" - Вы полагаете, все это будет носиться? - Я полагаю, что все это следует шить!" Из песни.
Предисловие
@@Не будет большим открытием сказать, что самолеты держатся в воздухе за счет скорости относительно этого воздуха. Причем чем больше скорость, тем больше требования к аэродинамическому совершенству самолета, больше нагрузки. С другой стороны, самолету нужно как-то взлетать и после полета возвращаться на землю, и в этих случаях ему нужно уметь устойчиво держаться в воздухе на минимальных скоростях, а это совсем другие требования. В первом случае для достижения максимальных скоростей требуются тонкие профили с минимальной кривизной и минимальная площадь крыла, небольшие рули и их отклонения, а во втором - все прямо противоположное. Попытки совместить в одном аппарате взаимоисключающие свойства поначалу редко бывали удачными. Либо это был скоростной аппарат с мощным мотором, маленьким крылом и огромным разбегом/пробегом, да и вообще высокими требованиями к качеству ВПП. (Особенно любопытен опыт гоночных гидропланов с небольшим крылом 30х годов прошлого века, где плохая взлетно-посадочная характеристика ВПХ компенсировалась бесконечной длиной водного "аэродрома".) Либо это был тихоходный самолет с большой площадью, чаще всего биплан, способный эксплуатироваться на крохотных площадках, но неспособный на большие скорости.
@@Сейчас забавными выглядят довоенные попытки конструкторов "скрестить вола и трепетную лань". Например, был полутораплан со складным нижним крылом, после взлета превращающийся в обычный моноплан [1].
Пример № 1
@@Или эксперименты с раздвижными крыльями:
Пример № 2
Пример № 3
Пример № 4
Пример № 5 [2].
@@В конце концов, наиболее удачным и прижившимся впоследствии и дожившим до наших дней получился тот метод механизации крыла, где изменяется кривизна профиля. Это закрылки и предкрылки, при отклонении которых крыло получает профиль большой кривизны, который более выгоден на малых скоростях, что позволяет всему аппарату контактировать с землей на меньшей скорости. (Ни одна колесная пара шасси не способна сохранять устойчивый контакт с поверхностью на скорости более 330км/ч, поэтому какой ни была бы полетная скорость самолета, взлетная и посадочная не должны превышать это значение.) А на некоторых самолетах закрылки и предкрылки выдвижные, то есть в какой-то мере увеличивают площадь крыла.
@@Максимальная скорость истребителей Второй Мировой едва превышала 700км/ч даже при почти симметричном профиле (Ла-7), так что для посадки даже на грунтовые аэродромы вполне хватало больших закрылков. На некоторых разведчиках (Шторх) были и предкрылки. В этом смысле поражают способности послевоенного Ан-2, пробег которого с закрылками и предкрылками не превышает 60м.
@@Эта проблема еще более обострилась при освоении самолетами звукового барьера, который для прямого крыла был как бетонная стена. Большая скорость потребовала большей стреловидности крыла.
@@Первыми большей скорости захотели военные.
@@Однако постоянно меняющиеся взгляды на боевое применение авиации привели к дальнейшему ужесточению требований к взлетно-посадочным характеристикам (ВПХ) тактических самолетов. Этому прежде всего способствовало появление на рубеже 50-60-х гг. как в США, так и в СССР тактических ядерных боеприпасов, которые можно было подвешивать под самолеты класса "истребитель-бомбардировщик", а также использовать в качестве БЧ тактических ракет. Стратеги обеих сторон считали, что в условиях полномасштабной войны крупные аэродромы с бетонированными ВПП станут слишком уязвимыми. Поэтому самолетам пришлось бы перебазироваться на запасные площадки ограниченных размеров или погибнуть на своих авиабазах. Под влиянием таких взглядов ОКБ совместно с ЦАГИ подготовили предложения по второму этапу работ программы МиГ-23, в ходе которого предстояло создать более совершенный самолет, способный эксплуатироваться с укороченных ВПП. Достичь этого можно было двумя путями: за счет применения подъемных двигателей (ПД) или использования крыла с изменяемой стреловидностью. Оба эти направления в то время вошли в моду у нас и за рубежом.
@@ ЦАГИ, опираясь на большой объем фундаментальных исследований, настойчиво рекомендовал использование крыла изменяемой геометрии. Исследования, в которых принимали участие Г. В. Александров, С. М. Белоцерковский, Г. С. Бюшгенс и другие ведущие отечественные ученые-аэродинамики, показали, что, применяя малую стреловидность (10-15 град.) при крыле с большим удлинением и мощной механизацией, можно значительно улучшить ВПХ и уменьшить минимально допустимую полетную скорость. При стреловидности 35-45° обеспечивались хорошие маневренные характеристики и высокое аэродинамическое качество на околозвуковых режимах. Установив крыло на угол 60-70°, можно было достичь больших сверхзвуковых скоростей, кроме того, этот режим оказался весьма благоприятным для полета на малых высотах при больших приборных скоростях. Применение такого крыла позволяло создать многорежимный боевой самолет, способный решать задачи фронтового истребителя, истребителя-перехватчика и маловысотного истребителя-бомбардировщика." [3]
@@Оставим пока проблемы вертикального взлета и посадки боевых истребителей - "подсасывающий эффект" при посадке, трудности пилотирования на малых скоростях, большой расход топлива да и просто большие требования к силовой установке. (Последнее пока сдерживает и развитие моделей-копий этого класса.) Тем более, что КБ Микояна пошло по второму пути - крыло с изменяемой геометрией.
@@На одном из форумов моделистов я встретился с авторитетным мнением, что-де никакого толку от изменяемой стреловидности в моделизме нет и быть не может, ибо не летают модели с теми скоростями, что требуют этой функции. А вот проблем создается много - с центровкой и устойчивостью, да и конструкция непомерно усложняется и утяжеляется, теряя надежность. Вероятно, это было мнение асов-пилотов, по своему обыкновению, презирающих копийные модели.
