Авиамоделирование: как построить реактивный самолет? Вот он - грамотный прототип

Перемота Алексей

Авиамоделизм - это искусство, спорт, технологии, характеры и огромная любовь к небу.

Введение
1. В самом начале …
2. Авиамоделизм. Основные понятия
3. Развитие спортивного авиамоделизма в СССР и России
4. Общие технические характеристики авиамодели (спортивные)
5. Технический авиамоделизм
1) Экспериментальный моделизм
2) Стендовое моделирование
3) Летающие модели. Копия – модель
4) Радиоуправляемые модели самолетов
5) Модели самолётов с турбодвигателем
6. Оценка авиамоделизма
Заключение
Литература

Введение
Небо, оно открыто для всех: даже если самолёт на порядок меньше настоящего. Среди ученых-антропологов существует точка зрения, что человеческой эволюцией управляет сильное желание владеть всей землёй без остатка. По их мнению, на протяжении всей своей жизни человек хотел сначала обойти землю, потом исследовать моря и – самое главное – взмыть в небеса. И по мнению специалистов, серьёзное увлечение небом начинается именно с авиамоделизма.
Моя летающая модель

Отношение нашего общества к авиамоделизму весьма неоднозначно. Некоторые считают, что это игрушки, увлечение которыми не серьёзно. Для других занятие иоделями - это своеобразное воплощение мечты, для третьих - интересный прикладной вид спорта, где результат порой кропотливой работы не просто стоит на полке, собирая пыль и дополняя интерьер, а привносит в жизнь какие-то ни с чем несравнимые ощущения, которые возникают при подъёме модели в небо.
По сути своей, авиамоделизм – это ветка большого дерева под названием «большая авиация», и он развивается последовательно с развитием самолётостроения. Но и большое дерево не может расти без веток, иначе оно немного ущербно. Так и авиация без моделизма, возможно, имела немного другой путь развития.
Авиамоделизм. Для меня это целая параллельная жизнь. И мне очень нравится тот факт, что множество людей занимались им до меня и надеюсь, что после будут заниматься этим умным и увлекательным делом.

1. В самом начале …
В 1898 году в Египте были произведены раскопки III ст. до н.э. Среди различных предметов там была найдена маленькая фигурка из сикомора (твёрдое дерево, похоже на граб), которая весила 32 грамма и напоминала птицу.
Она была зарегистрирована в Каирском музее античности как «Статуэтка птицы» и хранилась в отделе птиц под номером 6347 более семидесяти лет. В 1969 году египетский физик доктор Халил Мессиха обратил внимание, что «птичка» слишком уж обтекаема, что крылья длиной 18 см, выгнуты иначе, чем у птиц, и есть вертикальная деталь на хвостовом оперении, которая напоминает руль поворота современного скоростного самолёта. Профессор внимательно изучал находку и проконсультировавшись со специалистами в области авиации, заявил: «Это не птица, а миниатюрная модель планера!»
Схема древнего самолёта

В связи с этим «Бюллетень ЮНЕСКО» писал: «Если гипотеза доктора Мессихи подтвердится, то это будет означать, что древние египтяне знали законы полета!» Профессор не ограничился лишь только предположениями. Он построил из легких материалов большую модель планера, где точно и полностью воссоздал все странные конструктивные особенности древней «птицы». Планер учёного осуществил успешный полет!

2. Авиамоделизм. Основные понятия
А что вообще это такое, авиамоделизм?
Вот как представляет это определение Википедия:
Авиамоделизм - вид технического творчества, средством которого является:
Создание нелетающих масштабных копий, реальных летательных аппаратов, (стендовый авиамоделизм).
Создание и пилотирование как свободнолетающих (планеры, таймерные), так и дистанционно управляемых (радиоуправляе-мые, кордовые) летательных аппаратов.
Но зная об авиамоделизме не по наслышке, более точным мне представляется следующее определение:
Авиамоделизм - 1) Конструирование, создание и испытание авиамоделей в технических целях; 2) Авиамодельный спорт. (Новый словарь русского языка (под ред. Т.Ф. Ефремовой).
Отсюда: Авиамодельный спорт - технический вид спорта, где участники соревнуются в конструировании и изготовлении летающих моделей летательных аппаратов (планеров, самолётов, вертолётов и пр.) и в управлении ими в полётах на скорость, дальность, продолжительность полёта и на высший пилотаж.
Технический авиамоделизм позволяет решать немаловажные самостоятельные задачи в научно-техническом эксперименте создания летательных аппаратов. Этим определяется его большое прикладное значение

3. Развитие спортивного авиамоделизма в СССР и России
Впервые наша страна стала членом FAI (Международной авиационной федерации) в 1909 году, Россию в этой организации представлял Всероссийский аэроклуб. По инициативе профессора Московского высшего технического училища Н.Е. Жуковского 2 января 1910 года были проведены первые в России авиамодельные соревнования. Этот день - дата рождения отечественного авиамоделизма. Среди участников состязаний был будущий выдающийся авиаконструктор, академик А.Н. Туполев.

Н.Е. Жуковский – профессор, основоположник теории авиации.
Председатель жюри первых соревнований
летающих моделей в России (1910 год)

Школу авиамоделизма прошли в разное время крупнейшие авиационные конструкторы. Александр Сергеевич Яковлев в 1921 году стал организатором первого школьного авиамодельного кружка в Москве. В 1923 году в Советском Союзе было создано Общество друзей Воздушного флота, призванное осуществлять руководство авиамодельным спортом.

Кружок авиамоделистов Участники II Всесоюзных соревнований
Хамовнического района Москвы – 1927 года, на которых
победитель городских впервые успешно летали фюзеляжные
соревнований 1924 года модели с резиномотором

В СССР в первых всесоюзных состязаниях летающих моделей в августе 1926 участвовало 70 спортсменов. Начало спортивному моделированию в СССР было положено «Неделей Красного воздушного флота» летом 1923 года. Большой размах авиамоделизм получил после принятия ВЛКСМ в 1931 шефства над воздушным флотом.
Ведущую роль в разработке проблем авиамоделизма сыграла Центральная авиамодельная лаборатория (ЦАМЛ), созданная в 1931 г. После этого открылись лаборатории и кабинеты во многих других городах, и авиамоделизм становится начальной ступенью подготовки авиационных кадров. Авиамодельное движение росло и крепло, насчитывая в своих рядах более полумиллиона членов.

В 1931 году с фюзеляжной резиномоторной моделью самолета М. Зюрин
превысил мировой рекорд продолжительности полета – 27 мин 20 сек.

Первоначально создавались свободнолетающие модели самолётов самых различных размеров и геометрических форм. К тому времени отчётливо определился путь подготовки авиационных кадров, прекрасно сформулированный в лозунге: «От модели - к планеру, с планера - на самолет».
С 1936 года представительство Советского Союза в FAI осуществлял Центральный аэроклуб СССР имени В.П. Чкалова. Деятельность советских авиамоделистов проходила под руководством ДОСААФ.

В этот период появился новый вид моделей - комнатные. Для изготовления таких моделей применяли солому разных трав, обтяжку делали из микроплёнки. Масса комнатных моделей не превышала 5 г, запускали их в помещении. В марте 1941 г. на состязаниях московских авиамоделистов М. Зюрин установил всесоюзный рекорд продолжительности полета - 2 мин 33 с. Его модель при размахе крыла 400 мм имела массу 1,69 г.
Великая Отечественная война прервала массовую авиамодельную работу: прекратилась спортивная работа, не было массовых авиамодельных соревнований. Закрылись многие кружки, дома и дворцы пионеров, детские технические станции и авиамодельные лаборатории. Но авиамоделизм продолжал развиваться. В 1944 году появилась модель с бензомотором, в 1946 году был сделан новый шаг вперёд в развитии резиномоторов, где двигателем служил жгут из резиновых нитей.

В 1950 г. известный конструктор авиамодельных двигателей В. Петухов применил на своей модели новый двигатель с воспламенением рабочей смеси от сжатия (поршневые микродвигатели внутреннего сгорания с объёмом цилиндра от 1 до 10 см3). Аэродинамика модели, профили крыльев и стабилизатора подбирались с учетом последних данных исследований авиационных лабораторий.
Особый интерес у авиамоделистов вызывали новые достижения в авиационной технике. Все новое моделисты сейчас же старались переносить в авиамодельную практику. В работах авиамоделистов таким образом нашло свое отражение и появление реактивных самолетов. Правда, еще в довоенные годы моделисты строили модели, снабженные пороховыми ракетами, а затем и модели с жидкостными реактивными двигателями.
Спортивный авиамоделизм развивался. Он привлекал в свои ряды людей, когда-то бывших любителями, но со временем пожелавших от своего увлечения большего и позволяет развиваться технической мысли.
В 1952 г. авиамодельный спорт был включен в Единую спортивную классификацию, что отразилось на развитии авиамоделизма в целом. Он стал одним из самых массовых технических видов спорта. В полной мере на соревнованиях происходила оценка спортивных и технических достижений моделистов. В январе 1953 года модель М.Васильченко установила мировой рекорд скорости при полете на корде - 264,7 км/час. Абсолютный рекорд скорости - 301 км/ч установил на международных соревнованиях в Брюсселе И. Иванников. Такую невероятную скорость развила его кордовая модель с реактивным двигателем.

1952 год явился годом успехов в конструировании радиоуправляемых моделей. На стартах состязаний вблизи г. Сумы многочисленные зрители были свидетелями изумительных по красоте полетов. Модели с механическими двигателями, снабженные устройствами для радиоуправления, выполняли по заказу судей полеты по сложным траекториям, описывали в воздухе восьмерки, круги, прямоугольные маршруты, обычно выполняемые перед посадкой самолетами, и точно садились в непосредственной близости к старту.

Многочисленные победы в чемпионатах мира и Европы по авиамодельному спорту можно объяснить массовостью и большим распространением этого увлечения в СССР. Руководство развитием авиамоделизма осуществляли Центральный спортивно-технический клуб авиационного моделизма - ЦСТКАМ (образован в 1974) и Федерация авиамодельного спорта СССР (1964). К 1991 насчитывалось свыше 1000 авиамоделистов, имеющих звание мастера спорта, около 300 мастеров спорта международного класса. В чемпионатах Европы и мира советские спортсмены добивались высоких результатов.С 1992 года Федерация авиамодельного спорта России – самостоятельная организация. Членство в FAI российские авиамоделисты осуществляют через Федерацию авиационного спорта России.

4. Общие технические характеристики авиамодели (спортивные)
Если не предписано другое, авиамодели должны соответствовать следующим основным техническим требованиям:
Максимальный полётный вес с топливом 25кг;
Максимальная площадь несущей поверхности 500 дм2;
Максимальная нагрузка 250 г/дм2;
Максимальный рабочий объём цилиндра(ов) поршневого двигателя(лей) 250 см3;
Максимальное напряжение источника питания электродвигателя без нагрузки 72 вольта.
Для всех категорий авиамоделей с двигателями применяется ограничение уровня шума. Уровень шума не должен превышать 96dB(A) на расстоянии 3 метра от работающего двигателя, если не действуют другие правила. Конкретные методы измерения уровня шума должны быть разработаны соответствующими подкомитетами для своей категории моделей.
Для электродвигателей ограничение уровня шума не применяется.

5. Технический авиамоделизм

Но не только спортивные успехи интересуют моделистов.

1) Экспериментальный моделизм

Это старейшее направление. Модели играют большую роль в развитии авиации. На них проверяют идеи и технические новинки, ведут научные исследования. Летающая модель - уменьшенная копия летательного аппарата, содействуя научным открытиям, принесла человечеству огромную пользу.
Ещё в 1754 М. В. Ломоносов сконструировал и построил одну из первых авиамоделей - «аэродромическую машинку» для подъема метеорологических приборов, прообраз вертолёта.
Генерал-майор А.Ф.Можайский с 1876 г. проводил эксперименты с летающими змеями и моделями самолетов с пружинным приводом в помещениях (1876)

А.Ф. Можайский – создатель первого в мире самолета.

Описание одного полета приведено в газете «Санкт-Петербургские новости» от 10 июня 1877 г.: «В нашем присутствии опыт был произведен в большой комнате над маленькой моделью, которая бегала и летала совершенно свободно и опускалась очень плавно...» . Окрыленный этими успехами, Можайский решил строить полноразмерный макет. На моделях он изучал основы полёта, исследовал поведение отдельных элементов конструкции, на основании чего построен первый в мире самолёт. На моделях он проверял теорию и правильность предположений, заложенных в основу проекта первого летательного аппарата.
Применение авиамоделей помогло Николаю Егоровичу Жуковскому, русскому ученому, основоположнику современной гидроаэродинамики, открыть законы движения тел в воздушной среде. Содействовал распространению авиамоделизма и К. Э. Циолковский, строивший и запускавший со своими учениками тепловые шары и воздушные змеи.
Современный авиамоделизм - важное вспомогательное средство для конструирования самолётов. Без снятия аэродинамических, прочностных и других характеристик путём продувок модели-копии будущего самолёта в аэродинамической трубе немыслима постройка первого опытного образца самолёта.

Большая аэродинамическая труба ЦАГИ

Летающие модели - одно из лучших средств проверки правильности теоретических расчетов. В настоящее время создана теория, которая позволяет использовать результаты опытов, проводимых с моделями в аэродинамических трубах, при расчетах натуральных самолетов. Принципы полета, картину многих явлений, происходящих с самолетами в полете, проверяют и изучают на летающих моделях.

2) Стендовое моделирование

Казалось бы, от недействующих моделей пользы мало, однако это не так. Нелетающие модели представляют собой чаще всего копии, геометрически, а иногда и конструктивно подобные самолетам. Наибольшее распространение получили тактические модели, которые воспроизводят в определенном масштабе внешние формы и основные детали летательного аппарата, указывающие на его военное или гражданское назначение. Такие модели применяют при комбинированных киносъемках, если нет натурных самолетов, когда необходимо воспроизвести аварийные моменты, катастрофы, воздушные бои и т.п.
Музейные модели являются наиболее сложными из нелетающих моделей. Эти модели служат наглядными пособиями при изучении истории развития авиации.

3) Летающие модели. Копия – модель

Авиамодели-копии – это самолеты, которые полностью повторяют характеристики своего реального прототипа. Силовая установка, маневренность, скорость и, конечно же, внешний вид берутся по возможности у существующего или существовавшего в истории авиации самолета, но… Авиамодельные фирмы для своих серийных моделей-копий используют всего полтора-два десятка прототипов.

Копия - модель самолёта ЯК-3, выполненная мной

Многие начинающие авиамоделисты убеждены, что точное копирование геометрии прототипа, обладающего высокими летными качествами, обеспечит хорошие летные характеристики модели. Практика показывает прямо противоположное. Лишь в немногих случаях точная копия отвечает специфическим требованиям к аэродинамике модели. Конструирование модели-копии имеет особенности, о которых следует знать.
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. 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. Для этого и нужен точный инженерный расчёт.

4) Радиоуправляемые модели самолетов интересные для меня с практической точки зрения. В нашей стране они стали доступны и тем самым вошли в массовый авиамоделизм сравнительно недавно, но сразу привлекли к себе внимание. Хотя еще на Чемпионате СССР в 1970 г. было всего 5-6 радиоуправляемых копий, из них половина летала с дискретной аппаратурой "Вариофон", хотя уже был ввоз в страну пропорциональной. В середине 70-х начались выступления радистов в классе F-3A, F-3B, но достойных копий по прежнему не было.
Только в 90-е годы XX века началось массовое увлечение радиомоделями. Радиоуправляемый авиамоделизм дал возможность «пилоту» управлять своим самолетом, не имея непосредственного контакта с моделью.
Я занимаюсь постройкой именно таких моделей. Начал участвовать в соревнованиях, пока только областного уровня.

На соревнования в классах F5D, F5D400, Q500, Q500E и RC Combat Open Rus - Закрытие сезона. Бачаты 24-25 сентября 2011 года я был судьёй на стартах и на дальних фешках.

5) Модели самолётов с турбодвигателем сегодня вызывают наибольший интерес. Мне очень хочется остановиться на них поподробнее.

Первый немецкий турбореактивный двигатель HeS 3, создал Пабст фон Охайн в далеком 1939 году. 27 августа 1939 года взлетел He 178 – первый в мире самолет, использовавший для полета энергию только турбореактивного двигателя. Но в серию не пошел ни один двигатель Хейнкеля.
Считается, что рождению модельных турбореактивных авиадвигателей, как, впрочем, и полноразмерных, мы обязаны Курту Шреклингу, создавшего простой, технологичный и дешевый в производстве двигатель еще лет двадцать пять назад.
Крыльчатку компрессора Шреклинг делал из дерева (!), усиленного углеволокном. Самодельное колесо турбины было изготовлено из 2,5-миллиметровой жести. Настоящим инженерным откровением была камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длиной при-мерно в 1 м подавалось топливо. При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм двигатель весил 700 г и выдавал тягу в 30 Н! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире, потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с.
Первыми полностью собранными серийными авиамодельными турбинами были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision.

Jetcat P-160: серийный модельный турбореактивный авиадвигатель с отклоняемым вектором тяги и, собственно, тягой в 16 кг

