Авиамоделист, ты кто? "На золотом крыльце сидели:
царь, царевич, король, королевич,
сапожник, портной.
Кто ты будешь такой?…"
(Детская считалка)
Те, у кого "Ногу свело", поют, что аквалангисты - это хорошо, что они любят нырять и купаться. Но любят ли они конструировать акваланги? А те, кто конструируют, любят ли они со своими аквалангами нырять - большой вопрос.
А что же моделисты?
Бытует мнение, что хороший авиамоделист - и конструктор, мастер на все руки, и летчик, и все в одном лице. При развитом социализме так оно и было. Но не сейчас. Сегодня можно с удовольствием заниматься только тем, чем больше нравится - много летать и чуть-чуть строить, или наоборот, много строить и чуть-чуть летать.
Тех, кто строит чуть-чуть, становится с каждым годом все больше и больше. В этом можно убедиться, посмотрев ассортимент ближайшего модельного магазина - Kit-ы пропадают, ARF прибывают. Спрос рождает предложение. Я не хочу думать о том, что модели превращаются в дорогие игрушки, а авиамоделизм - в специфический аттракцион. (Мне рассказывали случай, как некий "новый русский" забетонировал у себя на даче специальную полосу и в первый же полетный день вдолбил в нее пару тысяч долларов по самый хвост, на этом его увлечение авиамоделизмом закончилось.) Но тенденция превращения авиамоделизма (как массового явления) из ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА в спортивное развлечение, по-моему, налицо. Хорошо это или плохо - не знаю, посмотрим. Дальше я обращаюсь к тем, кто воспринимает авиамоделизм именно как творчество, и неважно, кто он больше: летчик или конструктор самолетов.
Не только мои многолетние наблюдения убеждают в том, что, как правило, те, кто строят хорошие самолеты - плохо летают, а те, кто хорошо летают, зачастую способны только на сборку ARF. По крайней мере, моделист, который бы сам сконструировал и изготовил классный самолет, а потом показывал бы на нем чудеса пилотажа - сегодня редкость. И если конструктор может стать очень приличным летчиком, то прирожденный летчик конструктором не станет. Одни строят, другие летают. Каждому свое. Разные это профессии. Бывают конструктора, бывают летчики, но конструктор и летчик в одном лице не бывает.
В поле одних от других отличить легко. Летчики стоят, задрав голову в небо, конструктора - "обнюхивают" самолеты.
Понимание того, кто же ты такой - конструктор или летчик, приходит не сразу, но приходит. Разберитесь в себе и действуйте соответственно. Если вы летчик - купите самолет, летайте и можете не слишком глубоко погружаться в дебри аэродинамики, если конструктор - специфические тонкости той или иной радиоаппаратуры будут вас интересовать постольку-поскольку и т.п.
Есть, правда, еще одна категория - теоретики. Они не умеют ни летать, ни строить, но много знают. Тоже полезные люди.
Деньги есть? Тогда проходи… "Зав. Складом: Какова же ваша цена?
Балбес: Триста тридцать!
Бывалый: Каждому!!"
(Сценарий)
Никакое хобби не обходится без материальных, т.е. денежных, вложений. Серьезное занятие любимым хобби требует серьезного вложения денег. У кого мало наличных, тот расплачивается своим временем, которое, в конечном счете, имеет тот же денежный эквивалент. Моделист, который говорит, что он сделал классный самолет за смешные деньги или врет, или совсем не ценит свой труд и свое время. У меня был такой случай. Один моделист, хвастался своим действительно хорошим самолетом. Долго рассказывал, какой хлам он взял, и какой замечательный получился результат. Я заметил, что, наверно, ему это дорого встало. Он сказал, что сущие пустяки, рублей 300...350. Однако на просьбу сделать из такого же хлама такую же конфетку за 700 рублей он рассмеялся мне в лицо и покрутил пальцем у виска. Он что, врал про 350 рублей? Да нет, просто к этим 350 рублям надо прибавить стоимость его труда и времени долларов на 300.
Как правило, опытный моделист будет заниматься восстановлением чужой модели или ради прикола, или если это крутое ретро, эксклюзив, повторить который нельзя, или за хорошие деньги, но никак не для собственного употребления. Точно так же, как часовщик не станет для себя восстанавливать часы из хлама. Он купит хорошие часы, тщательно отрегулирует их, и будет ухаживать за ними так, что они будут ходить долго и точно, как ни у кого другого.
Не гонитесь за кажущейся дешевизной, восстанавливая для себя чужие битые самолеты. Дороже обойдется. Вообще, RC авиамоделизм - хобби не из дешевых. Но если безденежный моделист-конструктор все равно будет строить самолеты из подножных материалов, то безденежный моделист-летчик очень скоро превратится в нудного, очкастого теоретика.
Потный вал вдохновения "Пилите, Шура, пилите…"
("Золотой теленок")
Решено: модель своя, с нуля, по собственному проекту, заточенная на высокие летные характеристики и маневренность, т.е. попросту пилотажка. Подход к проекту на полном серьезе, по науке. Цель - создать оригинальный самолет с летными характеристиками лучшими, чем у известных моделей (или, по крайней мере, не хуже, чем у них).
Раскрыты нужные книжки на нужных страницах, запущены хитрые расчетные программы, одним словом, работа закипела. Схема, движок, компоновка. Предварительные главные размерения. Расчет весов. Нагрузка на крыло, профиль, поляра крыла и всего самолета (кто не знает поляра - зависимость между коэффициентами лобового сопротивления и подъемной силы крыла). Опять главные размерения. Продольная устойчивость, крен, рысканье, рангаж. Опять главные размерения. Скорость, рули, элероны. Опять главные размерения. Конструкция, прочность, технология. Опять расчет весов, нагрузка на крыло, профиль, поляра, устойчивость... и по кругу. С каждым циклом очертания самолета все более вырисовываются и... сначала смутно, а потом все более отчетливо что-то напоминают. Наконец ты понимаешь, что разработал Экстру! Ну, хвостик чуть другой, ну кабинка... , но все равно Extra (туды ее в качель)! За что боролись?! Изменив очертания и форму, чтобы непохоже было, пересчитываешь и понимаешь, что летать будет хуже, чем та же Экстра. С аэродинамикой не поспоришь. Все. Крушение надежд удивить мир. А затраченные усилия? А время, которое - деньги?
Зачем я это рассказываю? Чтобы руки отбить? Да нет, любой моделист-конструктор (не важно, самолетчик или яхтсмен), хоть один раз в жизни изобретал велосипед (или пропеллер). Это нормально. Просто я хочу дать пару советов молодым - горячим конструкторам.
Ставьте себе реальные планы. Как ни печально, но надо смириться с тем, что почти все уже придумано до нас. Конечно, это "почти" греет душу, дает, так сказать, надежду, но... Оптимальные аэродинамические схемы и компоновки, например, для тех же пилотажных моделей под ДВС придуманы давно, проверены и перепроверены не одним поколением конструкторов. Для революции нет революционной ситуации. Воздушная среда - она и есть воздушная среда, силовая установка на основе ДВС настолько вылизана, что плюнуть некуда, разве что с глушителем поиграть. Поэтому прежде чем хвататься за разработку самолета с чистого листа, оглядитесь вокруг, наверняка отыщется прототип (известный и проверенный), отвечающий вашему замыслу.
Какой марки первый самолет?
В советских авиамодельных кружках у начинающих моделистов первая модель, в обязательном порядке, была какая-нибудь схематичка. Придя во Дворец Пионеров и школьников на Ленинских горах (звучит-то как: Дворец, Пионеры, Ленин...) в авиамодельный кружок в секцию кордовых моделей, я уже имел за плечами кое-какой опыт в постройке успешно летающих моделей. Но мне все равно дали резиномоторную схематичную модель самолета. Я был страшно разочарован - такую фигню можно было и дома сделать. Было это в середине 60-х. Теперь я понимаю, что по-другому и быть не могло. Руководитель кружка не мог рисковать дефицитными материалами, не будучи уверенным, что у начинающего моделиста руки растут из правильного места. Бедные кружководы были зажаты государственным финансированием и отчетностью. В кружках ставка делалась на 2... 3-х проверенных ребят, которые "съедали" львиную долю бюджета кружка. Остальным вынуждено доставалась роль статистов. Чтобы прорваться в круг избранных, надо было проявить незаурядные способности. Это была мечта каждого кружковца. Жесточайшая конкуренция, вызванная глобальным дефицитом всего, заставляла добиваться приличных результатов при минимуме ресурсов, и случайных людей в моделизме практически не было. У неорганизованных моделистов выбор прототипа определялся не столько опытом, сколько доступом к дефицитным материалам. Деньги, как таковые, почти ничего не решали. Есть материалы - строился хороший сложный самолет, нет - делался самолет попроще.
Времена изменились. Дефицита практически нет (по крайней мере, в Москве). Строй что хочешь. Одно осталось неизменным, как раньше, так и сейчас: выбор прототипа для постройки модели производится на пределе материальных возможностей - раньше в смысле дефицитных материалов, сегодня в смысле денег. Мнение, что начинать надо непременно с "Картоныча", я не разделяю. Ерунда все это. Мне известен моделист, который свой первый полет совершил на дорогущем пилотажном биплане, весьма непростом в управлении. И ничего, не разбил, научился летать. Все дело в ответственности, в серьезной предварительной подготовке на симуляторе. Вообще самолет, на котором летаешь, должен нравиться, его должно быть жалко разбить. Так что подсчитайте ваши денежки и закладывайтесь на все что есть, по полной программе. Как при выборе автомобиля - никто не купит подержанные Жигули, если есть деньги на Мерседес, даже при полном отсутствии навыков езды.
Аэродинамика для чайников "А все почему?.. И по какой причине?..
И какой из этого следует вывод?"
(Монолог ослика Иа.)
И все же, с чего начать? Как грамотно выбрать прототип?
Критерии выбора прототипа лежат на прочном фундаменте аэродинамической теории моделей самолета. В 99 случаях из 100 начинающий моделист сначала строит самолет и даже не один, а уж потом начинает изучать теорию - жизнь заставляет. Призывать делать наоборот бесполезно. Почувствовав в себе тягу к небу, будущий моделиста чувствует и настоящий зуд нетерпения - скорее в небо, хоть на чем! Тут не до книжек. И только получив кайф от первых полетов (кто не помнит восторг и ликование в душе от первого поднятого в небо самолета?), отдышавшись и задумавшись о следующей модели, моделист приходит к выводу, что неплохо было бы что-нибудь поизучать.
То, о чем вы будете читать дальше - не учебник по аэродинамике, не фундамент теории, и даже не сваи, на которых он лежит. Это скорее первые колышки, вехи и ориентиры. Дальше вы уж сами. Точные рецепты в этом деле дать трудно, если вообще возможно. Поэтому будьте готовы к тому, что на ваши упорные вопросы: "Скоко точно вешать?", вы будете получать не менее упорные ответы: "Граммов 300 - 400, а может, полкило".
Итак.
Модель должна лететь ровно при брошенных ручках управления продолжительное время, не срываясь в штопор и не заваливаясь на крыло не только в полный штиль, но и при возмущениях воздуха. Т.е. она должна обладать продольной, поперечной и путевой устойчивостью.
Продольная устойчивость
На продольно неустойчивом самолете летать невозможно, это факт. Но и слишком большая продольная устойчивость не всегда благо. Например, излишняя устойчивость делает полет самолета вялым, а энергичные фигуры получаются "сонными". Наиболее зрелищные фигуры - плоский штопор snap roll и многие другие 3D фигуры вообще невозможно выполнить на самолете с излишней продольной устойчивостью. Такие субъективные оценки, как "шустрая" или "тупая" модель тоже в основном связаны с продольной устойчивостью. Это важнейшая характеристика самолета. Четкое понимание ее природы, а так же владение методами, позволяющими управлять параметрами продольной устойчивости - залог не только успешного строительства новых моделей, но и гарантия грамотной, безаварийной эксплуатации готовых самолетов.
Продольная устойчивость определяется взаимным положением центра тяжести (ЦТ) модели и ее фокуса, т.е. точки приложения равнодействующей аэродинамических сил, действующих на ВСЕ части самолета. Для обычной, традиционной схемы модели, ее фокус определяется главным образом фокусом крыла (т.е. точкой приложения равнодействующей аэродинамических сил действующих на крыло, или, по-другому - центром давления). А положение фокуса крыла в свою очередь напрямую зависит от его профиля и углов атаки. Таким образом, с одной стороны - центровка самолета, с другой - профиль его крыла и эффективность хвостового оперения - вот, по большому счету, альфа и омега продольной устойчивости модели.
Теперь подробнее.
Очевидно, что если ЦТ находится впереди фокуса - модель продольно устойчива (в полете создается устойчивое равновесие). Правда, слишком передняя центровка приводит к снижению аэродинамического качества модели, да еще при этом может не хватить эффективности стабилизатора для компенсации пикирующего момента - самолет просто не взлетит. А если взлетит, то при посадке на малых скоростях обязательно "клюнет" носом если не с летальным исходом, то с большими неприятностями для стоек шасси, капота и пропеллера.
Если ЦТ находится позади фокуса, то в принципе модель - неустойчива. Однако в определенном диапазоне центровок - от совпадающей с фокусом до некоторой задней, самолет продолжает быть продольно устойчивым за счет демпфирующего момента стабилизатора.
Еще более задняя центровка представляет особый интерес. Такая модель крайне неустойчива в полете и пилот управлять ею без специальных технических средств не может. Однако применение систем стабилизации на основе гироскопов позволяет не только летать на таких самолетах, но и получать при этом заметные преимущества в выполнении фигур пилотажа. Характерно, что на турнире чемпионов (ТОС) в Лас-Вегасе большинство участников использовали электронную стабилизацию для изменения коэффициента устойчивости в полете на разных фигурах. Но это тема отдельного разговора.
Чувствуете, куда я клоню? Все по законам жанра: очень задняя центровка - никуда не годится, очень передняя - тоже не сахар, значит...
Действительно, оптимальная величина продольной устойчивости достигается, если ЦТ лежит вблизи фокуса модели с небольшим запасом (ЦТ может менять свое положение в полете, например при расходе топлива, при уборке - выпуске шасси и т.д.). Остается выяснить, где находится фокус модели, который, как мы договаривались, для обычных схем в большой степени зависит от фокуса крыла.
Фокус крыла определяется центром давления его профиля, который в общем случае не стоит на месте. Его положение в той или иной степени зависит от относительной кривизны и угла атаки. Проще всего с профилям, близкими к симметричным. У них центр давления, как правило, находится на 25% САХ (средней аэродинамической хорды) и практически не зависит от угла атаки. К примеру, у профиля NACA 2415 (относительная кривизна 2% на 40% длины хорды, относительная толщина 15%) в диапазоне углов атаки от 4 до 18 град. центр давления практически не изменяет своего положения и отстоит от носка профиля на расстояние, соответствующее 25% САХ. У профиля CLARK YH, отличающегося несколько большей кривизной, в том же диапазоне углов атаки перемещение центра давления еще вполне приемлемо. Для профиля же с 6% -ной относительной кривизной (кроме того, еще и довольно тонкого) это перемещение весьма заметно.
Существуют профили, у которых центр давления вообще не перемещается. Однако на моделях они практически не используются (кроме аппаратов типа "летающее крыло"), т.к. их аэродинамические качества значительно ниже, чем у обычных профилей.
Кроме того надо заметить, что использование механизации крыла, например, посадочных щитков, создающих эффект увеличения кривизны профиля, даже у профиля NACA 2415 приводит к заметному изменению положения центра давления.
Изменение положения центра давления профиля явление весьма неприятное. Механизм тут простой. При оптимальном взаимном расположении ЦТ и фокуса модели в строго горизонтальном полете (ЦТ вблизи фокуса с небольшим запасом), модель нормально устойчива. При изменении угла атаки центр давления профиля начинает перемещаться (не в лучшую сторону), взаимное расположение ЦТ и фокуса - изменяется, и мы сразу вторгаемся в область центровок позади фокуса, т.е. в область неустойчивости. Как было упомянуто, размер области задних центровок, где модель продолжает быть продольно устойчивой, напрямую зависит от эффективности стабилизатора, которая пропорциональна произведению площади стабилизатора на квадрат его плеча, что прослеживается в конструкциях "длиннохвостых" пилотажек.
В принципе, надежная продольная устойчивость модели обеспечена, если площадь ее горизонтального оперения составляет 25% площади крыла, а расстояние между этим оперением и крылом соответствует примерно 2,5 средней хорды крыла. Приведенные соотношения учитывают практически все неблагоприятные факторы, влияющие на устойчивость.
Известна номограмма, с помощью которой по геометрическим характеристикам прототипа можно определить параметры его продольной устойчивости, характеризуемые коэффициентом продольной устойчивости.
Где:
К - коэффициент продольной устойчивости;
А = Sоп / Sкр - отношение площади горизонтального оперения к площади крыла;
L = Lпл / h - отношение расстояния от крыла до горизонтального оперения к средней хорде крыла.
В целом можно сказать:
http://workshop.modelsworld.ru/image.../nomogr1_s.jpg
- Продольная устойчивость недостаточна при ее коэффициенте ниже 45;
- При коэффициенте продольной устойчивости от 45 до 55 должны быть предприняты все возможные мероприятия по ее улучшению;
- Продольная устойчивость достаточна при коэффициенте от 55 до 65;
- При коэффициенте выше 65 можно не применять профили с неизменным положением центра давления в широком диапазоне углов атаки;
- При коэффициенте выше 75 можно использовать профили с относительной кривизной до 5%;
- При более высоких значениях допустимо практически без опаски снизить продольную устойчивость.
Улучшить стабилизирующий эффект горизонтального оперения можно, использовав для него симметричный профиль относительной толщины около 12%. У радиоуправляемых моделей с действующим рулем высоты определенное повышение подъемной силы, а значит и большее стабилизирующее действие, может быть достигнуто уменьшением зазора между рулем и оперением. При меньшем зазоре распределение давления по определению лучше, особенно при отклонении руля. Действие горизонтального оперения зависит также от удлинения крыла и его положения относительно крыла. Однако эти параметры имеют подчиненное значение, с их помощью нельзя радикально улучшить устойчивость модели. Большое удлинение крыла оказывает такое же воздействие, как отнесение горизонтального оперения в зону, удаленную от спутной струи крыла, как, например, при использовании Т-образного оперения.
Напомню, что до сих пор мы говорили об обычных схемах самолета - прямое (или трапеция) крыло, хвостик, фюзеляж. Я плохо себе представляю моделиста, который для своего первого самолета выбрал бы схему "утка". Тем не менее для полноты картины, наверное, стоит упомянуть и другие схемы.
Продольную устойчивость модели со стреловидным крылом можно улучшить круткой крыла. Здесь возможна как чисто геометрическая (максимум до 4 град.), так и аэродинамическая крутка. В последнем случае речь идет о переходе несущего корневого профиля к симметричному профилю на законцовке крыла. Получила распространение комбинация обеих круток, благодаря которой кроме улучшения продольной устойчивости эффективно снижается индуктивное сопротивление. Крутка крыла широко применялась на планерах-бесхвостках схемы "чайка".
Продольная устойчивость на самолетах схемы "утка" тоже определяется взаимным положением ЦТ и фокуса крыла, однако демпфирования от переднего стабилизатора нет, а центровки применяются очень передние.
Продольная устойчивость бесхвосток достигается применением специальных профилей с т.н. S-образной средней линией. У таких профилей центр давления так же перемещается при изменении угла атаки, но в противоположную сторону.
Особняком стоят бипланы и другие многокрылые аппараты. Проблемы их устойчивости выходят за рамки настоящей статьи. Нельзя объять необъятное, как говаривал Козьма Прутков.
Поперечная и путевая устойчивость
Известно, что поперечная устойчивость модели взаимосвязана с путевой. Поэтому рассматривать их нужно в комплексе. Сразу оговоримся, большая поперечная устойчивость нужна учебным и свободнолетающим самолетам. Для пилотажек и продвинутых тренировочных моделей поперечная устойчивость должна быть нулевая. Путевая (курсовая) устойчивость тоже не должна быть слишком высокой. Чрезмерное ее значение препятствует вхождению в штопор, который вырождается в спираль, кроме того, при большом значении путевой устойчивости и ненулевом V крыла, поперечная устойчивость самолета ухудшается.
Для повышения поперечной устойчивости используют несколько конструктивных приемов. Это может быть получение устойчивости за счет поперечного V крыла. Тут лучше всего дело обстоит с высокопланами, т.к. у них центр тяжести лежит ниже фокуса, т.е. создается устойчивое равновесие. Кроме того, на высокопланах часто применяется фюзеляж с большой боковой поверхностью. У большинства низкопланов вследствие неустойчивости положения центра тяжести необходимо увеличивать угол поперечного V крыла модели.
Применение стреловидных крыльев тоже повышает поперечную устойчивость. Поперечная устойчивость дельт-бесхвосток обусловлена именно стреловидностью крыла.
Что касается путевой устойчивости, то в общем случае считается, что модель будет иметь достаточную путевую устойчивость, если площадь киля составляет 10% площади крыла, а расстояние между ними соответствует 2,5 средним хордам крыла. Если киль расположен на том же расстоянии, что и горизонтальное оперение, как это в большинстве случаев и бывает, то площадь киля принимают равной 1/3 площади этого оперения. При таком соотношении площадей путевая устойчивость вполне достаточна.
Еще кое-что о профилях
Несмотря на громадный выбор, в авиамоделизме реально используется чуть больше двух десятков профилей. Вот некоторые из них. Профили от NACA 0009 до NACA 0018 являются симметричными, а поскольку их относительная толщина составляет от 6 до 12%, они применяются, прежде всего, для поверхностей хвостового оперения. "Классические" для пилотажных моделей профили имеют относительную толщину от 16 до 18%. Профили NACA 23009 - NACA 23018 являются полусимметричными, они широко используются не только на моделях, но и на настоящих самолетах. Центр давления у них изменяет свое положение незначительно. По-настоящему универсальным можно назвать полусимметричный профиль CLARK Y. Его можно применять как на радиоуправляемых, так и на свободнолетающих моделях. Симметричные же профили могут считаться профилями с неизменным положением центра давления, однако, к сожалению, они развивают небольшую подъемную силу и при больших углах атаки склонны к неожиданным срывам потока без заметного перехода.
У профиля EPPLER 374 максимальная толщина отнесена далеко к задней кромке, вследствие чего его обтекание остается ламинарным в широких пределах. Он применяется преимущественно на скоростных моделях, а также на тяжелых планерах. Изменение положения центра давления у него довольно значительно.
Профиль крыла следует выбирать таким, чтобы изменение положения центра давления было минимальным. При этом предполагается, что профиль горизонтального оперения симметричен. Если необходим хорошо несущий профиль с неизменным в широких пределах положением центра давления, то следует выбирать NACA M6 или CLARK YH.
Вот и все. На первый случай этих сведений вполне достаточно, чтобы, так сказать, "въехать в тему", поддержать умный разговор с моделистами, и главное, грамотно выбрать прототип для будущей модели. Я намеренно избегал сложных расчетов по хитрым формулам. Моделист, который в душе конструктор, сам к ним придет, а летчику достаточно навскидку определить, с чем он имеет дело.
Вот он - грамотный прототип
Так вот, опираясь на вышеизложенное, попробуем представить, как может выглядеть модель для первоначального обучения пилотированию. Скорее всего это будет высокоплан с удлиненным фюзеляжем, развитыми горизонтальным оперением и килем, профилем крыла CLARK YH и, если c элеронами, то с небольшим поперечным V, а если без элеронов, то с поперечным V побольше.
А теперь посмотрите на "Картоныча"...
Дальше дело за вами. Можно, взяв за основу геометрию "Картоныча", сделать цельнобальзового красавца (если есть деньги и время), можно попытаться сконструировать аппарат из доступных материалов (если денег маловато), можно этого самого "Картоныча" купить (если времени нет), если нет ни времени, ни денег - бросьте заниматься авиамоделизмом. Говоря: взять за основу геометрию самолета, я имею ввиду главные размерения, соотношение площадей, веса, профили и т.п. Внешний облик, а тем более, конструкция, материалы могут быть любые. Здесь есть простор для творчества. Кроме того, можно улучшить летные характеристики модели методами, о которых упоминалось выше.
Мало ли кто что напридумывал... "Не верю..."
(К. Станиславский)
При внесении изменений в прототип бережно относитесь к аэродинамической схеме. Если изменяете ее, то проводите проверочные расчеты.
Типичный случай. Некий моделист заявляет: "Я такой самолет уже делал. Летает безобразно. Болтается, как ... в проруби". Странно, самолет известный. Начинаешь выяснять, в чем дело. Оказывается, при внесении изменений в прототип под свою технологию и материалы он изменил профиль крыла - чуть-чуть. Не понравилось, что рулевая машинка выступает за плоскость. Ему и невдомек, что из предусмотренного профиля CLARK YH у него получился профиль близкий к EPPLER375, у которого при углах атаки в диапазоне от 4 до 25 градусов центр давления перемещается в довольно широких пределах. Чтобы модель с крылом такого профиля имела достаточную продольную устойчивость, ее горизонтальное оперение должно быть намного более эффективным. Улучшить стабилизирующий эффект горизонтального оперения можно было бы, использовав для него симметричный профиль относительной толщины около 12%. Подъемная сила, развиваемая таким профилем, примерно на 10% больше, чем у плоского, который применяется для простоты изготовления. Но моделист не был конструктором, он был летчиком.
Вообще, изменения, вносимые в прототип должны преследовать вполне определенные четко сформулированные цели - ради чего менять. Нельзя улучшить прототип вообще. Можно улучшить внешний вид, но тогда надо быть готовым к тому, что самолет станет более трудоемким, а значит, дороже. Или наоборот, подчинить изменения простоте изготовления и уменьшению стоимости, но тогда, возможно, он потеряет изящность, а всем известно, что некрасивые самолеты плохо летают. Замена материалов - чревата серьезными конструктивными переделками силовой схемы и, как правило, увеличением веса аппарата. И т.д. Опытные моделисты доводят модель годами, улучшая ее постепенно, от образца к образцу приближаясь к оптимуму. И если взять такую модель за прототип и начать курочить… Хорошие конструкторские решения никогда не лежат на поверхности. Не считайте себя заведомо умней разработчика прототипа. Если вам кажется, что какой-то узел можно сделать проще и лучше, то постарайтесь понять, а почему же автор сделал по-другому? Если уверены в своей правоте - делайте по-своему. Потом, возможно, вы поймете, в чем было дело, да будет поздно.
Совет начинающим. Если вы решили сами сделать модель (особенно если это ваша первая модель), стройте самолет по известному, проверенному прототипу, лучше из посылки. Не пытайтесь сразу вносить в прототип существенные изменения. Стройте модель, как она есть. Это даст вам возможность прощупать ее в буквальном смысле слова, понять идею, заложенную автором в модель. Вполне возможно, что в процессе постройки к вам будут приходить мысли по модернизации, улучшению и т.д. Мой совет - воздержитесь от немедленного претворения их в жизнь, лучше запишите и используйте в процессе постройки следующей модели, когда за прототип вы возьмете уже построенный вами самолет.
Кстати, вариации на тему того или иного прототипа - обычная практика моделистов. Как правило, строится ряд моделей имеющих одного предка с последовательно вносимыми изменениями. Зачастую последняя модель напоминает исходную лишь отдаленно. Иногда в ряду получается выдающийся самолет (не обязательно последний), он-то и становится прототипом для самолетов других моделистов. Не надо понимать разработку темы буквально, как постройку ряда однотипных самолетов подряд (хотя и такое бывает, у спортсменов например). Обычно у моделиста находится в разработке несколько тем. Между экземплярами моделей в ряду может пройти не один год. И все-таки, каким бы опытным моделист ни был, открывая новую тему, он старается сделать первый образец, по возможности строго следуя прототипу "как он есть".
Это копия? Нет, это самолет, похожий на копию "- А есть такой же, но без крыльев?
- Нет
- Будем искать..."
(Бриллиантовая рука)
Многие начинающие моделисты хотят начать с постройки если не точной копии, то, по крайней мере, модели похожей на настоящий самолет. Что можно сказать по этому поводу? Да ради бога! Если не получится, то вы просто потеряете деньги и время, но зато реально оцените свои силы и приобретете опыт, который тоже дорогого стоит. У настоящего моделиста неудача (а от неудач никто не застрахован) не отобьет охоты заниматься любимым хобби. Однако конструирование модели-копии имеет особенности, о которых следует упомянуть.
Одним из параметров подобия модели и ее прототипа является равенство для них чисел Рейнольдса. С достаточной точностью это число равно Re = 70vh, где v - скорость полета, м/с; h - хорда крыла, мм.
Например, для спортивного самолета, у которого хорда крыла равна 1500 мм, скорость полета - 100 м/с (360 км/ч) Re = 70х100х1500 = 10500000. Для модели этого самолета, выполненной в масштабе 1:10, хорда крыла равна 150 мм, скорость 10 м/с (36км/ч) получаем число Рейнольдса Re = 70х10х150 = 105000, т.е. в 100 раз меньше. Такая разница исключает прямой перенос аэродинамических характеристик с прототипа на модель.
Вообще, убеждение, что точное копирование геометрии прототипа, обладающего высокими летными качествами, обеспечит хорошие летные характеристики модели, опасное убеждение. Практика показывает прямо противоположное. Лишь в немногих случаях точная копия отвечает специфическим требованиям к аэродинамике модели, в частности к ее устойчивости. Поэтому при громадном разнообразии типов и конструкций самолетов, выбор прототипа для модели является не простой задачей. Именно поэтому авиамодельные фирмы для своих серийных моделей-копий используют всего полтора-два десятка прототипов. Мало того, чтобы самолет, модель которого хочется построить, нравился. Как правило, при ближайшем рассмотрении простой расчет по номограмме показывает, что устойчивость модели будет явно недостаточна. Что делать? Ответ очевиден - улучшить устойчивость модели, например, удлинить фюзеляж, изменить соотношение площадей, развить хвостовое оперение, увеличить поперечное V крыла и т.д. Правда, может получиться так, что после проведения всех этих мероприятий модель окажется мало похожей на свой прототип.
И наконец, это уже мое личное мнение, какой выбрать самолет? Пусть меня назовут пещерным русофилом, но я никогда не буду строить фашистский Fw-190. Тем более что замечательных русских самолетов, хорошо летающих и красивых, очень много. Тут вообще непаханое поле для моделиста. Кроме того, приятно выйти в поле с нашим самолетом, когда все вокруг летают на импортных серийных аппаратах. Характерно, что наши самолеты, например, времен 2-й мировой войны, отлично масштабируются с минимальными искажениями, их конструкцию зачастую можно впрямую переложить на модель. Но окончательный выбор, конечно, за вами. Вам строить, вам и летать.
От автора
Огромную помощь в написании главы об основах аэродинамики автору оказал наш коллега, Владимир Васильков, за что ему большое спасибо. Практически это наша совместная работа, где вклад соавтора больше, чем мой.
Номограмма и некоторые другие примеры взяты из книги Р. Вилле "Постройка летающих моделей копий" пер. с нем. В.Н. Пальянова
По материалам сайта RcDesign