@@В принципе, лично мне вполне хватило бы чисто визуального копийного эффекта - обычно это и требуется от моделей-копий. Но для обоснования начала постройки нужен был хотя бы элементарный теоретический расчет поведения модели с большой и малой стреловидностью. Для этого я не постеснялся обратиться к человеку, более меня подкованному теоретически - Сдобнову С.(flysnake). (Большая ему благодарность за проведенный расчет, который приведен в следующем разделе.)
@@И еще одна вещь. Наблюдая за взлетом импеллерных моделей с крылом большой стреловидности и как следствие - малого удлинения, я замечал их отвратительную поперечную устойчивость на малых скоростях. Модель раскачивало из стороны в сторону до тех пор, пока она разгонялась до своей полетной скорости. Ей явно не хватало размаха крыла, чтобы его концевые части давали аэродинамическое демпфирование. В полете у них была прекрасная поперечная маневренность, а вот на малых скоростях это достоинство превращалось в недостаток. А вот с изменяемой геометрией эта проблема решается просто: взлетаем с большим размахом, после разгона складываем консоли и получаем требуемую поперечную маневренность. Перед посадкой снова возвращаем большой размах. Замеры по чертежу показывают, что у МиГ-23 размах меняется почти вдвое.
@@Изменение центровки, неизбежное при повороте консолей и соответствующем смещении ЦД крыла в принципе тоже не противоречит режимам полета. В полете на скорости требуется более передняя центровка, что и дают сложенные консоли. А на взлете, и особенно при посадке желательна более задняя центровка - для большей чувствительности машины к рулям на малых скоростях - что и происходит при минимальной стреловидности консолей. Получается, что в одном самолете мы имеем два: один - для взлета и посадки, а также полета на малых скоростях, с высокой продольной маневренностью и низкой поперечной; второй - для высоких скоростей, с малой продольной и большой поперечной маневренностью. И некое промежуточное состояние между ними, смещаемое в ту или иную сторону по воле пилота, и обладающее достоинствами и недостатками обоих.
@@Важно лишь чтобы это изменение центровки не выходило за пределы диапазона управляемости/устойчивости машины. Точный ответ может дать только испытание модели. А вот что было у прототипа, описано в монографии:
@@Возникшие в связи с применением нового крыла трудности обеспечения устойчивости и управляемости были успешно решены специалистами ЦАГИ благодаря обнаруженному ими эффекту: аэродинамический фокус крыла при изменении угла стреловидности мало изменялся в случае, если на нем имелся корневой наплыв и было соответствующим образом подобрано место расположения оси поворота консоли. Исследования доказали возможность создания универсальной компоновки самолета, которая и легла в основу нового МиГа, а также бомбардировщика Су-24. Отработка аэродинамики МиГ-23 проводилась в аэродинамических трубах ЦАГИ Т-106М и Т-109 с использованием крупноразмерных моделей. О важности этих работ говорит тот факт, что в 1975 г. фундаментальные исследования ЦАГИ по самолетам с изменяемой геометрией крыла были отмечены Государственной премией.
@@Первый раз самолет поднялся в небо 9 июля 1967 г. - эту дату можно считать днем рождения МиГ-23. Уже в ходе второго полета Федотов изменял стреловидность крыла во всем диапазоне углов и, как вспоминал летчик-испытатель ОКБ Б. А. Орлов, остался вполне доволен поведением машины - балансировка самолета менялась незначительно, гораздо меньше, чем ожидалось. Эта оценка подтверждается и записью в бортовом журнале, сделанной Федотовым: "Полет при стреловидности от 16 до 72 град. Это впервые. Великолепно!" [3]
@@Само собой напрашивается решение: сделать управление стреловидностью автоматически зависимым от воздушной скорости самолета. Тогда при любой потере скорости по значению от ПВД автомат немедленно раскроет консоли в какое-то промежуточное положение и подгонит аэродинамическое качество машины под конкретную скорость, не дожидаясь действия пилота. Именно так реализовано в знаменитом палубном истребителе F-14, где пилоту можно не задумываться об угле стреловидности. В к/ф "TopGun" отлично видно, как взлетают они с авианосца на форсаже, но с прямыми крыльями, а в полете консоли уже сложены; а на вираже, где скорость немного снижается, консоли сразу же немного раскрываются в промежуточное состояние. Но для предотвращения таких резких изменений центровки в F-14 соответственно передвигается противовес. У МиГа в неявном виде тоже есть небольшая весовая компенсация - просто у него в консолях топливные баки. (Можно реализовать это и на модели, повесив на законцовки консолей грузики. Но в случае импеллерной модели, где традиционна борьба за каждый грамм, этот прием видится мне неприемлемым.) У меня нет сведений о движущемся противовесе в самолетах с простым профилем полета, таких как бомбардировщики В-1, Ту-160 и Ту-22М2,3. Но у них изменение стреловидности не так динамично, как у истребителей, и возможно, здесь дело ограничивается перекачкой топлива, обычной при переходе на сверхзвук и у других самолетов.
@@Надо сказать, что на западных сайтах модели с изменяемой геометрией появлялись неоднократно, где и были продемонстрированы несложные механизмы поворота консолей. В основном это тот же F-14:
Пример № 6
Пример № 7
@@На эти конструкции я и опирался при собственном проектировании. Правда, и здесь проявились свои "национальные особенности".
Прототип, чертеж, проект
@@То, что из всех отечественных машин с изменяемой геометрией МиГ-23 является самым известным, думаю, объяснять не надо. Даже во многих знаменитых американских фильмах про героев-пилотов реактивной авиации этот самолет незримо "присутствует" в качестве небольшого, но очень коварного и чрезвычайно маневренного врага, и где его роль обычно "играет" какой-нибудь F-4 или F-5.
