Как сделать радиоуправляемую модель для FPV полетов

Одним и тем же мозгом нельзя мыслить и верить (Станислав Ежи Лец)

Существует расхожее мнение, что любые процессы познания и созидания непременно должны развиваться, т.е. двигаться от простого к сложному. Однако далеко не всегда вещи кажущиеся простыми таковыми оказываются.

Всех адептов видео формата статей предупреждаю на берегу, ниже будет многобукав, поэтому рекомендую сразу проследовать по известному адресу… (www.youtube.com а Вы, что подумали?!) Шутка.

Для тех, кто остался, хочу напомнить строчки из песни Семена Слепакова:
Не люблю я хачей,
Не люблю я москвичей,
Педиков, евреев и ЧИТАТЬ.

Песня называется “Дебил”. Остается только позавидовать таланту автора, отметив при этом как тонко поэт называет дебилами людей, которые открыто заявляют, что не любят хоть что-то из перечисленного. Порадуемся, что Слепаков по одному пункту точно не считает нас такими, и начнем ))).

Идея создания этого проекта пришла после посещения соревнований Redbull Air Race, проходивших в Казани в июле 2017 года. Ездили мы туда вместе другом также непосредственно связанным с моделизмом, а по совместительству моим летчиком – инструктором. Соревнования смотрели затаив дыхание, зрелище действительно потрясающее! Поскольку ни ему, ни мне так летать естественно не светит, мы подумали, а почему бы не реализовать подобное в уменьшенном масштабе т.е. на моделях.

Самый близкий из известных аналогов, если так вообще можно сказать, это, конечно же, гонки на дронах F3U. Посмотрели кучу видео, пообщались с действующими спортсменами, провели под эгидой нашего клуба соревнования, даже попробовали на этих самых “штуковинах” полетать пришли к выводу, что это все-таки не то. Скорости дикие, динамика полета не самолетная, столкновения, падения - жуть ))). Не пытаюсь никого обидеть, но в моем понимании любые виды крашей не есть норма. Больно смотреть даже как бьются F2D, что уж говорить о моделях, требующих много больших усилий в проектировании и постройке.

Для воплощения задуманного нужен был принципиально иной аппарат. Летать ему предстояло по камере, на ограниченной площадке, в непосредственной близости от земли, плюс он должен активно маневрировать, выполнять несложный пилотаж.

Стало очевидно, чтобы самолет смог соответствовать поставленным задачам, а также требованиям безаварийности и текущим навыкам пилотирования придется создать его максимально медленным. А это далеко не так просто, как может показаться на первый взгляд. И действительно, чтобы модель летела 50 – 100 км/ч “велосипед” изобретать не нужно. Примеров масса. Практически все хоббийные аппараты летают примерно в этом диапазоне скоростей, точнее сказать уверенно чувствуют себя в небе. Если стоит задача сделать быстрее, решения очевидны – уменьшать сопротивление, увеличивать мощность двигателя и скорость потока от винта. А если цель обратная?!

Кто-то, возможно, скажет: нужно уменьшить вес. Все так, да не совсем, не просто вес, а удельную нагрузку на несущую поверхность. Чем она меньше тем меньшая скорость требуется для того чтобы аппарат мог лететь. Здесь мы сталкиваемся с первым противоречием - вес должен быть меньше, а площадь, читай линейный размер, больше.

Следующей важной характеристикой, о которой стоит помнить, является удлинение. Оно играет большую роль в создании подъемной силы. Чтобы не превращать самолет в летающий кирпич (газ убрал - упал) хотелось добиться этого показателя на уровне никак не меньшем 5, больше лучше.

Еще одним не менее значимым моментом при создании медленных самолетов, который обязательно необходимо учитывать является пропорциональное уменьшению скорости уменьшение чисел Re. Те крыло на малых скоростях (при малых Re) выходит на докритический режим обтекания и просто перестает работать – создавать подъемную силу. Повысить эти самые числа можно увеличив хорду.

Таким образом, мы встречаем еще одно противоречие: с одной стороны хорда не может быть маленькой, а с другой удлинение должно оставаться в намеченных рамках при относительно компактном размере.

Для экономии веса решил строить по схеме летающее крыло (ЛК). Она позволяет отказаться от оперения, балки фюзеляжа, минимум одной сервы (и еще нескольких мелочей, таких как тяга, кабан, фиксатор). Также потенциально она должна обеспечить лучшую маневренность вследствие меньшей инерционности. И конечно мне стало просто интересно ее опробовать, никогда таких не строил, а на просторах Паркфлаера в последнее время ЛК мелькают все чаще.

Теория говорит о том, что существуют 2 способа обеспечить продольную устойчивость летательных аппаратов такой схемы. Либо использовать S-образный профиль, либо комбинацию отрицательной крутки вкупе со стреловидностью.
У S-образных профилей точка приложения аэродинамической силы при увеличении угла атаки (в отличие, к примеру, от несимметричных) смещается назад, что и создает пикирующий момент, который и обеспечивает устойчивость. Характеристикой профиля, которая позволяет судить о том, насколько сильно, и в каком направлении происходит это изменение, является коэффициент Cm. Соответственно он существенно влияет на продольную устойчивость моделей типа ЛК.

На стреловидных ЛК возможно использовать любой профиль, т.к. стабильность может быть достигнута соответствующей комбинацией стреловидности и крутки. Но для получения хороших результатов подходят профили с малым коэффициентом Cm.
Часто можно встретить стреловидные модели ЛК, построенные вообще без крутки, но также можно заметить, что элевоны на них (если они уже летали и оттримированы для горизонтального полета) подняты вверх! Это происходит потому, что в принципе желаемого значения упомянутого коэффициента можно добиться на любом крыле отклонением задней кромки вверх, как бы искусственно придав профилю S-образность. На Cm также влияет и кривизна профиля, чем она больше, тем Cm меньше, и координата максимальной толщины, чем она ближе к носику профиля, тем Cm больше.

Если использовать для постройки ЛК, к примеру, профиль Clark Y, абсолютно справедливо любимый многими моделистами за высоки коэффициент Cy, за практически плоскую нижнюю поверхность, упрощающую изготовление крыльев, надо помнить, что его относительная кривизна составляет 3,43%. С помощью программы Profili можно построить график изменения коэффициента Cm от угла атаки при определенных числах Re. Для сравнения возьмем профиль mjz 1211, с максимальной кривизной 1,11%.

Оба профиля не являются S-образными, оба имеют близкую относительную толщину 11,7% и 12% соответственно, координата максимальной толщины у обоих находится на 28% хорды. Из графика очевидно, что использовав для постройки ЛК Clark, (а не mjz) нам потребуется применить значительно больше мер для обеспечения продольной устойчивости. Т.е. модель, в этом случае, должна обладать большей стреловидностью и круткой. Игнорирование этих закономерностей и приводит к необходимости поднимать элевоны вверх (на кабрирование).

В этом случае вообще не приходится говорить об использовании какого-либо конкретного профиля (очевидно, что изначальный изменяется). Несущие свойства такого крыла тоже резко ухудшаются. Поясню на примере. Если модели нужно создать левый крен, то правый элерон (элевон) в таком случае отклоняется вниз, а левый вверх, при этом подъемная сила на правом крыле увеличивается, а на левом соответственно уменьшается. Если мы поднимаем сразу оба элерона (элевона), то уменьшаем и общую подъемную силу.

Эти простые правила и закономерности даже без использования учебника по аэродинамике (построения графиков распределения подъемной силы вдоль размаха и прочих премудростей) позволяют вполне осмысленно подойти к проектированию и постройке своей модели ЛК.

Чертеж, (как и для других своих проектов) был выполнен в CorelDRAW, а основные параметры посчитаны в старом добром Excel. Получилось следующее:

размах – 1002 мм
хорда корневая 240 мм
хорда концевая 150 мм
длина гондолы 380 мм
длина 490 мм
площадь 18,85 дм^2
взлетный вес (расчетный) 200 г
удлинение 5,32
нагрузка 10,61 г/дм^2
крутка -4 градуса
центровка 18% САХ

Консоли решил строить по классической наборной технологии, с применение лазерной резки для изготовления нервюр и подставок стапеля. Это позволило добиться высокой точности исполнения и существенно сократить время.
Задачи ясны, подготовительный этап выполнен, приступаем к сборке.

Первым делом изготавливаем силовой элемент, на который будут одеваться крылья и карманы для него, скатываем из бумаги трубочки для вывода проводов от серв.

Потом собираем остовы консолей, не удержался, собрал посмотреть как получается.

Затем клеим переднюю и заднюю кромки, все операции выполняем только на стапеле.

Следующим этапом зашиваем кессон, консоли сразу же приобретают жесткость.

Еще немного волшебства и практически готовые консоли. Вес 64,5 грамма.

А на этой фотографии хорошо видна крутка.

Обтянув элероны пленкой Оracover был неприятно удивлен существенной прибавкой в весе.

Переделывать не стал, но с консолями крыльев решил поступить иначе. На помощь пришли бойцы невидимого фронта, использовал их лавсан 25 микрон (фотки будут ниже).

К одной из моих предыдущих статей один шутник оставил комментарий, аля простите, уважаемый, все понимаю, но где здесь потолочка? В конкретном проекте решил удовлетворить сполна чаянья страждущих и гондолу фюзеляжа выполнил из нее родимой. )))

Все ради моих уважаемых читателей… Ну а если серьезно, то конечно это было сделано ввиду практически бескомпромиссной борьбы за вес.

Консоли отъемные, разбирается очень просто достаточно открутить 2 капроновые гайки и отсоединить разъемы серво.

При описании своих прошлых поделок никогда отдельно не останавливался на комплектующих, ибо аналогов существует огромное множество. В этот раз все же, думаю, стоит сделать отдельный перечень использованного.

Электроника для авиамодели

Мотор - С10 Micro 2900kv. С пропеллером 6х3 позволяет получить тягу приблизительно 155 грамм. Поскольку конкретное ЛК ни разу не фан-флай, такой тяги более чем достаточно, по горизонту летаю даже меньше от максимальной.
Серво – Emax ES9251 2 шт.
Регулятор – Turnigy Plush 6A.
Приемник RC - OrangeRx R610V2 DSM2, для облегчения чехол с него был снят.
Передатчик видео – сделан на основе такого модуля, припаять 2 конденсатора и антенну не составляет никакой проблемы.
Камера – нашлась в закромах родины, но у нее большой угол обзора, и летать по ней лично мне не комфортно.
Камеру и передатчик питаю таким импульсным преобразователем напряжения.

Приемник видео самодельный на основе такого модуля.

Батарейка – 2S, 370 mAh.

В итоге самолет получился чуть легче планируемого, взлетный вес составил 193 грамма.

Вес без батарейки 166 грамм.

Видео облета любезно согласился снять мой ученик, за что ему отдельное спасибо, короткое, но представление получить позволяет, запись от 13-го февраля, просто руки до статьи не доходили.

Сегодня выдалась погодка, записал еще одно коротенькое. Это мне нравится больше, но раз уж сначала повесил то, пусть будут оба. Есть еще запись от первого лица, но настолько позорная, испохабленная писалкой, что вешать я ее не решился.



Конечно же такая модель выглядит чрезвычайно простой и не вызывает ахов и вздохов у непосвященной публики. Ведь зачастую приезжая на различные авиамодельные мероприятия, показательные выступления или просто проводя экскурсии в моделке, замечаешь как люди, естественным образом обращают внимание, прежде всего, на РАЗМЕР моделей.

Им интуитивно кажется больше равно лучше! Забавно. А самые часто задаваемые вопросы от зрителей давно уже стали мемом. Думаю многие такое слышали: как далеко он может улететь?, сколько км/ч может разогнаться?, сколько стоит?, сколько ведер краски на него пошло? Ой, крайний вопрос не авиамодельный, скорее его чаще адресуют к экскурсоводу в картинной галерее ))).

Зато, получившееся ЛК, очень радует автора. Когда погода позволяет, а на седом Урале еще зима – зима, с большим удовольствием тренируюсь. Планирую заказать на нее другую камеру и дождаться лета, когда приедет Евгений, и мы вместе непременно полетаем так, как и было задумано в Казани.

Всем кто осилил респект и огромное спасибо, комментарии приветствуются.

автор: Григорий Александрович

Если вам понравилась эта статья, проголосуйте за нее тут.