярко выраженная цель, стремиться к достижению которой можно вечно. Здесь же такой цели как бы и нет. Познав все варианты радостного, но достаточно бессмысленного "болтания по небу", такие моделисты начинают искать свежих впечатлений. Но где их взять? Новые модели не привносят почти ничего интересного, лишь в какой-то степени усложняя или упрощая процесс пилотирования. Последовательно наращивать кубатуру и размеры моделей? Почему бы и нет. Но ведь и такая техника быстро приедается, не говоря уже о больших расходах на создание и эксплуатацию больших машин, редкие выезды с ними в поле, и постоянные опасения разбить "гиганта": А новенького все равно хочется. Да еще подсознательно манят бескрайние перспективы (о бескрайней сложности пока не вспоминается) спортивного моделизма. Что делать? Ответить на этот вопрос и призван предлагаемый вашему вниманию материал. Прежде всего, отметим, что в классе F3A доминировавший в эпоху "десятикубовок" Jet-стиль полетов (со свистом через все небо) остался в далеком прошлом. Сейчас на солидных соревнованиях летают близко и достаточно медленно. Эффект близости и малой скорости становится еще выразительнее из-за больших размеров моделей. Однако для рядового моделиста такая техника окончательно вышла за рамки доступности. Многих "хоббистов", начавших поглядывать на спортивные пилотажки, незамедлительно отпугивает целый комплекс конструктивных, технологических, материальных и транспортных проблем. А летать "по-спортивному" хочется: Что в результате? На свет появляется псевдо-пилотажка, созданная по канонам позавчерашнего дня. Облетав такой новый, только что построенный "истребитель", моделист постепенно начинает осознавать, что его новая техника способна выполнить если не весь современный комплекс, то его большую часть. Цель достигнута, но: не та. Стиль полета, манера пилотажа, с каждым стартом все прочнее закрепляемый автоматизм управления, - все это не имеет ничего общего с современным классом F3A. Поначалу уверовав в собственные силы, создатель такого самолета неизбежно терпит поражение на первых же серьезных соревнованиях. С этим приходит понимание ущербности выбранного пути. Далее возможны три варианта развития событий. Первый, самый грустный - моделист решает, что настоящий пилотаж не для него, и возвращается к "развлекательной" технике, но теперь уже имеющей пилотажный уклон. Второй вариант, - трезвая переоценка ситуации, наконец, все-таки приводит моделиста в мир спортивной техники. Кроме необходимости осваивать иные приемы конструирования и постройки моделей, перед ним возникает проблема заново переучиваться "отруливать" комплекс. Ведь навыки, приобретенные на непрофессиональных пилотажках, оказываются только вредны (это подтверждает каждый, кто после "истребителя" хоть пару раз управлял большой пилотажкой). И третий вариант, - создатель "истребителя" становится продолжателем и пропагандистом подобной школы конструирования. Безвыходное положение? Отнюдь. Просто все это означает, что назрела явная необходимость в создании новой техники с непривычными параметрами. Нужна машина средних размеров, но близкая по летным характеристикам к большим самолетам класса F3A. Сравнительно несложная в постройке, она сначала даст возможность моделисту относительно "бескровным" путем понять, насколько ему близок дух и стиль современного пилотажа. Понравится, - эту модель можно будет с успехом использовать для полноценных тренировок, не опасаясь "сбить настройку" глазомера и руки (при этом всевозможные виды затрат на постройку и эксплуатацию будут несравнимо меньше, чем у чистокровных аппаратов F3A). А если в результате к моделисту придет понимание, что спортивный пилотаж не для него: Что же, и тогда подобная модель окажет бесценную помощь. Ее постройка и полеты помогут по-настоящему беспристрастно оценивать любую другую технику. А такая возможность стоит очень многого... * * * При проектировании предлагаемого вашему вниманию самолета была поставлена единственная, но весьма сложная, обширная "глобальная" цель - создание машины, абсолютно точно повторяющей все без исключения характеристики хорошего профессионального аппарата класса F3A. Сразу заметим, что, похоже, таких моделей пока не существует ни за рубежом, ни у нас в стране. Для реализации этой идеи сначала пришлось определить основные критерии