@@Остается лишь выбрать модификацию. Более всех по душе мне показалась модификация "М". По сравнению с более ранней "С" здесь нарастили площадь консолей, образовав на каждой характерный "клык", сократили длину фюзеляжа за счет хвостовой части, и придали носовому обтекателю более выгодную оживальную форму вместо конусной. Более поздние модификации "МЛ" и "МЛД" мне уже не нравились отсутствием харизматичного форкиля и дополнительными клыками на неподвижной части крыла. Кроме того, среди всех чертежей именно у МиГ-23М получалась наибольшая площадь воздухозаборников, а это важно для импеллерной модели. Да и сам чертеж этой модификации был более аккуратен, выполнен более тонкими линиями.
Пример № 8
@@Единственное, что на нем отсутствовало - профиль крыла. Поэтому его я взял из чертежа модификации МиГ-23С и растянул его по хорде так, как это происходило бы при наращивании хорды у МиГ-23М, попутно контролируя его толщину по чертежу вида спереди. У меня получился профиль толщиной 8% и кривизной не более 1%.
Пример № 9
@@(Была еще одна причина выбрать именно эту модификацию. У меня в комнате под потолком висела стендовая модель именно МиГ-23М в масштабе 1:48. Ее я и рассматривал в целях уточнения форм, с нее я и взял схему камуфляжа.)
@@В импеллерных моделях выбор масштаба вовсе не произволен, а обычно продиктован диаметром имеющегося импеллера. А в данном случае есть еще ограничения, диктуемые механикой поворота консолей. Для этих целей нужна была мощная, но легкая и не быстрая сервомашинка с металлическим редуктором. Последней особенностью обладают сервоприводы как минимум микро-класса, т.е. весом 18-22г. и усилием около 2.2-2.5 кг/см. У меня была подходящая - Robbe FS 500 MG, достаточно медленная.
@@Обычно такие машинки используются на моделях размером около 1м размаха. Такой размах соответствовал масштабу 1:14 и по диаметру сопла указывал на диаметр импеллера примерно 75-80мм.
@@На тот момент подходящего импеллера у меня не было, ранее использовавшийся и хорошо себя зарекомендовавший Alfamodel EDF-60/15 здесь не годился из-за небольшого шага лопастей и относительно невысокой скорости потока.
@@Замечание. Широко распространено заблуждение, что импеллер нужен модели для обеспечения большей скорости. В действительности все несколько иначе. Импеллер нужен только для копийных моделей для имитации ТРД. Во всех остальных случаях обычный авиационный винт имеет безусловное преимущество. Посмотрите на спортивные скоростные и гоночные модели - ни на одной вы не обнаружите импеллер, ни на одной.
@@После нескольких итераций с чертежом и MotoCalc было выбрано сочетание импеллера Kyosho DF диаметром 75мм с Outrunner Hivolt Kv=3000rpm и масштабом планера 1:14, дающим размах модели в минимальной стреловидности 996мм, а максимальной - 554мм. Решающее значение в выборе именно этого импеллера оказали его тяговый TCoef и мощностной PCoef коэфициенты, наибольшие из базы данных импеллеров MotoCalc 8, и якобы обеспечивающие ему стат.тягу более 1кг при токе 25А. Последующие замеры показали, что цифры завышены по меньшей мере вдвое. И все равно у этого импеллера было преимущество. Кроме относительно небольшой цены (около 44$), при диаметре крыльчатки 74мм шаг лопастей был 160мм - наибольший из всего списка. И самое главное - я видел этот импеллер в действии, когда он успешно таскал модель Kyosho T33 ShootingStar весом около 1.2кг, позволяя ей делать весь высший пилотаж. А это говорит о тяговооруженности не менее 0.5 (тяга около 600г) - и это на коллекторном моторе при токе около 30А от тяжеленных NiCd аккумуляторов. Что же будет с более совершенными БК мотором и LiPo батареей. Если нацелиться на полетный вес метровой модели около 600-650г, то реально получение тяговооруженности в районе 1.
@@Справка о прототипах (откроется в новом окне).
@@Из монографии:
@@"В 1971 г. на МиГ-23С установили двигатель, форсированный до тяги 12500 кгс. Если учесть, что нормальная взлетная масса самолета составляла 14500 кг, то без вооружения и с уменьшенным запасом топлива взлетная тяговооруженность этого истребителя превышала 1. Модернизированный МиГ с большим эффектом участвовал в "показе новой авиационной техники руководителям партии и правительства", проведенном во Владимировке летом 1971 г. (в официальных документах это мероприятие условно называлось темой "Кристалл"). Следует заметить, что аналогичную тяговооруженность американцам удалось достичь на опытном истребителе YF-15, совершившем первый полет лишь в июле 1973 г. "[3].
@@Замечание. По сведениям от специалистов, импеллер от Kyosho был одним из первых и не давал нужного КПД. Например, более поздний и дорогой Wemotec того же диаметра давал на том же моторе при примерно том же токе стат.тягу на 70г больше. Однако, считаю неверным оценивать выход импеллера только по статической тяге. Не менее важная характеристика - скорость выходного потока. Именно обе эти параметра разумно использовать в комплексе для оценки выхода импеллера и его КПД. И поскольку у Kyosho максимальный шаг из списка, по скорости потока он превышает тот же Wemotec чуть ли не вдвое (60м/c против 30м/с).
