Вместо вступления

Немного поразмыслив, решил написать статью о своих достижениях в области авиамоделизма, заодно поделиться впечатлениями, наработками и немного рассказать с чего у меня все начиналось. Буду очень рад, если мой рассказ и опыт понравится читателям и пойдет кому-нибудь на пользу.

Предыстория

Аппетит к авиамоделям у меня проснулся в конце 5 курса политехнического института. Учился я на авиационного инженера в городе Иркутске. Честно говоря, я не горел желанием поступить именно на эту специальность, однако я не пожалел. Получать знания о конструкции самолета, его устройстве внутри и о принципе полета оказалось очень увлекательно, и я быстро втянулся в учебный процесс.

По мере получения знаний я всегда пытался где-нибудь их применять, и только через 4,5 года меня осенила мысль заняться разработками собственного маленького самолета.

Начало пути

Тщательно изучая материалы опытных авиамоделистов, я понял, что существует некоторая разница в проектировании настоящего самолета и авиамодели. С уверенностью можно сказать, что модели прощают конструктору некоторые ошибки и недочеты в ее проектировании, однако есть такие тонкости, с которыми необходимо считаться как в большой авиации, так и в малой - нашей с вами. После 3 суток упорного чтения материалов по данной и соседним темам я, переполненный знаниями и восхищенный видеороликами полетов своих коллег решил для начала проверить, так ли горячо мое рвение к маленьким самолетам, как и к большим. Для этого я приобрел в интернет магазине Parkflyerавиамодель-тренер. Забегая вперед, скажу, что я ошибся в своем выборе: мне следовало не «пробовать окунаться в эту тему», а сразу «нырять с головой», ведь все, что связано с авиацией и полетами меня притягивает как магнитом.

Первым самолетом в моей жизни стал Bixlerv1.0 (сейчас его уже продают в улучшенной модификации v1.1). Подобрав к нему минимум необходимой электроники и простую радиоаппаратуру «HobbyKing6ch» сделал заказ. Теперь необходимо было запастись терпением на целый месяц и дальше продолжать вникать в тонкости авиамодельного дела. Мой интерес подогревали замечательные видеоролики красивых, стремительных и виртуозных полетов бывалых пилотов.

Дорогой читатель, я понимаю, что многословие в самом начале статьи отбивает интерес продолжать чтение и подбивает перейти сразу к фотографиям, но прошу тебя, потерпи, они будут уже совсем скоро!

Получая посылку со своим самолетом, я был вне себя от радости, будто маленький ребенок, которому подарили новую, красивую и очень интересную игрушку. Ранее я читал о «подвигах» Почты России и поэтому предпринял меры – открыл долгожданный «подарок» прямо в почтовом отделении. К счастью, все было на месте.

Я не буду описывать процесс сборки, этого и так хватает на просторах авиамодельных сайтов. Лишь коротко опишу, какие доработки стандартной конструкции я сделал:

·         как и полагается, из носа удалил лишний груз в виде 4 шайб;

·         приклеил бамбуковые палочки по бортам «кабины пилота» клеем для потолочной плитки;

·         фюзеляж склеил тем же клеем, но вся конструкция у меня разборная. В киль вклеил гайку, а в хвостовую часть фюзеляжа пластиковую площадку, поэтому оперение держится на винте М3;

·         обклеил скотчем крыло, оперение (хвост), нос фюзеляжа;

·         двигатель от модели FloaterJet закрепил на текстолитовой площадке, которую 3 винтиками М2 прикрутил к фюзеляжу (в пену вклеил кусочки стержня от ручки);

·         вместо стандартного углепластикового прутка в крыло вставил стеклопластиковую стрелу диаметром 7мм. Она тоже полая внутри, но толщина стенки гораздо больше;

·         чтобы крылья не разлетелись в разные стороны, вклеил 2 пары магнитов.

Наряду с активной сборкой своего летающего друга я стал тренироваться пилотированию в симуляторе. Сначала это был простой FMS, затем перешел на более симпатичный Aerofly.  Не скрою, я летал на компьютере целых 2 месяца, потому что ждал новую посылку. Как оказалось, в первый раз я купил регулятор скорости для коллекторного двигателя.

Для первого полета выбрал самое широкое место, которое располагалось в 10 км от дома. Я знал, что потребуется простор для первого неопытного полета. Квадратное, поросшее травой поле со стороной 2 км пришлось мне по нраву. Я упаковал все в коробку Bixlera, сел на велосипед и поехал искать приключения. Внимание! Я допустил еще одну ошибку – на первый полет я поехал один! И хотя в моем случае все прошло более чем успешно, советую всем брать с собой кого-нибудь еще.

Компоновка самолета, радиоаппаратуры и прочей мелочи в моей коробке (коробка вертикально помещается в рюкзак). В дальнейшем я поменял местами радиоаппаратуру и коробочку с мелочью в дальнем углу.

Радости моей вновь не было предела! Я успешно запустил самолет и не один раз. Благодаря ветру, самолет планировал не меньше получаса. В целом, я провел на поле около 2 часов с одним лишь аккумулятором 2200 мА/ч. День был великолепный!

Мое время подходило к концу (вскоре должна была сесть батарея). Я тренировал взлеты и посадки. Издалека по полю ко мне приближался автомобиль. Это был УАЗик. Ко мне подъехали несколько мужчин средних лет, поинтересовались моей техникой, спросили, есть ли камера на борту. Когда услышали от меня, что это  всего лишь игрушка стали разворачивать свою станцию для полетов. Я посадил Bixler, подошел посмотреть. Эти ребята были из ……. фирмы. У них в автомобиле установлен целый комплекс для пилотирования беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Из большого чемодана они достали летающее крыло, выполненное, скорее всего из композитных материалов. Это ЛК - высококлассное произведение, оно аэродинамически безупречно, по сравнению с моей «птичкой». Его размах составил 2 метра, и оно было запрограммировано лететь на скорости 100-150 км/ч по заданной траектории.  Это не игрушка, это «рабочая лошадка» для геодезии.

Спутниковая навигация, полноценный автопилот, прямая трансляция качественного видеосигнала с борта ЛК на 23 дюймовый монитор, цифровое управление, ошеломительный радиус действия. Вот такая работа бывает в нашей стране! ХОЧУ ТАКУЮ РАБОТУ!  Чтобы меня не сочли шпионом, могу лишь сказать, что эти ребята работают в нефтяной компании. Сами понимаете, денег на такую технику у них хватает.

Фотографии со 2 и 3 полетушек вместе с моим братом:

Развитие и модификации самолета

Насладившись вдоволь полетами и фотографиями, я решил на месте не сидеть и подумывал сделать другое крыло для самолета. Выпукло-вогнутый профиль крыла позволяет летать на скоростях меньше 5 м/с и парить в таком режиме. Собственно говоря, птицы и пользуются этими свойствами уникального профиля крыла.

Вырезал из текстолита профиль, купил плиту пенополистирола и попытался струной вырезать две консоли крыла. Не с первой попытки мне это удалось, но результат был готов.

На фотографии одна консоль уже расчленена на законцовку и панели, между которыми будут проклеены деревянные лонжероны, а вторая лежит рядом. Склеивается все эпоксидной смолой и обтягивается скотчем. Лонжероны консолей соединяются жестянкой прямоугольного сечения, и конструкция получается разборная, а то ведь мне ее на велосипеде 10 км везти.

К сожалению, не могу представить видео тестовых полетов. Я его снимал, честно, но удалил – был пасмурный день и белый самолет на сером фоне абсолютно не был виден. Итоги полетов: разная степень вогнутости профилей консолей, из-за чего постоянный и сильный крен. Элероны даже не могли полностью компенсировать крен. Одно могу сказать точно, Bixрвался вверх энергичнее, чем с родным крылом. Если с последним ему нужно было набрать некоторую скорость, чтобы уверенно набирать высоту, то с этим крылом он сразу же приступал к подъему.

Позднее я задумал сделать другое крыло, но прошло немного времени, и вовсе отказался от этой идеи. Я понял, что если хочу летать на скорости меньше 5 м/с, проще будет сделать крыло с простым плоско-выпуклым профилем N60 и хордой равной или больше 250мм. Потому что при этой длине хорды и скорости в 3 м/с поток на поверхности крыла сам турбулизируется, числа Рейнольдца превышают критическую отметку и крыло летит в хороших, выгодных условиях. (Те, кому последнее предложение совсем не было понятно, но есть желание разобраться и узнать принцип полета самолета рекомендую почитать книги «Динамика полета самолета»)

Наигравшись с профилем, забросил его на шкаф. Теперь в моей голове были идеи о создании искусственной турбулизации потока на скоростях меньше 5 м/с. Я сделал турбулизатор из простой капроновой нити диаметром около 1мм. Натянул ее примерно на расстоянии 20мм перед крылом (20%  хорды) и стал испытывать очередную модернизацию.

Мой вердикт – это работает!  В режиме планирования особенно ощущается небольшой прирост подъемной силы. Но если я летаю быстро, то эффект пропадает или его совсем не заметно – все как написано в теории.

Со временем, набравшись опыта и перейдя на новый уровень, я оставил идею крайне медленных полетов, но об этом я расскажу в следующей главе этой статьи.

Следующая модернизация, над которой я потрудился – уменьшение лобового сопротивления. В институте преподаватели рассказывали, и в книгах я читал, что хвостик профиля крыла должен быть острым. Это на 15-20% уменьшает лобовое сопротивление крыла. У Bixlera кончик хвостика профиля имеет толщину 5 мм. Моей задачей стало сточить его «на ус». Чтобы добиться максимальной приближенности к идеалу, дополнительно, я наклеил 2 полоски скотча следующим образом:

На верхней и на нижней поверхностях крыла две разные полоски скотча. Затем отступаю 3-5 мм от конца крыла и обрезаю скотч.

Результат теста – неизвестно. И не удивительно, потому что фюзеляж по-прежнему имеет гораздо бОльшее лобовое сопротивление. Я думаю, что это одна из тех мелочей, которую авиамодель может простить своему конструктору и компенсировать тягой винта, однако я намерен в следующей своей модели тоже внедрить эту доработку.

Закрылки! Вот чего мне не хватает! Эта мысль меня посещала и раньше, однако я не видел никакого смысла в закрылках, потому что самолет и так прекрасно взлетает без них. Все изменилось, когда я впервые установил на Bixlerвидеокамеру. Дополнительные 200 граммов ему не сразу пришлись по-вкусу, и необходимо было поиграть компоновкой и центровкой. Освежив в памяти раздел «механизация крыла» и тщательно оценив все плюсы, я определился со своим решением – я сделаю посадочные щитки. Судя по теоретическим данным щитки даже эффективнее простых закрылков на 20% [Остославский И.В., Титов В.М., 1938 - Аэродинамический расчет самолетов, с. 442]. По трудоемкости мне было одинаково приятно делать щитки либо закрылки, но плюс щитков в том, что за ненадобностью или неэффективностью их можно убрать навсегда. Посадочные щитки сделал из НЕ фольгированного текстолита толщиной 1мм и приклеил их на скотч. Хорда 30 мм, размах 600 мм. На этот раз прилагаю испытательный видеоролик.

В нем отлично видно, что набор высоты на взлете с щитками происходит быстрее. Когда я устанавливал видеокамеру на модель, они мне помогали быстрее забраться на высоту, т.е. подъемная сила гарантировано увеличивается!

С посадкой немного сложнее: на видео видно, что при выпуске щитков самолет резко и упрямо задирает нос. Происходит это потому, что центр давления (условная точка, в которой прикладывается подъемная сила) при выпуске щитков перемещается вперед и становится перед центром тяжести. Этот режим полета самолета называется «статически неустойчивым» – это опасный режим, приходится внимательно пилотировать модель и применять бОльшие расходы руля высоты.

При устойчивом полете, если самолет поднимает нос - возрастает подъемная сила и стремится поднять хвост – система возвращается в равновесие. При НЕустойчивом полете самолет поднимает нос, подъемная сила возрастает, еще больше поднимает нос и так до тех пор, пока самолет не потеряет скорость, сильно задрав нос кверху, а затем неминуемое сваливание на крыло, головокружительный «штопор» и крепкий поцелуй с любимой планетой.