Вторую революцию в мини-турбиностроении произвела немецкая компания JetCat. В 2001-м в авиамоделизме появилась JetCat P-80 – турбина с автоматическим запуском. Главное ноу-хау немецкой компании – электронный блок управления турбиной, разработанный Херстом Ленерцем. Как же работает современная авиационная турбина?
JetCat добавила к уже стандартной турбине Шреклинга электрический стартер, датчик температуры, оптический датчик оборотов, насос-регулятор и электронные «мозги», которые заставили все это вместе работать. После подачи команды на запуск первым включается электрический стартер, который и раскручивает турбину до 5000 оборотов. Далее через шесть форсунок (тоненькие стальные трубочки диаметром 0,7 мм) в камеру сгорания начинает поступать газовая смесь (35% пропана и 65% бутана), которая поджигается обычной авиамодельной калильной свечой. После появления устойчивого фронта горения в форсунки одновременно с газом начинает подаваться керосин. По достижении 45 000–55 000 оборотов в минуту двигатель переходит только на керосин. Затем опускается на малые (холостые) обороты (33 000–35 000). На пульте загорается зеленая лампочка – это означает, что бортовая электроника передала управление турбиной на пульт радиоуправления.
Последний писк микротурбинной моды – замена авиамодельной калильной свечи на специальное устройство, распыляющее керосин, который, в свою очередь, воспламеняет раскаленная спираль. Подобная схема позволяет и вовсе отказаться от газа при старте. У такого двигателя есть недостаток: увеличение потребления электроэнергии. Для сравнения: керосиновый старт потребляет 700–800 мАч аккумулятора, а газовый – 300–400 мАч. А на борту самолета, как правило, стоит литий-полимерный аккумулятор емкостью в 4300 мАч. Если использовать газовый старт, то перезаряжать его в течение дня полетов не потребуется. А вот в «керосиновом» случае придется.

Турбинные самолеты маленькими не бывают – 2–2,5 м в длину. Турбореактивные двигатели позволяют развивать скорость от 40 до 350 км/ч. Можно и быстрее, но тогда непонятно, как управлять. Обычная скорость пилотирования составляет 200–250 км/ч. Взлет осуществляется на скорости 70–80 км/ч, посадка – 60–70 км/ч.

МиГ-29 – один из самых популярных самолетов среди «реактивных»

Такие скорости диктуют совершенно особые требования по прочности – большинство элементов конструкции в 3–4 раза прочнее, чем в поршневой авиации. Ведь нагрузка растет пропорционально квадрату скорости. В реактивной авиации разрушение неправильно рассчитанной модели прямо в воздухе – вполне обычное явление. Огромные нагрузки диктуют и специфические требования к рулевым машинкам: начиная от силы в 12–15 кгс до 25 кгс на щитках и закрылках.

В СССР в 1948 году на основе весьма скудной информации о принципах работы подобных двигателей и без достаточной информации о достижениях мирового авиамоделизма в этой области в Ленинградском Дворце пионеров была создана конструкторская группа во главе с А. И. Анисимовым. Этой группе удалось в 1949 году построить успешно работавший двигатель..
Можно поэтому смело сказать, что действительное возникновение ре-активного авиамоделирования и массовой постройки летающих моделей с реактивными двигателями надо отнести к моменту появления пульсирующих реактивных двигателей (ПРД). Заслуга внедрения этого вида модельной техники в жизнь в СССР принадлежит ленинградским авиамоделистам.
Запуск первых модельных турбореактивных двигателейнапоминал небольшой подвиг. Для запуска была строго необходима команда из четырех человек. Они обступали модель самолета, первый – держа в руках водолазный баллон со сжатым воздухом, второй – баллон с бытовым газом, третий – огнетушитель побольше, а четвертый, с пультом управления, был собственно пилотом.
Сначала сжатым воздухом дули на крыльчатку компрессора, раскручивая его до 3000 оборотов в минуту. Потом подавали газ и поджигали его, пытаясь получить устойчивое горение в камерах сгорания. После этого надо было умудриться переключиться на подачу керосина. Как правило, в половине случаев случался пожар, вовремя не срабатывал огнетушитель, и от турбореактивной модели оставались одни головешки. Бороться с этим на первоначальном этапе пытались простыми методами – увеличив команду запуска еще на одного человека с дополнительным огнетушителем.
Таково прошлое, сейчас наши авиамоделисты применяют самые продвинутые мировые технологии.

Сборная после чемпионата 2007

В России создана команда RUSJET, принимающая участие в чемпионатах мира. Создана JMC, модельная ассоциация, не имеющая ничего общего с поршнево-планерной FAI. Попытка объединиться была. «Реактивный комитет» делает основной упор на шоу, «старенький» FAI – приверженец классики.
Реактивные авиамодели – хобби не для начинающих и даже не для продвинутых авиамоделистов, а для профессионалов, которыми становятся после окончания авиационных институтов. И я думаю, что такая возможность есть у всех увлечённых, в том числе и у меня.

6. Оценка авиамоделизма
Даже самая простая модель самолета - это самолет в миниатюре со всеми его свойствами. Многие известные авиаконструкторы начинали с увлечения авиамоделизмом. Чтобы построить хорошую летающую модель, нужно немало потрудиться, изучить теорию полета аппаратов тяжелее воздуха.
О. К. Антонов отдавал предпочтение моделистам, нежели дипломированным авиаинженерам без навыков моделизма.

О.К. Антонов на чемпионате СССР по авиамодельному спорту в Киеве

С.П.Королев назвал авиамоделизм наукой, с которой начинается большая авиация. Ю.А. Гагарин писал в своем обращении «Стройте модели самолётов, ракет космических кораблей. Пусть их стремительный полёт рождает у вас новые мечты, раздвигает горизонт технических познаний». Но для меня самыми значимыми являются слова замечательного авиаконструктора Александра Сергеевича Яковлева: «…я люблю авиационных конструкторов малой авиации, мастеров на все руки, упорных, настойчивых, умеющих начатое дело доводить до конца. …От моделизма начинается путь овладения лётным делом, сложной авиационной техникой. Летающая модель – самолёт в уменьшенном виде. Создавая её, приучаешься мыслить о самолёте, как авиационный конструктор, и смотреть на полёт, как лётчик». Эта мысль для меня очень значима, ведь я мечтаю связать свою жизнь с большой авиацией, хотя сейчас я заядлый моделист. А зная историю авиамоделизма легче понять логику его развития.

7. Проблемы авиамоделизма и их решение
Стремительное развитие авиационной техники, увеличение скоростей полета, появление новых типов самолетов, ракет и моторов, применение новых материалов - все это, естественно, меняет и технологию производства. Подобные изменения произошли и в малой авиации, где также растут скорости, применяются новые, более совершенные моторы, а это ведет к удорожанию моделей.
На форумах часто можно увидеть пессимистические прогнозу по поводу авиамоделизма. Ведь, чтобы вернуть моделизму былую популярность, нужна поддержка государства. Например, в Китае авиа- и судомоделизмом занимаются на уроках труда. Промышленность удовлетворяет потребности моделистов. Отсюда и массовость: в Шанхае на первенстве города только в пилотажном виде участвует более 400 пилотов. Поэтому Китай лидирует по всем техническим видам спорта, а это значит, что там подрастает технически грамотное поколение. Будет оно таким и у нас, если популяризировать этот вид творчества.
Для нас этот опыт должен стать примером сегодня, хотя оглядываясь на недавнее прошлое, мы видим такую же школу советского авиамоделизма у подростков в дополнительном образовании.
И сейчас в каждом СЮТе, центрах развития технического творчества городов Кемеровской области есть свои модельные объединения. Всё зависит от региона. Не могу сказать, что на нас "сюплются" деньги, многое делаем за свой счёт, но радость от полётов перекрывает всё.

Основной проблемой авиамоделизма остается и недостаточная зрылищность и отсутствие зрителей на спортивных соревнованиях, ведь шоу с реактивными моделями немногочисленны. И, как следствие, - недостаточное освещение спортивных мероприятий в средствах массовой информации и маленькая спонсорская поддержка авиамодельного спорта. Все соревнования проводятся за городом, вдали от зрителей.

Показателен также американский опыт. В США по популярности авиамоделизм занимает второе место после бейсбола, опережая даже баскетбол. В конце 40-х годов в США была принята национальная программа развития авиамоделизма, который признали «родом занятий, дающим универсальное развитие личности».
Была выполнена Национальная программа авиамодельного спорта в США. А после принята совместная резолюция по «привлечению внимания американского народа к роду деятельности, которым увлекаются миллионы американцев», а именно - по авиамоделизму. Кроме того, губернаторам 25-штатов предписывалось не менее одного раза в год организовать проведение авиашоу с привлечением к участию в нем как государственных, так и негосударственных организаций и учреждений, как профессионалов, так и любителей, спортсменов-авиамоделистов, парашютистов, планеристов и летчиков. В соответствии с этим же решением и создана Государственная академия авиамоделизма.
Благодаря этим решениям в США к 1987 году были зарегистрированы с выдачей соответствующей лицензии более 18,5 миллиона авиамоделистов, культивирующих действующий (летающий) радиоуправляемый авиамоделизм. В НАТО пилоты не получали высшего звания "МАСТЕР" без квалификационного минимума по авиамоделизму, в довоенной Германии авиамоделизм преподавался в школах как у нас труд.
Не нужно изобретать велосипед. В педагогических вузах нужно открывать специальные факультеты, или брать на работу тех, кто может научить мальчишек (и девчонок, кто захочет), оборудовать школы станками, объяснить родителям, как это классно! И всем заняться, наконец, авиамоделизмом!

Заключение
Какое направление бы вы ни выбрали, авиамоделизм может захватить каждого. И если для «моделистов выходного дня» главное – сам полет, взмывающая ввысь радиоуправляемая машина, то для «хардкоровых» любителей и профессионалов не менее интересен процесс создания и доведения до ума модели. Авиамоделизм многолик, а это значит, что место в нем найдется каждому.
На мой взгляд, самое главное - в степени понимания того, что значит авиамоделизм для перспектив научно-технического прогресса, будущего нации. Постройка, доводка и эксплуатация модели самолета развивает конструкторские навыки, инженерное мышление. Не случайно, поэтому наши великие авиаконструкторы Туполев, Ильюшин, Яковлев, Антонов начинали с авиамоделей. Один из ведущих конструкторов современной спортивной авиационной техники Кондратьев тоже в юности занимался в таких кружках. И огромное большинство рядовых инженеров, специалистов не только в авиационной промышленности, но и многих отраслях машиностроения прошли школу моделизма, роль которого становится с годами только еще более актуальной.
И сейчас, судя по количеству желающих заниматься авиамоделизмом, можно сказать о том, что преемственность в нашем авиамоделизме не нарушилась, несмотря на социально-экономические потрясения. Наоборот, за последние годы заметно возрос приток молодежи в авиамодельный спорт, и в том числе в наиболее перспективный класс радиоуправляемых моделей. Это заметно и на соревнованиях, в которых я сам принимал участие. Во многих классах маститых авиамоделистов побеждает молодежь, и это здорово. Авиамоделизм - это занятие для будущего!

Литература

1. Гаевский, О.К. Авиамоделирование [Текст]: пособие для авиамоделистов / О.К. Гаевский. – М.: Патриот, 1990. -256с.
2. Грек, А. Реактивная микроавиация: турбомодели [Электронный ресурс] / А. Грек // Популярная механика [сайт]: портал о том, как устроен мир. - Режим доступа: http://www.popmech.ru/article/2153-reaktivnaya-mikroaviatsiya/. – Загл. с экрана.
3. Ермаков, А. М. Простейшие авиамодели [Текст]: пособие для учащихся / А.М. Ермаков. – М.: Просвещение, 1984.-166с.
4. Загадки древности [Электронный ресурс] // Проект «А» [сайт]. - Режим доступа: http://users.i.com.ua/~histryd/bkzdbf/zdrgl15.htm. - Загл. с экрана.
5. Лебединский, М.С. Лети, модель Т.1 [Текст]: пособие для авиамоделистов / М.С. Лебединский; ред. Е.Ефремов. – М.: ДОСААФ, 1969. – 184с.
6. Немного из истории авиамоделизма... [Электронный ресурс] // Авиамодели и не только... [сайт]. - Режим доступа: http://www.pm-lab.ru. – Загл. с экрана.
7. Рожков, В.С. Авиамодельный кружок [Текст]: пособие для авиамоделистов / В.С. Рожков. М.: Просвещение, 1986. – 184с.
8. Рожков, В.С. Строим летающие модели: [Текст]: пособие для авиамоделистов / В.С. Рожков. – М.: Патриот, 1990. – 204с
9. Тарадеев, Б.В. Модели-копии самолетов [Текст]: пособие для авиамоделистов / Б.В. тарадеев. – М.: Патриот, 1991. – 166с.

Даже самая простая модель самолета — это самолет в миниатюре со всеми его свойствами. Многие известные авиаконструкторы начинали с увлечения авиамоделизмом. Чтобы построить хорошую летающую модель, нужно немало потрудиться, изучить теорию полета аппаратов тяжелее воздуха. Зато какое увлекательное зрелище — полет модели и какая это радость для ее создателя и зрителей! Все многообразие авиамоделей можно разделить на несколько классов.

Самые популярные среди начинающих авиамоделистов — бумажные авиамодели. В бумажном авиамоделировании можно выделить несколько направлений.

Элементарные контурные модели.

Это простейшие летающие модели самолетов, которые вырезаются из листа бумаги несколькими взмахами ножниц. Они наиболее просты и доступны для начинающих. Нелетающие модели-копии. Они в точности повторяют внешний вид известных марок самолетов. Проектирование моделей-копий требует специальных знаний, большого терпения и труда. Занимаются ими опытные моделисты, коллекционирующие модели авиационной техники.

Свободнолетающие модели.

Такие модели, сделанные из плотной бумаги или тонкого картона, могут запускаться с помощью резины с рук, как из рогатки, или со специального устройства — катапульты. Для достижения наибольшей дальности полета относительное поперечное сечение их фюзеляжа делается меньше, чем у самолетов-прототипов. Есть свободнолетающие бумажные модели, движущиеся за счет тяги, развиваемой воздушным винтом с приводом от резиномотора или миниатюрного электромоторчика.

Безмоторные модели, запускаемые в полет с помощью нити-леера, называются планерами.

Кордовые модели летают «на привязи». Они управляются рукой авиамоделиста с помощью стальных нитей или тросиков, которые называются кордами. Кордовая модель не может удалиться от спортсмена больше чем на длину корды. Этим кордовая модель отличается от свободнолетающей. На таких моделях устанавливают двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели, питающиеся от внешнего источника тока, подаваемого по проводникам-кордам. Бумажные кордовые модели обычно оснащаются электродвигателями. Мы с вами сегодня поговорим о наиболее доступных, и интересных широкому кругу ребят свободнолетающих моделях — тех, что запускаются с рук или катапультой.

Основные понятия о аэродинмики.

Аэродинамические силы

Почему же летают аппараты тяжелее воздуха — самолеты и их модели? Вспомните, как ветер гонит листья и бумажки вдоль улицы, поднимает их вверх. Летящую модель можно сравнить с предметом, гонимым потоком воздуха. Только воздух здесь неподвижен, а модель мчится, рассекая его. При этом воздух не только тормозит полет, но при определенных условиях создает подъемную силу. Посмотрите на рисунок здесь показано сечение крыла самолета. Если крыло будет расположено так, чтобы между его нижней плоскостью и направлением движения самолета был некоторый угол а (называемый углом атаки), то, как показывает практика, скорость потока воздуха, обтекающего крыло сверху, будет больше, чем его скорость снизу крыла. А по законам физики в том месте потока, где скорость больше, давление меньше, и наоборот. Вот почему при достаточно быстром движении самолета давление воздуха под крылом будет больше, чем над крылом. Эта разность давлений поддерживает самолет в воздухе и называется подъемной силой (Рис. 1)

На рисунке 2 показаны силы, действующие на самолет или модель в полете. Суммарное действие воздуха на летательный аппарат представляют в виде аэродинамической силы К. Эта сила является результирующей силой, действующей на отдельные части модели: крыло, фюзеляж, оперение и т. д. Направлена она всегда под углом к направлению движения.

В аэродинамике действие этой силы принято заменять действием двух ее составляющих — подъемной силы и силы сопротивления.

Подъемная сила У всегда направлена перпендикулярно направлению движения, сила сопротивления X — против движения. Сила тяжести С всегда направлена вертикально вниз. Подъемная сила зависит от площади крыла, скорости полета, плотности воздуха, угла атаки аи аэродинамического совершенства профиля крыла. Сила сопротивления зависит от геометрических размеров поперечного сечения фюзеляжа, скорости полета, плотности воздуха и качества обработки поверхностей. При прочих равных условиях дальше летит та модель, у которой поверхность отделана более тщательно. Дальность полета определяется аэродинамическим качеством К, равным отношению подъемной силы к силе сопро-V тивления: К = —, то есть аэродинамическое качество показывает, сколько раз подъемная сила крыл) больше силы сопротивления модели В планирующем полете подъемы сила модели V обычно равна весу дели, а сила сопротивления X в раз меньше, поэтому дальность полета будет в 10—15 раз больше высоты И, с которой начался планируют полет, то есть К= Ют-15, Следовательно, чем легче модель, чем она тщательнее изготовлена, тем большей дальнее полета можно достигнуть.

Центровка модели

Чтобы полет был устойчивым, модель, должна иметь распределенную центровку; центр тяжес " ЦТ должен совпасть с центром давления крыла ЦД или быть несколько впереди его (центром давления крыла называется точка приложения аэродинамической силы).

У прямоугольного профилированного крыла ЦД находится примерно ни первой четверти ширины крыла. У простых бумажных моделей профиль крыла, как правило, очень тонкий либо вообще плоский. У таких крыльев центр давления находится в геометрическом центре площади.

У прямоугольных крыльев центр площади находится на пересечении его диагона(см. р и с. 3). На рисунке 3. показано, как определять центр площади любой другой формы крыла. Нужно вырезать крыло из плотного картона, установить его на ребро линейки и уравновесить. Точка пересечения ребра линейки с линией проведенной посередине крыла, и есть центр тяжести и центр давления крыла Центр тяжести модели находят тогд когда уже изготовлен груз. Для чего сн нужен? У простейших свободнолетающих моделей нет двигателя, и силу ги, движущую модель вперед, созда ее собственная масса. Для повышения инерционности модели в фюзеляж вклеивают груз, вырезанный из фанеры или нескольких слоев плотного картона. Наличие груза в носовой части фюзеляжа обеспечивает достаточну устойчивость модели в полете Зная центр тяжести модели и давления, подбирают правильное пол жение крыла на модели.

У моделей, летающих с большими скоростями (пускаемых с катапульты), ЦТ должен-быть впереди ЦД, а у свободно планирующих — совпадать.На прямолинейности полета особенно сильно сказывается «прогибы» фюзеляжа, то есть искривление в процессе склейки. За его формой нужно следить; и в процессе регулировки, и во время запусков, так и при ударах о препятствия он может деформироваться., Вообще свободнолетающие модели, имея большие скорости полета, часто деформируются при ударах о препятствия, поэтому они должны изготавливаться очень тщательно.

После полета не рекомендуется брать модель за крылья, стабилизатор и киль. Берите их только за носовую часть, то есть за груз. Начиная пробные полеты, старайтесь пускать модели на открытом месте, (там, где нет препятствий и людей). Только изучив «повадки» модели, определив ее траекторию и хорошо отрегулировав, можно запускать ее в залах и коридорах. Но при этом помните, что развившая большую скорость модель может поранить кого-нибудь из зрителей. Поэтому при запусках следите, чтобы предполагаемая траектория вашей модели не была направлена в сторону людей.

Как можно управлять полетом модели? В отличие от кордовых моделей свободнолетающими моделями невозможно управлять после старта. Но можно отрегулировать модель так, чтобы она летела по заданной траектории. Для управления в вертикальной плоскости (по тангажу) на самолетах служат рули высоты. На моделх для этого достаточно отогнуть заднею кромку стабилизатора вверх или вниз. При этом модель будет соответственно набирать высоту (и даже делать мертвую петлю) или пикировать. Для управления по крену достаточно отогнуть в противоположные стороны (вверх и вниз) кромки крыльев. На реальных самолетах на задней кромке крыла установлены специальные управляемы поверхности — элероны.

Для управления в горизонтальной плоскости на самолетах применяются рули направления. На модели для этой цели можно отогнуть в сторону заднюю кромку вертикального оперения. Когда (модель выполняется по схеме «бесхвостка», то есть без стабилизатора, отгиб, задней кромки крыла обеспечивает управление и по крену, и по таннажу, у настоящих самолетов такие рулевые поверхности, выполняющие роль, и элерона, и руля высоты, называются элеронами.

Работа с бумагой. Инструмент.

Для наших бумажных моделей используются, как правило, жесткие виды бумаги: чертежная бумага- ватман, тонкий картон. Для отделки и декоративных аппликаций применяется цветная бумага из наборов для детского творчества. Для резки бумаги рекомендуем изготовить специальные резцы и линейки. Особенно это важно, когда моделированием начинают заниматься младшие школьники. Они, как правило, еще плохо владеют своими руками, и даже обычное вырезание ножницами для них проблема. Их рука привыкла держать только карандаш и ручку. Поэтому рукоятку резца лучше сделать граненой (как карандаш) и слегка изогнутой (с м. рис. 4).

Изготовление таких резцов несложно. Их могут делать сами ребята в кружках технического творчества, в писарских лагерях. Лезвием для резца служит инструментальная сталь от полотна ножовки по металлу. Изготовить лезвие надо попросить старших по нашему чертежу (см. рис. 4) Рукоятки резцов делается из листового оргстекла. Нарежьте заготовки длиной 120 мм. С одного конца засверлите два отверстие сверлом 2 мм на глубину 20 мм, Потом приготовьте настольные тиски — разведите их губки примерно на 50 мм. Нагрейте засверленный конец рукоятки, пока оргстекло не размягчится, и одновременно нагрейте хвостовик. Возьмите лезвие плоскогубцами и вставьте в отверстие нагретой рукоятки. Разогретое, оно войдет туда свободно. После этого между двумя пластинами из оргстекла вставьте резец и зажмите весь этот пакет в губках тисков. Концы пластин должны сойтись между собой и зажать лезвие (см. рис. 4). Подержите так минут 5—10. Рукоятка остынет, и лезвие «намертво» впрессуется в нее. Теперь обработайте рукоятку — снимите наплывы размягченного оргстекла и сделайте грани. Еще немного разогрейте рукоятку, слегка согните и так остудите. Величина прогиба не должна превышать 5—6 мм. Заточите резец на оселке — инструмент готов. Для резки бумаги необходимы еще линейка из оргстекла толщиной 4 — 5 мм, длиной 30—35 см и шириной 30 — 35 мм. На нее обязательно нужно наклеить полоску из изоляционной ленты шириной 5 мм.

Почему линейка должна быть из оргстекла? И зачем изоляционная лента?

Такая линейка прозрачна, по ней легко скользит резец и не тупится об нее. Лента приклеивается для того, чтобы линейка не скользила по бумаге при работе. Ведь детали моделей должны быть изготовлены очень точно. Младшие школьники осваивают работу с этими двумя инструментами после двух-трех занятий. Несколько советов о приемах работы самодельными инструментами. Резец надо держать так, как вы держите карандаш или ручку. Линейку при резке кладите, чтобы ее конец был направлен к плечу режущей руки, то есть резать бумагу резцом нужно толь-ко «к себе». При резне линейку удерживают разведенными пальцами, прижав ее к бумаге и не отнимая руки до тех пор, пока не отрежут нужную деталь. Нажимать на резец сильно не рекомендуется. Можно сломать острый конец лезвия. Лучше провести точно несколько раз. Ни в коем случае не зажимайте резец в кулак, не давите на него с силой!

Если резец не режет, значит, он затупился и его нужно заточить. Необходимо приучить свою руку соразмерять силу нажима. Предлагаемый резец позволит вам вырезать детали любой, самой замысловатой и сложной формы. А вам придется вырезать из цветной бумаги буквы, номера самолетов и другие аппликации. Освоить такую резку можно только тренировкой руки. Чтобы сгибы деталей из бумаги и картона получались аккуратными, ровными, их надо предварительно обработать. Лучше всего их «подрезать». Что значит подрезать бумагу? Нужно по линиям сгиба провести резцом по линейке так, чтобы был надрезан только верхний слой бумаги, примерно на "/з ее толщины. На первый взгляд как будто простая операция. Но начинающим моделистам приходится упражняться по 1,5—2 часа ежедневно, чтобы научиться правильно подрезать бумагу по линиям сгиба. Потренируйтесь и вы. Попробуйте делать из бумаги «гармошку». При этом помните, что надрезанный слой при перегибе должен оставаться снаружи.

На наших развертках моделей все линии сгиба, обозначенные пунктиром (— —-----), надрезаются по лицевой стороне развертки. Линии, обозначенные штрих-пунктиром (—.—.—). надрезаются с обратной стороны. Резать бумагу нужно обязательно на фанерной подложке, а еще лучше на пластиковой (из сополимера). В крайнем случае, если вам не дается операция подрезания сгибов и зы прорезаете бумагу, можно продавливать эти линии тупой стороной столового ножа или специальной «косточкой». Но качество сгибов будет, конечно, хуже.

Несколько слов о клеях.

Толстые сорта бумаги и картон можно склеивать любым клеем. Наиболее надежно склеивают клеи ПВА (поливи-килацетатный), нитроцеллюлозный марки АГО, «Китификс». Клей «Момент» нужно использовать только для «прихватки». Его клеевой шов эластичен, и надежно приклеить детали модели им нельзя. Тонкие сорта бумаги рекомендуется склеязать клеями БФ-2 и нитроцеллю-яозными. Конторский клей КС (силикатный) и клей ПВА размягчают бумагу и при высыхании коробят детали моделей. Детали, выполненные из пенопласта марки ПС (полистирольный, белого цвета), рекомендуется приклеивать только клеем ПВА или БФ-2; детали из желтого пенопласта (марки ПХВ) — нитро-целлюлозными клеями и клеем ПВА. Теперь можно смело приступать к изготовлению моделей.

К сожалению, я ненашел ни одной статьи по аэродинамики "для моделиста". Ни на форумах, ни в дневниках, ни в блогах- ни где нет нужной "выжимки" по этой теме. А вопросов возникает море, особенно у новичков, да и те, кто считает себя "уже не новичком", зачастую не утруждают себя изучением теории. Но мы это исправим!)))

Сразу скажу, сильно углубляться в эту тему не буду, иначе это получится, как минимум научный труд, с кучкой непонятных формул! И тем более я не стану пугать вас такими терминами, как "число Рейнольдса"- кому будет интересно- можете почитать на досуге.

Итак, договорились- только самое нужное для нас- моделистов.)))

Силы, действующие на самолет в полете.

В полете самолет подвергается влиянию многих сил, обусловленных наличием воздуха, но все их можно представить в виде четырех главных сил: силы тяжести, подъемной силы, силы тяги винта и силы сопротивления воздуха (лобовое сопротивление). Сила тяжести остается всегда постоянной, если не считать уменьшения ее по мере расхода горючего. Подъемная сила противодействует весу самолета и может быть больше или меньше веса, в зависимости от количества энергии, затрачиваемой на движение вперед. Силе тяги винта противодействует сила сопротивления воздуха (иначе лобовое сопротивление).

При прямолинейном и горизонтальном полете эти силы взаимно уравновешиваются: сила тяги винта равна силе сопротивления воздуха, подъемная сила равна весу самолета. Ни при каком ином соотношении этих четырех основных сил прямолинейный и горизонтальный полет невозможен.

Любое изменение любой из этих сил повлияет на характер полета самолета. Если бы подъемная сила, создаваемая крыльями, увеличилась по сравнению с силой тяжести, результатом оказался бы подъем самолета вверх. Наоборот, уменьшение подъемной силы против силы тяжести вызвало бы снижение самолета, т. е. потерю высоты.

Если равновесие сил не будет соблюдаться, то самолет будет искривлять траекторию полета в сторону преобладающей силы.

Про крыло.

Размах крыла - расстояние между плоскостями, параллельными плоскости симметрии крыла, и касающимися его крайних точек. Р. к. это важная геометрическая характеристика летательного аппарата, оказывающяя влияние на его аэродинамические и лётно-технические характеристики, а также является одним из основных габаритных размеров летательного аппарата.

Удлинение крыла - отношение размаха крыла к его средней аэродинамической хорде. Для непрямоугольного крыла удлинение = (квадрат размаха)/площадь. Это можно понять, если за основу возьмём прямоугольное крыло, формула будет проще: удлинение = размах/хорду. Т.е. если крылоимеет размах 10 метров а хорда = 1 метр, то удлинение будет = 10.

Чем больше удлинение- тем меньше индуктивное сопротивление крыла, связанное с перетеканием воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю через законцовку с образованием концевых вихрей. В первом приближении можно считать, что характерный размер такого вихря равен хорде- и с ростом размаха вихрь становится всё меньше и меньше по сравнению с размахом крыла. Естественно, чем меньше индуктивное сопротивление- тем меньше и общее сопротивление системы, тем выше аэродинамическое качество. Естественно, у конструкторов возникает соблазн сделать удлинение как можно больше. И тут начинаются проблемы: наряду с применением высоких удлинений конструкторам приходится увеличивать прочность и жёсткость крыла, что влечет за собой непропорциональное увеличение массы крыла.

С точки зрения аэродинамики наиболее выгодным будет такое крыло, которое обладает способностью создавать возможно большую подъемную силу при возможно меньшем лобовом сопротивлении. Для оценки аэродинамического совершенства крыла вводится понятие аэродинамического качества крыла.

Аэродинамическим качеством крыла называется отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления крыла.

Наилучшей в аэродинамическом отношении является эллипсовидная форма, но такое крыло сложно в производстве, поэтому редко применяется. Прямоугольное крыло менее выгодно с точки зрения аэродинамики, но значительно проще в изготовлении. Трапециевидное крыло по аэродинамическим характеристикам лучше прямоугольного, но несколько сложнее в изготовлении.

Стреловидные и треугольные в плане крылья в аэродинамическом отношении на дозвуковых скоростях уступают трапециевидным и прямоугольным, но на околозвуковых и сверхзвуковых имеют значительные преимущества. Поэтому такие крылья применяются на самолетах, летающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Крыло эллиптической формы в плане обладает самым высоким аэродинамическим качеством- минимально возможным сопротивлением при максимальной подъемной силе. К сожалению, крыло такой формы применяется не часто из-за сложности конструкции, низкой технологичности и плохих срывных характеристик. