Расчеты и технологии

РАСЧЕТЫ И ТЕХНОЛОГИИ

Силовая установка и топливная система

Первоначально, когда не было еще контуров проекта самолета, мне достался двигатель от мотоцикла *ИЖ-Планета Спорт*. Возникла идея приспособить его под воздушный винт для будующего летательного аппарата. Двигатель был немного доработан, форсирован.На облегченный картер был установлен понижающий редуктор.Это самодельные шестерни и два зубчатых ремня(установленных параллельно, через разделительную перегородку) от привода распредвала *Таврии*. Были также установлены магнето и карбюратор К-62.Двигатель имел несколько необычный ,но законченный вид. Однако по ряду причин так и не был опробован.
Позже,ко мне попал двигатель ROTAX-447 с разбившегося гидросамолета. Больших надежд на него не было-он несколько месяцев пролежал с попавшей в него водой.После разборки опасения подтвердились.Стало понятно, что ресурса (если таковое слово уместно) у него вообще нет.Но все же решил попробовать- были мысли докупить на него новые запчасти. Однако с последними ничего не получилось.Их не было даже в Москве у представителей.В итоге пришлось кое-что переделывать от 503-го.
Штатного реле- регулятора у меня не было ,поэтому пришлось изготовить самодельное . Бортовое питание было спроектировано под аккумуляторы серии СЦ.
Топливная система включала в себя бак 20л из под финского автошампуня , топливного фильтра,топливного насоса,соединенных с карбюраторами бензопроводами. Бак имел заливную горловину,дренаж,штуцеры под забор горючего и под измерительную прозрачную трубку с шариком для контроля уровня топлива.
Двигатель запускался, после включения зажигания, с ручки управления кнопкой, находящейся под предохранительным колпачком.Она коммутировала мощное реле включения стартера.Был предусмотрен также выключатель *на дурака* ,недоступный для непосвещенного и включенный в цепь реле стартера.Им приходилось пользоваться, когда вокруг самолета было множество людей, в том числе детей, нажимающих все кнопки подряд без разбора.
Надо сказать, что запуски, пробы двигателя я начал проводить лишь после изготовления и установки воздушного винта,т.е. на завершающем этапе работ. Были закуплены специальные трансмиссионное (для редуктора) и топливное масла, а также штатные свечи и воздушные фильтры. К этому времени самолет был уже покрашен.Отчасти мое терпение было вознаграждено,правда не сразу...
Двигатель запускался плохо ,еще хуже- будучи горячим.Поэтому запуск производился от автомобильного аккумулятора.Не помогали заслонки холодного/горячего запуска. Работа двигателя была также не стабильная.При перегазовках двигатель со значительной задержкой отрабатывал ,а при очень резких - глох.Причем как с малого газа на большой,так и наоборот.При оборотах выше средних перед диффузорами карбюраторов образовывалось облако распыленного топлива, затягиваемое воздушным винтом.А при установкие воздушных фильтров на них образовывался конденсат,который с них потом сочился на землю. Причину этого установить не удалось.Возможно, между цилиндрами,в картере бала нарушена герметичность. Регулировка карбюраторов: установка уровней поплавков,высоты иголок и прочего ничего не дала. Тем не менее на данном этапе испытаний была установлена тяга в 70кг! Трава в струе винта ложилась аж в за 15-20 метров. Динамометра не было.Тяга была замерена с помощью крутящихся напольных весов, установленных вертикально, вплотную к стене.Для проведения измерений, к подвижной части весов прижималась носовая стойка шасси.Таким образом фиксировались показания.
Надо сказать,что моторама ,имеющая 5 точек крепления к фюзеляжу и ширину менее ширины двигателя, с честью справлялась с вибрациями во всем частотном диапазоне.Единственно,что потребует доработки- крепление приборов.При работе двигателя на некоторых режимах им передавалась вибрация. Приборы были установлены на пенопласт ПХВ и закреплены посредством клея. Так как приборная доска является силовым шпангоутом и не имеет амортизации, в дальнейшем, думаю установить приборы на силиконе. Двигатель не имел глушителя. При работе мотора это придавало самолету внушительный вид,но разговаривать было невозможно...