Пожалуйста, не нужно кричать на меня за то, что я рисую отрицательную подъемную силу для горизонтального оперения (стабилизатора). Это на самом деле не так, но для простоты понимания всегда на схемах рисуют именно вниз. Этот вопрос можно прочитать в книгах по динамике полета самолета классической схемы (если найду, допишу сюда ссылку на конкретную страницу в умной книге), а если не желаете читать, придется поверить мне на слово.

Вы спросите: «Нельзя ли сместить центр тяжести немного вперед?», я отвечаю: «Можно, однако, сейчас у меня центр тяжести находится за лонжероном (за стеклопластиковой трубкой) примерно на 15-20 мм. Выставлен он так для наилучшего парения без двигателя либо на малом газу, а если я смещу центр тяжести вперед, я потеряю самый эффективный режим полета». В дальнейшем я обязательно вернусь к вопросу посадочных щитков, возможно даже сделаю «щитки Цапа», однако этот вопрос пока что остается лежать на полке.

Новый этап. Fpv полёты.

На бескрайних просторах интернета каждый день публикуются прекрасные видеоролики о том, как небольшие, можно сказать, игрушечные самолеты способны нести на борту видеокамеру и передавать изображение прямиком на монитор своего пилота, удобно расположившегося в раскладном кресле на земле. Нет сомнений, в каждом человеке, кто посмотрел хотя бы одно из таких красивых «воздушных кино» поселяется горячее желание стать его участником и я не был исключением. Я воспламенел интересом к обширной теме fpv, погрузился в изучение необходимого оборудования и стал следовать советам опытных коллег.

Со временем я приобрел следующее оборудование:

• Видеокамера GoPro;
• Радиоаппаратура Turnigy9XR – она, несомненно, лучше, чем моя предыдущая;
• ВЧ модуль FrSky DJT 2,4 Ггц и приемник V8FR-II;
• Гироскоп Hobby King 401B на элероны;
• Видео передатчик TS832 (именуемый как Boscam) и приемник RC832;
• Курсовая камера CCD Sony super had-II 600 твл.

На момент написания статьи я произвел 2 полета по камере, оба выполнялись осенью, в прохладную, немного ветреную погоду. Так же было несколько неудачных тестовых полетов, когда я пилотировал самолет визуально, а мой помощник контролировал качество видеосвязи. В полной комплектации, подготовленный к fpv, мой Bix заметно прибавил в весе. Это может показаться странным, но я до сих пор не знаю его массу, однако могу сказать, что он сможет поднять еще около полукилограмма.

Компоновка видеооборудования на борту самолета у меня не устоявшаяся, так как я планирую спроектировать другую модель для полетов по камере, но общую схему все же продемонстрирую:

Предлагаю к просмотру несколько видеороликов:

Новая модель «небесного подиума»

Приобретая опыт и запуская самолет, с каждым разом мне все меньше хотелось тратить время на подготовку к полету и разборку всей конструкции после. Проведя около часа полетного времени, пилотируя модель по fpv системе я понял, что моему малышу не хватает скорости. Против ветра я преодолел 1 километр за, целых, 5 минут! Просто неслыханная скорость, медленнее, наверное, «летают» только черепахи. С высоты 100 метров эта скорость даже не ощущается. Ввиду двух, вышеприведенных причин я затеял постройку летающего крыла. В планах у меня было:

• создать простую конструкцию с наименьшим лобовым сопротивлением и неплохим аэродинамическим качеством;
• поставить более мощный и оборотистый двигатель, для получения большей скорости;
• так же, я планировал установить всю электронику сразу внутрь крыла, чтобы самолет имел «полную готовность к полету» в любой момент;
• установить два силовых аккумулятора 3S 2200 мА/ч, для увеличения времени полета.

Нарисовал эскизы будущего fpvЛК, и построил предварительную виртуальную модель в 3Dредакторе:

Детальное описание проектирования и постройки летающего крыла опишу в другой статье, так как модель еще в стадии сборки. Ее испытательные полеты запланированы на весну 2015 года, когда температура на улице поднимется хотя бы до  -5.

Далее привожу несколько полезных книжек, для тех, кто любит читать и узнавать новое в своей жизни.

Источники моих теоретических изысканий:

Жду ваши отзывы о статье и постараюсь принять их во внимание при написании последующих (либо исправить прямо тут), а так же ответить на интересующие вас вопросы.

С наилучшими пожеланиями, ваш коллега, Владимир.