Посмотреть расчеты (откроется в новом окне)
@@При выбранном масштабе площадь крыла меняется в зависимости от положения консолей от 13.1 до 12.6дм2 (часть консоли при складывании прячется внутрь фюзеляжа). Однако для оценки несущей поверхности эти цифры весьма умозрительны, поскольку у многих реактивных самолетов немалое участие в подъемной силе принимает и фюзеляж. Это видно по задранному носу машины в стояночном положении, в то время как хорды консолей параллельны земле. Получается, что относительно строительной горизонтали крыло имеет отрицательный угол установки, а летит машина, крепко задрав нос. При этом носовой обтекатель может находиться и параллельно потоку.
@@Исходный чертеж - cкачать (zip-архив, 410 кБ, формат *.tif)
@@Замечание. Сравнивая форму сопла в стояночном и полетном состоянии, видно, что в первом случае его створки отклонены вниз примерно на 5град. Не здесь ли истоки отклоняемого вектора тяги? Это делает прототип еще более фантастичным. Motocalc никак не учитывает стреловидность, да вообще форму крыла - оно у него всегда прямоугольное. Поэтому положение максимальной стреловидности я имитировал изменением размаха при чуть изменившейся площади, а также превращением толщины профиля 8% в 5%. Как ни странно, но это дало смехотворный прирост скорости в 1.5м/с, который можно списать на уменьшение площади.
Посмотреть расчеты (откроется в новом окне)
@@Максимальная расчетная скорость при этом достигает почти 40м/с, что составляет около 144 км/ч. А вот диапазон посадочных скоростей (от скорости удержания на рулях до скорости сваливания) лежит в районе 10м/с (36 км/ч) что довольно значительно. Если попробовать сымитировать закрылки через изменение кривизны профиля, то посадочные скорости лежат в районе 9-11м/с, что уже приемлемо.
Посмотреть расчеты (откроется в новом окне)
@@Я столкнулся с мнением, что при увеличении стреловидности аэродинамическое качество как минимум не улучшается, поскольку уменьшается эффективное удлинение крыла и возрастает индуктивное сопротивление из-за ухудшающейся законцовки. Поэтому в горизонтальном полете машину-де придется удерживать с бОльшим углом атаки, а это приведет к увеличению общего лобового сопротивления. В качестве аргумента приводились примеры кроссовых планеров, у которых нет особой стреловидности. В пикировании со сложенными консолями действительно скорость возрастет. Это обстоятельство используют хищные птицы, складывая крылья в пикировании на жертву. Но в этом случае изменяется и площадь крыльев, и возможно, профиль. Для прояснения этого вопроса я и обратился к Сдобнову С. Вот его расчеты и комментарии:
@@"Была проведена оценка влияния изменения геометрии (стреловидности) крыла на максимальную скорость модели самолета МиГ23. Следует учесть, что рассматривалось только крыло, а на скоростях, близких к максимальным, основное сопротивление может вноситься не крылом, а другими деталями модели. Использовались классические формулы аэродинамики крыла. Оценка проведена на Excel (в ячейках зеленого цвета находятся исходные параметры, которые можно изменить, в желтых - вычисленные)."
Cкачать расчы (zip-архив, 7 кБ, формат *.xls)
@@При оценке учитывалось следующее:
@@При увеличении угла стреловидности увеличивается хорда крыла вдоль потока набегающего воздуха (скос потока, вызванный стреловидностью, учитывался дополнительным увеличением хорды и соответствующим уменьшением удлинения крыла).
@@При увеличении хорды уменьшается относительная толщина профиля (исходный профиль толщиной 9% превращается в профиль толщиной 5%), со всеми вытекающими последствиями - уменьшение максимальной подъемной силы, уменьшение кривизны профиля, уменьшение минимального лобового сопротивления. Причем, важно отметить, что уменьшение кривизны профиля приводит к сдвигу минимального сопротивления к точке минимальных Су (к точке нулевой подъемной силы).
@@К сожалению, мне оказались недоступны поляры профилей Clark YH 9% и Clark YH 5%. Для оценки я применил профили S6062 - (толщина около 8%, кривизна около 1.6%) (для крыла с малой стреловидностью) и S6063 - (7% и 1.4% соответственно) (для крыла с большой стреловидностью). Эти профили имеют меньшее минимальное лобовое сопротивление, чем Clark, и меньшую максимальную подъемную силу, чем он.
""""К сожалению, на сайте мне не удалось найти профиля с полярами, имеющего толщину около 5% и кривизну около 1%.
""""В диапазоне скоростей от 10м/с до 65м/с для обеих стреловидностей вычислялось:
число Рейнольца Re;
коэффициент подъемной силы Cy;
коэффициент индуктивного сопротивления Ci;
из поляр, в соответствии с Cy и Re, подставлялся коэффициент профильного сопротивления Cp;
вычислялось коэффициент полного сопротивления крыла Cp+Ci;
вычислялось аэродинамическое качество крыла;
вычислялось сопротивление крыла в граммах;
отдельно, ниже таблицы приводится коэффициент сопротивления плоской пластинки при ламинарном и турбулентном обтекании;
@@Из полученной таблицы видно, что на скоростях до 20м/с стреловидное крыло работает хуже, а на скоростях выше 30м/с - лучше (при данной нагрузке на крыло).
@@На любых скоростях индуктивное сопротивление стреловидного крыла больше, чем у "прямого", но на скоростях выше 30м/с оно значительно меньше, чем профильное сопротивление.
@@На скоростях в районе 50м/с дает выигрыш в скорости порядка 10м/с при той же тяге.
@@В случае применения профиля с бОльшим исходно профильным сопротивлением эффект уменьшения сопротивления будет выше (хотя максимальная скорость будет, естественно, ниже).
@@Прикладываю поляры профилей S6062, S6063, Clark Y, взятые с указанного выше сайта."
@@Эти данные меня несколько успокоили, и я смог продолжать проектные работы.
@@Имея активную площадь импеллера 3494мм2 (37*37*3.14=4298 внутр. площадь трубы минус площадь кожуха мотора 16*16*3.14=804), я получал предельный диаметр выходного сопла 66мм. Что при установке импеллера в районе сечения Е-Е (см. чертеж) давало бы длину выходного канала 255мм и сужение 2град, что гораздо меньше критического 4град. Имея большой шаг импеллера, я мог не беспокоиться о снижении скорости потока и не сужать канал до активной площади. Тем более, что большой диаметр сопла МиГ-23 допускал это. При внешнем диаметре сопла на чертеже 72мм и минимальной толщине пенопластовых стенок 1.5-2мм я получал выходной диаметр канала 68мм.
@@А вот с входным каналом пришлось традиционно помучиться. Если рассматривать сечение С-С, где воздухозаборник максимально выражен, то из внешнего сечения 36х75мм после вычитания толщины стенок (это как минимум 4мм с каждой стороны, ведь передняя кромка канала должна быть толстой и скругленной примерно так же, как и передняя кромка крыла) получаем внутреннее 28х67мм и суммарную площадь обоих воздухозаборников 1876*2=3752мм2. Что едва больше активной площади 3494мм2. ("- Маловато будет!") Что делать? Толщину стенок уменьшать крайне нежелательно - это повлияет на результирующую тягу импеллера с каналом. От наружного входного сужения воздухозаборника, хорошо просматриваемого на чертеже вида сверху и сбоку перед сечением С-С, однозначно придется отказаться. Решение было такое. Раз уж придется расширять воздухозаборник, то без существенного искажения его копийных габаритов можно попробовать это сделать за счет вещи, не очень-то и нужной на модели - системы отрезания пограничного слоя с фюзеляжа. Если придвинуть два ножа этой системы поближе к фюзеляжу так, чтобы к воздухозаборнику они были вровень с бортом фюзеляжа, то тогда мы получаем внешнее сечение 40х75мм, внутреннее 35х66мм и суммарную площадь воздухозаборников 2310*2=4620мм2, что составляет 130% от активной площади импеллера. А это уже немало.
@@Замечание. При последующей 3Д-компоновке эти ножи удачно стали продолжением боковых стенок входных полуканалов. Причем угол их схождения перед импеллером был таков, что на переднем конце они уже отставали от борта фюзеляжа на 2-3мм, что в какой-то степени маскировало действительное отсутствие щели и позволяло не терять копийности.
@@Замечание. При использовании импеллера диаметром 80мм будет безусловный выигрыш по тяговым возможностям. Однако, если в выходном канале еще есть запас для использования большей активной площади, то у входного канала резерв площади будет исчерпан, и придется думать о большем размере модели.
@@У меня обычно 3Д-изображение компоновки модели делается уже после постройки и даже после испытаний модели, во время написания статьи, как наглядная иллюстрация строения модели. В данном случае по компоновке модели было столько вопросов, что 3Д-модель была сделана первой, еще до печати чертежей. Последний пункт вообще стоял под вопросом. Мне рекомендовали программно-управляемый станок для резки пенопласта, и была реальная перспектива вырезания сложных деталей модели, используя контуры 3Д-модели, благо она выстроена сплайновым методом. (Желающим могу переслать ее для реализации именно такого САПРовского метода в формате 3Д МАХ или DXF.) А в данном случае применить прогрессивный метод не удалось, станок не поспел к сроку, и пришлось большинство деталей делать традиционным ручным способом. Кроме того, сборка сложного фюзеляжа из изогнутых листов пенопласта дает постоянную толщину стенки и, следовательно, меньший вес всей конструкции.
@@Поправки к чертежу и дополнительные детали - cкачать (zip-архив, 340 кБ, формат *.tif)
@@Малая толщина плоскостей исключала их наборную конструкцию, посему их резали нагретой нихромовой нитью по шаблонам, вручную. О деталях вращения (носовой обтекатель) вообще отдельный разговор.
@@Но более всего 3Д-моделирование пригодилось для механизма поворота консолей. Будучи не только 3Д-моделлером, но и 3Д-аниматором, мне виделось совершенно логичным для настройки и регулировки механизма применить инверсную кинематику. Причем активным объектом была правая консоль, угол поворота которой был виден на чертеже. Промежуточным ведомым объектом - качалка сервомашинки, финальным ведомым объектом - вторая консоль. Зная размеры плеч реальной качалки, перемещением IK-шарниров я подбирал длину тяг и радиусы кабанчиков так, чтобы поворот консоли давал реальный угол поворота качалки реальной машинки, и соответственно, угол поворота второй консоли. Причем старался, чтобы плечо кабанчика было как можно больше плеча качалки - для снижения нагрузки на нее. Считая самым нагруженным максимально раскрытое положение консолей, я установил в этом случае исходное положение качалки почти параллельным тягам. В то же время длина тяг, оси и углы кабанчиков устанавливались с сохранением хотя бы небольшого плеча в крайних положениях, но при этом не вылезая за габариты скрывающей всю эту механику неподвижной части крыла.
Cкачать анимацию механики (zip-архив, 353 кБ, формат *.avi)
@@Замечание. Таким способом мне удается проектировать механизмы сложных убирающихся шасси.
@@Короче, у меня получились такие цифры: при радиусе качалки 14мм длина тяги была 101мм и радиус кабанчика 28мм, что давало рычаговую редукцию 1:2 и требовало хода качалки 140град. (Реальный максимальный расход качалки у машинки Robbe FS500MG оказался здорово меньше - 110град., но это лишь изменило начальный угол установки качалки, отклонив его от параллельного тяге.) Небольшой расчет усилий показывал, что на максимальной скорости, когда на все крыло приходится около 300г, а на каждую консоль - около 120г, если взять в качестве точки приложения силы середину консоли - плечо 200мм, это дает нагрузку 120г/20см на одну консоль. Или 2400г/см, или 4.8кг/см на обе консоли. С учетом рычаговой редукции 1:2 на машинку в самом худшем случае приходится 2.4кг/см. Т.о. получается, что на полной скорости машинке немного не хватает, чтобы расправить консоли, но усилия удержания в раскрытом состоянии хватает с запасом. А вот на скорости удержания на рулях 12,5м/с, с которой и начинается посадка, усилий машинки более чем достаточно. Получается такая схема полета: взлетаем с "прямым" крылом, разгоняемся и складываем крыло (поток помогает), а далее весь полет выполняем со сложенным крылом. Пред посадкой убираем газ, дожидаемся снижения скорости и "расправляем крылья". Ограничение в раскрывании консолей в полете на тот момент виделось мне не столь значительным. Применять стандартную сервомашинку было просто недопустимым и по весу, и по габаритам, а так называемые низкопрофильные машинки, используемые для закрылков и обладающие большим усилием и небольшой скоростью, были дороговаты.
@@Правда, такая рычаговая реализация механизма не давала полной синхронности поворота консолей. Уже при интерактивном просмотре анимации было видно, что при линейном повороте правой "ведущей" консоли левая "ведомая" сначала немного отстает на 2-3град. а затем догоняет правую. Перемещением всей сервомашинки был найден оптимум, когда асимметрия скоростей консолей минимальна и не заметна ни визуально, ни оказывает влияние на полет. Для более точной синхронизации требов
алось связывать между собой консоли общими рычагами, тягами или даже шестернями.
@@Мало того, именно тут обнаружилось, что при повороте консоли ее внутренний угол врезается в канал. Хорошо было бы, если бы это обнаружилось на уже собранной модели! Случилось это отчасти оттого, что решил ликвидировать отрицательный угол установки крыла, установив его параллельно строительной горизонтали чертежа, как я это делал на модели Су-25. Пришлось решать проблему с двух сторон - немного поднять весь механизм вместе с консолями, и одновременно немного продавить канал в этом месте, образовав на нем плоскую "площадку".
Конструкция и материалы
@@Ничего нового в плане материалов по сравнению с моделью Су-25 здесь нет. Тот же голубой пенопласт Roofmate Styrofoam плотностью 35г/дм3, тот же стеклотекстолит 1мм, а также плотный пенопласт ПС-60, угольные трубки 6мм, лексан бутылок и двойной толстый лавсан. Лексановая трубка упаковки светильников, не примененная в Су-25, отлично подошла для более крупного импеллера и по диаметру, и по длине. Правда, угольную трубку на этот раз удалось добыть длиной 1000мм, что позволило протянуть ее от носа до вхождения в киль. (Для Су-25 нашлась лишь длиной 800мм, и фюзеляж машины неоднократно ломался именно там, где она кончалась.) А поскольку и у этого самолета большой киль, оставлять его без интегрального усиления никак было нельзя.
@@Замечание. Обратите внимание, у всех сверхзвуковых самолетов огромный киль, а у многорежимных, таких как истребители, их может быть и два здоровенных. Связано это и с отсутствием обдува оперения, и с особенностями распределения зон скачков давления на сверхзвуке, обычно обходящих вертикальное оперение. Риск срыва в плоский штопор у таких самолетов намного выше. Кстати, у современных сверхзвуковых истребителей горизонтальное оперение обычно цельноповоротное, что продиктовано риском флаттера на сверхзвуке. И МиГ-23 здесь не исключение. У него и киль не только сверху, но и снизу, подворачиваемый при посадке. Но и этого мало. У этого самолета отсутствуют элероны как явление. Управление креном осуществляется посредством дифференциального стабилизатора, а в посадочном состоянии ему помогают дифференциальные интерцепторы. А составе механизации крыла присутствует отклоняемый носок во всю консоль и огромный закрылок также длиной во всю консоль, которые работают только при полностью раскрытых консолях и блокируются при сложенных, ибо при большой стреловидности они становятся почти вдоль потока и толку от них немного. Так что у этого самолета, в известной степени, крутятся все плоскости, кроме разве что, верхнего киля, у которого традиционный руль направления, весьма небольшой. Если прибавить к этому 4 тормозных щитка в хвостовой части фюзеляжа и сложнейшее 3-шарнирное шасси, становится понятно, что по механизации это очень насыщенный аппарат. И при его моделировании достойным будет реализовать хотя бы половину его свойств "трансформера".
@@Поэтому, если уж взялись за поворотные консоли, то и цельноповоротное оперение уж тем более напрашивалось. Механику убирающегося шасси такой сложности мне было не под силу выполнить в домашних условиях, да и убирать его было откровенно некуда - внутреннее пространство фюзеляжа было занято каналом. По этой же причине не стал делать подворачивающийся нижний киль - в условиях посадки на брюхо ему лучше быть цельным, иначе при посадке ему разнесет всю механику.
@@Были некоторые мысли по реализации закрылков, но ни до чего путного они не дозрели. Ставить в каждую консоль маленькую рулевую машинку показалось мне накладным и лишним утяжелением, как-то надо было блокировать их работу при сложенных консолях (моя аппаратура не позволяла такое), да и провода от таких машинок путались при повороте консолей. Было еще решение опускать закрылки вниз автоматически при полном раскрытии консолей натяжением тросиков. Причем если завести этот тросик на качалку машинки, получаем еще и флапероны. Однако, одна мысль, что один тросик натянется раньше или заест, и все это пред посадкой сработает лучше любого элерона, вплоть до переворота модели - заставила отложить решение этого вопроса. Во всяком случае, машинки можно врезать и задним числом, если это действительно потребуется.
@@Замечание. Большой недостаток копийной импеллерной модели в том, что ее нельзя испытывать по частям. Требуется ее закончить и окончательно закрыть, чтобы она хотя бы разогналась до полетного режима. Даже прием "летающая лаборатория", на которой можно отдельно отработать импеллер, отдельно сложение консолей, отдельно диф.стабилизатор, и т.д. - здесь не некорректно. Модель модели рознь, и смысл имеет только комплексное решение. Я был бы очень рад вначале сделать угольную палку с моторчиком и винтом, и снабдив ее поворотными консолями, изучать изменение центровки, успокоиться и продолжать или наоборот, прекратить проект; но...это было бы как в анекдоте - искать не там где потерял, а где светлее и удобнее.
@@Так что пришлось делать все сразу.
@@И начинать с самого сложного в этом самолете и неизвестного.
Крыло изменяемой геометрии
@@Сразу скажу, что используемый за рубежом опыт простых механизмов изменения геометрии крыла, приведенный выше в ссылках, годился здесь лишь наполовину. МиГ-23 не F-14, расстояние между осями консолей у него меньше, есть приличный отрицательный поперечный V крыла. И, кроме того, сразу под консолями проходят трубы входных полуканалов. Все это мешает применению двух прямых бальзовых пластин, между которыми вращаются консоли, и которые обеспечивают всему крылу жесткость. (Кроме того, при покраске такие пластины резко выбивались бы из общего пенопластового фона, что нехорошо.) Поэтому держатели консолей пришлось делать по-другому. Вначале эта была фигурная текстолитовая пластина с вырезами под каналы импеллера, и с вырезами, в которых вращаются консоли. Еще полезно к ней и машинку прикрепить, и завязать ее с угольной трубой, которая, как и в предыдущей модели Су-25, является основным силовым элементом. (Как и в модели Су-25, здесь невозможно сделать несущие борта из-за воздухозаборников.) Однако, одна такая пластина будет иметь жесткость только по двум осям; поперек себя она будет гнуться, а уж крутке и вовсе не будет противостоять. А это особенно важно при сложенной консоли, возникает риск флаттера. Можно было решить задачу "в лоб", удвоив толщину пластины. Но более грамотное инженерное решение - применить вторую пластину аналогичной формы, поставленную под углом к первой и поддерживающую консоль в сложенном положении. Вместе с угольной трубой они образуют треугольник - самую жесткую фигуру. Со второй консолью - все аналогично. Поскольку первая пластина для обеих консолей одна, а вторую придется "ломать" под углом в месте крепления к трубе, я решил сразу делать ее из двух половинок Р2 и Р3. А на трубе срастить с помощью стеклоткани, ниток, ваты и волшебного связующего под названием "жидкий циакрин", которое любую целлюлозу в результате бурной реакции превращает в твердый пластик. Жесткость конструкции получилась неимоверной. А к тыльной стороне пластины Р1 приклеена циакрином сервомашинка консолей, обернутая медицинским пластырем. Это соединение достаточно надежно, особенно если прорезать в Р1 окошки для выступающих цапф корпуса машинки. И в то же время машинку несложно снять, разрезав пластырь.
@@Почему окна для консолей не прямоугольные, а трапецевидные? Ну, во-первых, конусность верхней стороны ответной части консоли продиктована ее профилем, особенно в задней части. А во-вторых, чисто инженерный опыт подсказывает, что ближе к середине крыла нагрузка больше, там и будет ломаться. Конечно, это сложнее, чем прямоугольная форма окна. Но на самом деле сделать одинаковые окна не так уж и сложно; моделисты успешно делают это при групповой обработке нервюр.
@@Чтобы ребро 1мм стеклотекстолита не продавило относительно мягкий пенопласт ответных частей консоли, последнюю я обклеиваю стеклотканью. Не будучи совершенно уверен в надежности этого решения, я и внутри окон приклеил к текстолиту пластинки-сектора из более тонкого текстолита. Площадь соприкосновения резко возросла, и она остается постоянной при любом положении консоли.
@@Владельцы катушечных магнитофонов хорошо знают, что лучший прижим магнитной ленты к головке получается из поролона, обернутого скотчем. Лавсан скользит по лавсану с минимальным трением без всякой смазки и заеданий. Это обстоятельство я и использую, обернув скотчем не только пластинки-сектора, но и пенопластовые оси консолей. После монтажа фрагментов этих осей на пластинах они скрепляются вместе полоской стеклоткани с эпоксидкой, а уж затем - скотчем. А консоль крыла и так вся одевается скотчем.
@@Замечание. Поскольку пенорезного станка мне так и не досталось, я не смог сделать в ней аккуратного цилиндрического паза под угольную трубку. Поэтому вместо трубки, изображенной на 3Д-рисунке, я применил уже многократно освоенный текстолитовый лонжерон - полоску "на ребро", вклеенную в разрез консоли. Это решение несколько хуже трубки в плане противостояния крутке консоли, но есть надежда, что спасет обтяжка. А вот в поворотной части есть некий выигрыш - если проложить пластину в прижим к оси сзади, то при повороте часть текстолитового лонжерона всегда будет находиться между текстолитовыми же секторами, и гарантированно входить в первую либо вторую пластину. Вместо пенопласта в текстолит будет упираться другой такой же текстолит, что увеличит общую прочность конструкции в разы. Правда, несколько пострадает внешний вид консоли, ни с того ни с сего разделенной ребром текстолита, которое еще надо как-то закрашивать.
@@Проблемы вырезания нагретой проволокой такой консоли по шаблонам не ограничиваются большой длиной (425мм) и малой толщиной профиля, особенно на законцовке - 6мм. Тут еще и огромное сужение консоли. Когда длина корневой и законцовочной хорд различается в 3 раза, такая же разница должна быть в скорости резки на соответствующих шаблонах. Как бы не так! Если по длинному корневому шаблону проволока режет хорошо, то на коротком законцовочном шаблоне пенопласт горит. И проблема эта не решается никаким станком.
@@Было выработано два пути решения этой проблемы, один дополняет другой. Во-первых, шаблон законцовки делают с запасом по толщине по 0.5мм с каждой стороны. Во-вторых, меняется порядок "отсекания лишнего". Раньше резка начиналась с самого толстого участка профиля - примерно с первой 1/3 хорды, срезая от центра к краю. Теперь резка начинается с последней 1/3 длинного шаблона и такого же расстояния на коротком шаблона, снимая таким образом кусок в форме параллелограмма. Затем аналогичная процедура проводится с первой 1/6 длинного шаблона. Оставшийся "треугольник" снимается в два приема, с первой 1/3 длинного шаблона, причем на коротком проволока фактически работает "вхолостую", но зато ее хорошо видно и легче контролировать. Небольшой прогиб в средней части заготовки и компенсируется снятием запаса 0.5мм с короткого конца. Более точно выстроить эту линию поможет текстолитовый лонжерон. А поскольку консоли все равно разрезаются им, то и резать их можно также по частям, без опасений испортить целую заготовку.
@@Особенно проявляется эта проблема с горизонтальным оперением - оно почти треугольное и очень тонкое.
@@Верхний киль во избежание мучений я решил изначально разделить на форкиль и собственно киль, разделив их по линии излома передней кромки и применив в месте их стыка один и тот же шаблон.
@@Киль настолько близок к треугольной форме, что при резке серединный "треугольник" я снимал длинным ножом как плоский, без кривизны.
@@Из соображений веса усиливать стеклотканью я посчитал нужным только задние кромки плоскостей, тоненькие и просвечивающие.
@@А передние кромки и законцовки, как более толстые и скругленные, обошлись оклейкой полосками папиросной бумаги на ПВА.
Импеллер
@@Стандартный электроимпеллер Kyosho DF 75мм используется фирмой в своих моделях T33 ShootingStar и F-16 с коллекторным мотором LeMans AP26Long, помещаемым традиционно внутрь пластикового "стакана" без задней крышки.
@@В принципе мотор Hivolt помещался в этот стакан примерно с 0.5мм зазором от стенок. Однако при малейшем перекосе или смещении бешено вращающийся внешний ротор мог начать обтачивать стенки, и вряд ли это кончилось бы хорошо как для стенок, так и для магнитов ротора. Поэтому по совету А.Гореславца импеллер был доработан так, что ротор мотора "вылез" из стакана наружу. Из стеклотекстолита 1мм были сделаны две одинаковые круглые шайбы под внутренний размер стакана, со строгой центровкой отверстия, для чего при обтачивании шайб применялась дрель. В одну шайбу был вклеен упорный подшипник, и она была установлена изнутри к лицевой стороне стакана. (Правда, оказалось, что стакан изнутри сам не отцентрован.) На вторую шайбу был привинчен мотор Hivolt, у которого Гореславец выдвинул ось вперед так, чтобы она высовывалась на 32мм. Эта шайба также вклеена в стакан, но на такую глубину, чтобы между ротором и задним срезом стакана был зазор чуть меньше 1мм. Этого зазора хватает для охлаждения мотора.
@@Вылезающего спереди из стакана отрезка вала хватает с лихвой на муфту крыльчатки импеллера. Мне даже пришлось ее просверлить до передней резьбы. Поскольку у вала диаметр 3мм, а у муфты 3.17, для центрирования был проложен слой толстой алюминевой фольги.
https://aviamodelka.ru/images/article/EugineRybkin/mig23/ImpelRazborFront02.jpg
@@А сзади, прямо на ротор мотора надет и приклеен к его торцу пенопластовый конус, который вращается вместе с ротором (да и вместе с окружающим потоком). Я даже проделал в нем два канала для охлаждения мотора - напротив окон ротора.
@@А сделан был этот конус невероятно простым способом. Вначале из пенопласта была вырезана простая 4-гранная, а потом ставшая 8-гранной, заготовка. Затем она была надета на вал мотора, и на малом газу сухариком обточена до нужной гладкой формы. Получился импровизированный токарный станок для пенопласта. Поскольку "задней бабки" у него нет, особо длинные детали на нем не обработаешь. И оказалось удобнее надевать заготовку не со стороны ротора, а со стороны муфты, в резьбу которой я еще ввинтил дополнительную шпильку - для поддержки заготовки.
@@Таким приемом были изготовлены и носовой обтекатель, и его передний конус из твердого ПС-60, и цилиндрические оси консолей.
@@Правда, тот длинный 120мм конус, что показан на фото, в первом же испытании импеллера сорвало и унесло потоком. Поэтому вместо него был быстро выточен более короткий 70мм.
@@Забавно, что у самого Гореславца крыльчатка точно такого же импеллера была порвана на 28 000 об/мин. Но мне повезло - в моей крыльчатке трещин не было. Вот только при испытании в руках я слишком крепко сжал наружную трубу импеллера, и крыльчатка немедленно обточила эти места изнутри. На стендовых испытаниях при питании от LiPo 3s1p Hyperion 2100mAh 16C на токе около 28А этот импеллер выдал тягу немного более 600г.
@@Не столько из-за тока, сколько из-за большого потребления в BEC был применен регулятор Markus 40 3p. Проблема улучшения обтекания 3х толстых проводов к мотору, находящихся в потоке, так и не была решена. Провода, идущие к аккумулятору (в целях улучшения центровки находящимся под кабиной машины), были удлинены примерно на 250мм, и в целях уменьшения наводок свиты и проведены по дну фюзеляжа, подальше от приемника и особенно антенны. Знаем, как они ее затеняют в некоторых ракурсах.