Фюзеляж

Фюзеляж представляет собой смешанную конструкцию .Носовая часть выклеена по технологии *трехслойка* на матрице привезенной из Литвы и доработанной.Хвостовая часть:две трубы сорокапятки.Выходят из нижнего центроплана и шпангоута и стыкуются с лонжероном киля(труба сороковка).Соединения трех труб обеспечиваются специальными фрезерованными и анодированными узлами из Д16Т. Так как пенопластовая технология выклейки была для меня нова,и были сомнения в прочности, я использовал дополнительные элементы жесткости.Открытая часть кабины усилена по периметру сосновыми рейками.Внутри фюзеляжа все силовые узлы соединяются между собой уголками,тягами,усиленными поверхностями.Носовой шпангоут является одновременно приборной доской.Сидение также выклеено по пенопластовой технологии и представляет собой пространственный шпангоут(в сечении похож на один период синусоиды).Верхняя часть ее проходит под коленом а нижняя для посадки известного места... Имеется система привязных ремней(плечевых и поясного),с регулировкой,фиксирующихся одним замком. От напора воздуха пилота защищает 2мм изогнутое оргстекло. Фиксируется оно леской и прозрачным герметиком (силиконом) к алюминиевому периметру. Управление. По тангажу и крену-жесткое.По направлению тросовое.Причем руль направления поворачивается синхронно с носовой стойкой шасси.Ручка управления использована от трапеции дельтаплана,поэтому имеет изогнутую конструкцию.На нее надета рукоятка от МИ-8 (возможно от МИ-17).Причем задействованы кнопки *Радио* ,по назначению ,пуск РС (реакт.снаряды)-имеет предохранительный колпачек, используется для запуска двигателя.Тяги в управлении применены от СУ-24 (стояли под рукояткой РУД 2шт),Ан-2,кажется элеронная и еще от чего-то(новенькие из какого то ЗИПа).Тросики D 2мм взяты от РУД Су-24 ,причем использованы штатные наконечники .Тросики *ходят* по шкивам в местах перегибов,крепятся к кронштейнам педалей .Последние изготовлены из креплений рулевых машинок Ту-22,сплав АК-4.Качалка РН (руля направления) изготовлена из сплава В-95.Качалка центральная элеронная от Бе-12,крыльевые -от Ан-2,с переделанным плечом.Элероны не имеют традиционного ,дифференциального отклонения ,а отклоняются на одинаковые углы.Элероны установлены лишь на нижних плоскостях.Узлы навески рулей использованы титановые: шарниры креплений какой-то аппаратуры в носу Су-24.Все качалки имеют подшипники,а тяги- поворотные подшипники.Тяги и тросы имеют возможность для регулировок. Углы отклонения рулевых поверхностей соответствуют классическим,общепринятым.

Крыло

2крыла, 4плоскости ,а может две пары крыльев.Не знаю что точнее.Но оставим терминологию специалистам,которые меня поправят. Так вот,использованы закрылки самолета Ан-2 с профилем P-III-15%(по некоторым данным P-II-14%).Хорда 600 мм.Причем использованы три правых и один левый. Других, увы не было.Отличие незначительное и на прочность не влияющее. Старая обшивка была снята.Были осмотрены все внутренние полости,устранены дефекты эксплуатации и хранения.Самое главное:лонжероны,они были в хорошем состоянии.С верхними плоскостями было проще:от установки на них элеронов решено было отказаться.С нижними оказалось сложнее... Узлы крепления к фюзеляжу у тех и других решено было сделать идентичными.Передние узлы соединяются через болты D8мм,задние через болты D6мм.На нижних плоскостях соединение осуществляется через валики тех же диаметров.Примечательно то,что крыльевые узлы имеют *ушки* ,а фюзеляжные- наконечники с поворотными шарнирами.Все это взято с Су-24 и Ан-2 с доработками.Были и вопросы.Например:Как обеспечить устойчивость более чем 3-х метровой плоскости узлами ,расстояние между которыми всего 400мм? Если передний узел навески крепится к лонжерону то как быть с задним? Корневая нервюра, даже усиленная, не обеспечила бы требуемой жесткости. Тем не менее решение было найдено. Детально описать конструкцию заднего узла навески крыла довольно сложно,хотя выглядит он более чем просто.Скажу лишь что он соединен с лонжероном трубками Д16т 10мм ,отходящими от корневой нервюры(и узла) под углами 45 и 60 град.Трубки проходят через нервюры и фиксируются к ним. Соединение достаточно устойчивое т.к шаг нервюр 300мм. Узлы стыковки подкосов,пилонов находятся менее чем на половине длины плоскостей (см.чертежи) .Узлы достаточно сложные в изготовлении (фрезеровка,расточка),поэтому были заказаны на заводе Материал:Д16т,антикоррозионное покрытие. Подкосы(взяты тяги на хвостовое оперение от Су-24) и пилоны(тяги к двигателю от Ка-32) имеют обтекатели каплевидной формы.Последние изготовлены следующим образом.К тяге приклеивался пенопласт,обтачивался ,оклеивался стеклотканью на эпоксидном связующем. Далее вышкуривание,шпаклевка,вышкуривание.И так до идеальной поверхности. Небольшой секрет: чтобы при обработке получить ровную пенопластовую поверхность потребуется изготовить ровные деревянные бруски соответствующей длины и оклеить их полосками шкурки разной зернистости.С помощью этих брусков пенопласты сортов ПС очень хорошо обрабатываются. Законцовки крыла также пенопластовые.Изготовлены по аналогичной технологии .Да,эпоксидная смола использована с отвердителем Л19 в пропорции 1:1 с добавлением наполнителя- алюминиевой пудры. При изготовлении элерона часть нервюр крыла, приблизительно на четверть, аккуратно обрезалась для последующего использования.Задняя кромка тоже. Элероны имеют лонжерон-тоненький сосновый брусок и фанерный лобик без вырезов.Нервюры с тем же шагом что и в крыле.Конструкция должна быть достаточно жесткой на кручение,иначе при обтяжке ее может повести. В каждой нижней плоскости использованы: Г-образная качалка ,а с ней две тяги.Одна на элерон ,другая выходит из плоскости.Вторая тяга имеет достаточно большую длину и проходит посередине через фторопластовую втулку.Это необходимо было сделать чтобы уйти от собственных резонансов тяги вследствие ее нежесткости и небольшого ,18мм,диаметра. Обшивка:авиационное ХБ полотно.К лобику и задней кромке оно приклеивалось клеем 88,а в нервюры закатывалось специальной алюминиевой полоской.Так осуществлялось,кстати,помимо крепления -предварительная натяжка обшивки.После, нервюры обклеивались ХБ полосками с зубчатыми краями.Натяжка осуществлялась эмалитом.Он же аэролак первого покрытия. Марка ,кажется, НЦ-551.Хотя, когда мне его наливали, этикеток там не было. Рекомендую после первого слоя добавлять алюминиевую пудру-получается гораздо лучше.Данные работы лучше проводить на открытом воздухе и давать каждому слою хорошенько просохнуть.Так как алюминиевый лобик полностью не был оклеен тканью ,стыки его и зубчатого края обшивки были прошпаклеваны и вышкурены.В результате получилась очень неплохая поверхность,готовая к покраске.Кстати, использована почти заводская технология-разницу не отличить! Далее-покраска.Была использована двухкомпонентная краска STANDOX. Неплохо смотрится и даже блестит.

Воздушный винт

Это тема особого разговора.Дело в том что самолет проектировался под максимально возможный диаметр винта.Конструктивно был определен D=1.6м. Профиль для расчетов взят RAF-6. Расчет на компьютере любезно предоставил коллега: Е.Задорожный.Он закончил в свое время ХАИ,в отличие от меня... Сложности были с поиском материала для воздушного винта.Непросто оказалось найти подходящие заготовки такой длины.Я остановился на сосне,как наиболее доступной.Выручили как всегда друзья,работающие на деревообработке.
Заготовка винта была изготовлена по Хоффмановской технологии,описанной в литературе.А именно: изготавливаются бруски,которые потом переклеиваются в шахматном порядке,как кирпичная кладка.Склейка производится под прессом. Необходимо также изготовить шаблоны сечений винта,в соответствии с таблицей расчетов.Я их сделал из стеклотекстолита.Далее рассверловка отверстий и изготовление втулок для соединения с редуктором.
Для обработки заготовки винта по нарисованным контурам рекомендую изготовить струг.Это полотно от механической пилы заточенное по всей длине,как лезвие у рубанка.Угол заточки желательно сделать минимальным.
Данный инструмент ,думаю, можно заказать на любом работающем заводе. Не буду описывать насколько приятно работать с древесиной, в отличии от пластика и металла.Особенно, когда яснее вырисовываются контуры винта и увеличивается гора стружки ,в которой не одна сотня граммов. Примерно те же чувства,наверное, испытывал папа Карло, когда ваял Буратино...
После вышкуривания и предварительной балансировки винт оклеивается двумя слоями стеклоткани с одновременной установкой втулки.Втулка,предварительно, с приклеиваемой стороны покрывается клеем 88 и высушивается.Пока смола еще не встала,винт устанавливается на редуктор и затягивается болтами, их 6.Это необходимо не только для прижатия втулки и выдавливании лишней смолы.
При затяжке винт проворачивается ,для определения и устранения биений. При этом болты затягиваются с разным усилием.Операция напоминает работу со спицами велосипедного колеса .Вакуума у меня не было,поэтому пришлось выдавливать пузырьки воздуха из под стеклоткани вручную.После полного отвердения смолы вышкуривание,шпаклевка,балансировка.Далее покраска,окончательная балансировка с ее же помощью,хорошая просушка изделия, установка на двигатель,контровка.Краска использована та же.

Прицеп

Как ни странно, определенные трудности возникли при изготовлении транспортного средства для перевозки самолета.Аэродром,а я ориентировался на Чкаловск, находился на достаточном удалении от места постройки самолета.Через Калининград километров 5,а по окружной дороге все 15.Самолет был уже готов,а с прицепом все не получалось.Нужно было что то иметь,что бы от чего то отталкиваться.С *нуля* делать не хотелось,да и времени не было.Поиски по объявлениям,гаражам не дали должного результата.Выручили как всегда друзья.С миру по нитке и,: в итоге у меня был старенький прицеп,диски от *Запорожца*,покрышки с приличным протектором ,пара задних фонарей от *Рекорда* и жгут проводов с эл.разъемом на фаркоп.Все это надо было объединить воедино: самолет, покрашенный и блестящий терпеливо ждал своего часа.Требовалось вписать фюзеляж,2 пары плоскостей,стабилизатор в устройство,которое будет приковано шарниром к машине в контексте с правилами дорожного движения. Как это было сделать? Стандартная конфигурация нашего прицепа отказывалась все это принимать в свое чрево.В мучительных поисках истины мы, с моим другом,сварщиком, нашли рациональное зерно и компоновку.При этом от родного прицепа остались лишь шасси(т.есть колеса с подвеской) и дно.Был закуплен прокат:трубы прямоугольных и квадратных сечений.Последние мы аккуратно нарезали и сварили электросваркой изготовив периметр,сцепное устройство,упоры для шасси и швартовочные узлы.Сделать электрооборудование не составило большого труда.Моргающий красный маячок (негабарит) вместо любимой многими красной тряпки также приятно радовал глаз.Естественно, конструкция была покрашена и даже установлены брызговики... Установка самолета на прицеп требовала определенной последовательности действий.При этом сначала закатывался фюзеляж,фиксировался и швартовался.Потом прицеп сцеплялся с автомобилем.Далее,вдоль бортов устанавливались в специальные обрезиненные ложементы плоскости,по 2 с каждой стороны.Стабилизатор крепился так же ,но по правому борту.Крепление осуществлялось резиновыми полосками от автомобильной камеры.Ходовые испытания по бездорожью (оное имеется вокруг любого гаражного общества) и трассе показали прекрасные результаты.Однако при скорости более 60 км\ч отмечалось периодическое ,на несколько градусов ,проворачивание воздушного винта от набегающего потока воздуха.Хотя он и был зачехлен.После его фиксировали за лопасть.Фиксировалась также ручка управления. Спинку и сидение при транспортировке приходилось снимать-чтобы не улетели.Они у меня на липучках.Фотки этого дела ,к сожалению, пока нет но когда-то видимо будет,так что выложу.А пока -придется поверить на слово.

Испытания

Дату можно обозначить как сентябрь 2000г.На момент написания этих строк самолет побывал на аэродроме 2 раза.Причем в первый раз даже был обмыт ... дождем.После первых рулежек был переделан,а точнее изготовлен заново, хвостовой костыль.Жесткость его была увеличена.Для удобства и быстроты сборки самолета некоторые соединительные болты были заменены на вновь изготовленные валики.Наибольший ,на мой взгляд, недостаток заключался в отсутствии тормозов.На минимальном газе самолет разгонялся так ,что невозможно было развернуться на полосе,предназначенной для Ту-22. Этот маневр удавался только если удавалось использовать карман РД. Большие углы поворота передней стойки при разгоне также мешали- самолет на пробеге был излишне чувствителен по курсу.
На данном этапе испытаний решено было ограничиться пробежками, по причине ненадежной работы двигателя.Но судьба распорядилась иначе...
Надо сказать что в этот день я возможно излишне накачал колеса.А амортизация на самолете следующая:
основные колеса установлены на рессору (толщиной 11мм),а носовое колесо жестко закреплено на вилке стойки,та в свою очередь через поворотные подшипники к фюзеляжу. Так или иначе, на одном из этапов пробежки, носовое колесо попало в стык аэродромных плит. Они имели небольшой перепад по высоте.Этого оказалось достаточно чтобы самолет задрал нос. Скорость оказалась близкой к взлетной и самолет за мгновения набрал высоту порядка 2.5 м. Это оказалось для меня полной неожиданностью,тем более что двигатель был переведен за секунду до этого на режим малого газа .Ручка машинально была отдана от себя и самолет вместе со мной сделал хорошего *козла*.При этом,если полетные навыки минимальны ,рулями и сектором газа работаешь как на спортивном тренажере в спортзале.Все это происходит в считанные секунды,которые позже анализируешь часами...
Друзья,которые наблюдали за моими пируэтами и осмотрев самолет сказали что у меня сегодня не самый плохой день.Действительно,могло быть и хуже.Самолет получил некоторые повреждения:разогнулась рессора основной стойки шасси,ободрались об бетонку стабилизатор и законцовка левой нижней плоскости.В остальном конструкция первую фазу испытаний выдержала...

Послесловие

Будет ли продолжена программа испытаний моего экспериментального самолета?
На сегодняшний день ответ на этот вопрос отрицательный. Пока у меня не будет достаточно надежного двигателя повторять подобные эксперименты нет никакого смысла.Надо сказать ,что новый авиадвигатель подобного класса вещь далеко не дешевая. Встречи с потенциальными спонсорами,инвесторами и пр., в процессе реализации проекта, оказались пустой тратой времени. Интересно, что на заре развития авиации в России русские авиаконструкторы имели аналогичные проблемы с выбором силовой установки.Примечательны,например, в этой области ранние проекты И.Сикорского в России.
Но, как известно, времена меняются и мы вместе с ними. Возможно и данная страница будет иметь достойное продолжение.

Математические расчеты

- Устойчивость летательного аппарата. 1 2 3
- Расчет винта. 4 5
- Элерон самолета Ан - 2. 6 7
- Аэродинамический расчет биплана. 8
- Взлет - посадка. 9

Филин Александр февраль 2001г. г.Калининград.



домой