подобия. Прежде всего, им стала относительная скорость полета (абсолютная величина скорости здесь значения не имеет!). Крайне важно, чтобы модель-аналог за единицу времени проходила тот же условный путь, что и модель-эталон. А измеряться данный путь должен в "длинах фюзеляжа". Только тогда зрительное восприятие полета будет соответствовать профессиональной спортивной технике. Отсюда однозначно получается, что уменьшенная пилотажка должна иметь абсолютную скорость, значительно меньшую, чем у своих "старших братьев". Кстати - и пилотажная зона также должна приблизится к спортсмену. Все упомянутые изменения - в точном соответствии масштабу "копирования". Для примера, - хорошая машина "2x2 м" имеет среднюю скорость около 90 км/ч, а зона располагается на удалении примерно 100 м от пилота (усредненные данные с международных соревнований высокого ранга; заметьте, что эти данные далеко не всегда соответствуют российскому стилю пилотирования). Также для примера примем, что создаваемая нами "копия" будет иметь размах и длину фюзеляжа 1400 мм (масштаб равен 0,7). Тогда скорость полета должна составить 63 км/ч, а зона будет иметь удаление 70 м. При этих условиях вы не сможете заметить разницы между полетом "копии" и "прототипа". Другой важнейший фактор подобия - тяговооруженность самолета. Допустим, мы примем, что наша модель должна иметь столько же мощности на единицу массы аппарата, сколько и профессиональная пилотажка. Но это будет не совсем верно. Скоро вы поймете, что такой упрощенный метод даст избыточно высокую тяговооруженность. В принципе, это неплохо. Но резервов по самой модели и, соответственно, по ее весу у нас не так много. Поэтому все-таки полезно будет заняться расчетами. Статическая тяга винта нас не интересует (к скорби многих, кто привык ориентироваться на эту величину). Тяга конкретной мотоустановки находится по несложной формуле. Р = 3,6*75*N*h/V, где P - искомая тяга воздушного винта, кг N - мощность двигателя, л.с. h - коэффициент полезного действия воздушного винта (среднестатистический КПД винта для наших условий равен 0,65) V - скорость полета, км/ч 3,6 - коэффициент пересчета скорости из км/ч в м/с 75 - коэффициент пересчета л.с. мощности Ищем тяговооруженность профессионального самолета на двух режимах - 90 и 70 км/ч (сниженная скорость соответствует некоторым фазам фигур пилотажа). В расчете учтем, что одним из лучших и наиболее популярных моторов на сегодняшний день остается OS MAX 140-RX (им оборудовано до 80% моделей! - это данные международных соревнованиях 2000 года). Он развивает 3,5 л.с. на 9000 об/мин. Зная исходные величины, получаем 6,82 и 8,77 кг тяги на упомянутых скоростях. При средней массе модели 4500 г тяговооруженность будет равна 1,51 и 1,95 кгтяга/кгвес. Запомните эти базовые цифры, касающиеся профессионального аппарата, - они пригодятся чуть позже. Теперь стоит вспомнить о таком факторе, как удельная нагрузка на несущие плоскости. Для начала опять обратимся к статистике. Лучшие машины имеют крыло площадью около 72 дм2. Соответственно, у них нагрузка равна 62,5 г/дм2. Принимая в учет требования по "масштабной" маневренности, и зная коэффициент масштабирования, можно четко определить требуемую для "копии" нагрузку. При предварительно выбранном нами масштабе она окажется равной 62,5 х 0,7 = 43,7 г/дм2. Что еще мы не учли? Наверное, нужно рассмотреть проблему управляемости по крену. Заметьте, что заранее, без полетов, определить управляемость для машины, проектируемой с нуля и без аналогов, просто невозможно (слишком велико число факторов, имеющих взаимовлияние). При ее прорисовке можно будет лишь прогнозировать степень реакции на работу элеронами. У нас же все проще. При наличии модели-эталона можно применить необычный, но весьма эффективный метод аналогий - метод "винта". Для его реализации нужно лишь понять, что крыло с отклоненными элеронами представляет собою некий элемент винтовой поверхности, характеризующейся определенной величиной шага. Тогда станет ясно, - масштабируя исходную модель, мы получим ту же маневренность по крену, соотнесенную с относительной скоростью. То есть, если самолет-эталон выполняет "бочку" на пути в три длины фюзеляжа, то и "аналог" сможет повторит этот маневр. Моменты инерции. Эти характеристики, в отличие от аэродинамических, поддаются точному расчету. Приемы расчетов несложные, но весьма трудоемкие. И, к счастью, ненужные. Достаточно будет учесть, что при чистом масштабировании конкретной конструкции крыла его момент инерции падает быстрее, чем располагаемый момент управления по крену. Значит, тут все в порядке. Продолжение статьи Сообщение от М.Ласкин Итак, главные критерии определены. Дальше самое интересное - определение основных параметров модели. Так как все дальнейшее будет определять располагаемая тяга, начинаем с выбора двигателя. С учетом малой массы модели и возможности работы на небольших оборотах, наиболее выгодными становятся легкие моторы типа OS MAX .46-LA. Несмотря на отсутствие шарикоподшипников, их удельная мощность (мощность на единицу веса двигателя) на средних и малых оборотах вне конкуренции. График зависимости мощности от оборотов имеет плоскую "полку", совершенно удивительную по ширине диапазона. Даже в инструкциях рекомендована работа с большими воздушными винтами в псевдо-четырехтактном режиме - это как раз то, что нам нужно. Заметьте, - сейчас в продаже у нас появился OS MAX .65-LA, успевший получить хвалебные отзывы отечественных моделистов. Он на удивление тяжелый, и поэтому нас не интересует. Базируемся в расчетах именно на OS MAX .46-LA. Он дает 1,2 л.с. на 15000 об/мин. С учетом перехода на топливо без нитрометана и снижение оборотов до 10-11 тыс., оставим ему 0,8 л.с. (это будет с приличным запасом). Данная величина хорошо согласуется с опубликованными в западных журналах результатами тестовых испытаний. Правда, здесь крайне важно отметить, - такая мощность на таких оборотах не может быть обеспечена со штатным глушителем! Это прекрасно выполненное изделие не согласовано по своим параметрам с самим мотором, и катастрофически снижает его крутящий момент и мощность. Понятно, что изначально двигатель создавался как "развлекательный". Это заметно и по нешироким фазам газораспределения, и по уникально маленькому проходному сечению радиокарбюратора (мотор "придавлен" во имя хорошего запуска и стабильной работы даже в руках "чайника"). Но чтобы так не угадать с глушителем: Звук выхлопа тот гасит действительно неплохо, попутно "срубая" возможность движка раскручиваться выше 12500 об/мин. Это было бы вполне терпимо. Но еще штатный глушитель в оставшемся диапазоне оборотов практически в два раза снижает мощность! Этому эффекту есть несложное объяснение. Внутри объемистого корпуса поставлена дополнительная диафрагменная перегородка, а внутренний диаметр выходного патрубка равен всего 6 мм. Здесь может выручить лишь замена глушителя. Самый доступный и простой способ - оборудовать OS MAX глушителем от "незабвенной" отечественной "Радуги-7" (она, наверное, в гробу устала переворачиваться, столь часто ее вспоминают). Как ни странно, для наших условий этот глушитель подходит как никакой другой. Во-первых, он легкий (35-40 г против 75-80 г штатного от OS MAX). Во вторых, выходной патрубок имеет проходное сечение 10 мм (площадь просвета в 2,5 раза выше, чем у "японца"). А на двигатель отечественный глушитель без проблем ставится с помощью простейшего переходника - дюралевой пластинки толщиной 3-4 мм, имеющей четыре резьбовые отверстия. Кроме того, оставим в резерве еще возможность эксплуатировать такой тихоходный, мягкорежимный мотор вообще без глушителя. Шума это так много не прибавит, а мощность, крутящий момент и вес мотоустановки окажутся в выигрыше. Но это - лишь на случай, если возникнут какие-то проблемы с взаимным согласованием параметров модели и мотоустановки. Далее для контроля полезно было бы проверить ряд масштабов, приводящих, например, к размахам модели 1200, 1300, 1400 и 1500 мм. Здесь мы заниматься этим не будем из-за дефицита места, поэтому вновь обратимся к конкретному масштабу, равному 0,7, и дающему размах 1400 мм. Вспомнив, что площадь крыла "профессионала" равна 72 дм2, рассчитываем ее для нашей модели: 72 дм2 x 0,72 = 35,3 дм2. Полную массу модели можно найти разными путями. Пойдем наиболее простым, - через нагрузку и площадь крыла. Тогда с учетом ранее выполненных расчетов: mполн = 43,7 г/дм2 x 35,3 дм2 = 1543 г (1,54 кг). Выбранный масштаб позволяет задать контрольные значения скорости полета. Они оказываются равны 63 и 49 км/ч. Теперь рассчитываем тягу на данных скоростях. Р63 = 2,23 кг и Р49 = 2,87 кг. Соответственно тяговооруженность равна 1,45 и 1,86. Несмотря на то, что эти значения очень близки к эталонным, все же немного уменьшим размеры и все сопутствующие параметры модели. В результате уточняющих перерасчетов получаем проектный самолет со следующими характеристиками. Размах крыла (и длина фюзеляжа) - 1340 мм (масштаб выбран равным 0,67). Скорость полета - 60 км/ч (вторая контрольная 47 км/ч). Площадь крыла - 32,3 дм2. Удельная нагрузка на крыло - 41,9 г/дм2. Полная масса - 1353 г (1,35 кг). Тяговооруженность на контрольных скоростях - 1,73 и 2,21. Браво! На нашем самолете тяговооруженность получилась на 14% выше, чем на лучших пилотажках мирового уровня. Оставим все, как есть, - резерв пригодится с учетом не слишком скрупулезного подбора параметров воздушного винта (о нем чуть позже). Теперь настала пора поговорить на тему, вызывающую радостную реакцию у приверженцев небольших, тяжелых, быстрых и мощных "пилотажек" - о влиянии ветра. Попробуем подойти к этому вопросу наиболее беспристрастно. Вспомним, что ветер влияет на полет любого тела, вплоть до тяжелой снайперской пули или корабельного снаряда калибра 500 мм. То есть, все дело лишь в здравой оценке степени этого влияния. Итак, что нам нужно учесть. Во-первых, скорость полета модели. Наиболее реальной будет оценка по масштабному фактору. Тогда просто будем считать, что если самолет "2x2" хорошо ведет себя при силе ветре 10 м/с, то наша модель так же будет себя "чувствовать" при ветре около 7 м/с. Во-вторых, нужно оценить влияние удельной нагрузки на крыло. А вот здесь попробуйте разобраться сами. Дело в том, что автор данной статьи придерживается, скажем, непривычной точки зрения на этот вопрос. Чтобы не вызывать лишних дискуссий, пока примем, что нагрузка на крыло безразлична (в данных пределах ее величин). В дальнейшие размышления вы сможете без проблем ввести коррективы по собственному вкусу. В результате получается, что, если на соревнованиях в классе F3A существенные проблемы возникают при силе ветра 15 м/с (там ситуация вне вашего контроля), то тогда на тренировку лично вам не стоит ехать при ветре, превышающем 10 м/с (а здесь решение полностью зависит от вас самих). Правда, наоборот, можно рекомендовать ехать на тренировку при любом ветре, находящемся в более-менее приличных границах. 10 и 15 - величины по сути близкие. А "избытки" ветра, согласитесь, принеся сложности в первых полетах, помогут вам в последствие более чем уверенно пилотировать большую модель на официальных соревнованиях. Кроме того, учтите, что хорошие пилоты обязаны уметь компенсировать порывы ветра. На "крылатой бомбе" вы такого навыка не приобретете никогда, не говоря уже о "специфике" ее поведения на фигурах. * * * Внимание! Дочитав до этого места, сейчас остановитесь, и прикиньте, как вам "понравилось" требование создать пилотажку размахом 1340 мм, уложившись в полную массу 1350 г. Если вы изначально считаете это невозможным, дальнейшее - не для вас. Правда, такие параметры веса в целом очень близки к спортивным моделям класса F3A, и при создании профессиональной техники возникнут те же проблемы. Закончив проектную работу, можно перейти непосредственно к модели. Что делается с развесовкой? Пока посмотрим, что уже есть. Двигатель - 270 г, глушитель - 40 г, полный комплект бортовой части аппаратуры - около 330 г (газ и каждый элерон управляются машинками типа HS-80). Добавляем легкий кок, деревянный винт, легкий бак - всего около 80 г. Мотораму исключаем, так как мотор будет крепиться на легком переднем шпангоуте в двух точках за картер, с дополнительным подкосом к головке цилиндра. На шасси для начала отведем 50 г (два легких колеса фирмы Robbe d55 мм по 6,5 г, две заготовки стоек длиной по 250 мм из ОВС 3 мм - по 14 г). Обтяжка всей модели белой пленкой типа MonoCote - около 100 г (пленки других цветов явно легче). Итого набралось 870 г. На каркас модели осталось 480 г. При непреодолимом желании можно еще выиграть на приводе рулей высоты и поворота от тех же HS-80 (на данных скоростях и при данных размерах оперения их силы хватит с запасом). Это сэкономит дополнительно 35 г. И, не забудьте, что еще не решено, ставить ли глушитель - еще резерв в 40 г. Однако представляется, что и 480 г - величина вполне приемлемая. Скажем, каркас крыла 230 г и фюзеляж со всеми узлами и оперением 250 г. Нормально. Ничего сверхъестественного в таких границах веса нет. Просто нужно отвлечься от ставших уже привычными канонов проектирования "технологичных" моделей в стиле наборов-посылок, и перейти к границам, задаваемым спортивной техникой. Кстати - если вы помните, существовавший в свое время "стандартный" тип кордовых пилотажных моделей с двигателем объемом около 6 см3 имел весьма близкие параметры. Размах крыла 1400 мм, площадь крыла 36 дм2, полный вес модели 1100-1200 г, мощный цельнобальзовый фюзеляж с тяжелой брусковой моторамой. А ведь строили их в свое время сотнями, зачастую отнюдь не профессионалы, и никто не говорил о каких-то проблемах. Машины ведущих спортсменов вообще имели вес менее 1000 г, но требовали особо легкой бальзы. Остальные создавались из обычных авиамодельных материалов, без стеклоткани и угля. Еще нужно учесть, что те пилотажки имели крайне тяжелую обшивку и отделку (а это очень значимо), да еще несли "нехилые" узлы силовой качалки со всеми сопутствующими "навесками" типа 30-40 г свинца на конце внешнего крыла, и механизма перестановки вывода корд. Попробуйте сделать развесовку такой модели, и вы поймете, что по части каркаса она как минимум не тяжелее нашей радиоуправляемой. Немного о воздушном винте под выбранный двигатель. Исходя из заданной скорости полета, известных оборотов и оптимальной поступи (скольжение примерно 25%) винта, нетрудно найти его шаг. Он получится равным 115-125 мм. Диаметр же придется подобрать практическим путем. Двигатель при работе на земле должен после регулировки на максимальную мощность развивать примерно 10000 об/мин. Добиваться таких оборотов нужно только за счет диаметра винта, но ни в коем случае не закрывать газ! Единственное, что допустимо - немного обогатить смесь после вывода мотора на полный газ. В горизонтальном полете двигатель немного раскрутится, и выйдет примерно на 10500 об/мин, что и требовалось. Важно учитывать, что деревянный винт гораздо выгоднее пластикового. Его малый вес позволит не слишком мощному мотору очень отзывчиво реагировать на переход с малых оборотов к полным. Пластиковый же пропеллер обладает выраженными признаками "маховика", который в моменты, когда мотору и так непросто, только добавляет нагрузки и тормозит раскрутку. Не возмущайтесь, но сейчас непосредственно к конструкции модели мы обращаться не будем. Сегодня не об этом разговор. Попытайтесь прорисовать ее сами, если появится желание. Если будет интересно, к конструкции пилотажки-аналога можно будет вернуться в следующих номерах журнала. А пока - лишь общий вид. Пара слов о дизайне. Прорисовка модели подразумевала не только монтаж неразъемного крыла. Одновременно сделана попытка уйти от набившего оскомину непрерывного потока "Экстр" и "Чап"-ов (как будто в мире других приличных самолетов не существует!). Но это - дело вкуса. В конце концов, кому-то нравятся отечественные "Су". В заключение сегодняшней темы интересно попробовать увеличить допустимый вес модели в два раза, оставив ее "геометрию" без изменений. При новом весе 2700 г нагрузка будет равна 84 г/дм2, а скорость полета составит около 100 км/ч. Вспомнив, как определяется потребная мощность, нетрудно ее найти. Она будет равна 2,6-2,7 л.с. Кажется, многовато даже для профессиональных пилотажек прошлого? Да нет, все правильно. Учтите - мы изначально закладывали в проект тяговооруженность, соответствующую хорошим современным спортивным машинам. А на известных аппаратах типа "маленький, тяжелый, но мощный" тяговооруженность, несмотря на непривычно большую кубатуру используемых там моторов, мягко говоря, маловата (недаром часть фигур идет по инерции, либо с предварительным разгоном). Понятно, что взять достаточную мощность там просто негде, но это уже другой разговор. Что делается с восприятием полета подобного "истребителя", изначально ясно, - "на большом удалении, быстро и со свистом" (как раз тот тип полета, от которого десятилетиями старательно уходили спортсмены всего мира). Правда, похоже, такие самолеты строить в несколько раз проще. Но ведь и здесь проблемы! Зная основы "сопромата" и аэродинамики, нетрудно прикинуть хотя бы уровень нагрузок на крыло. В соответствие с ростом скорости полета прочность, например, лонжерона нужно поднять в 2,8 раза. И он будет как минимум во столько же раз тяжелее: И так далее: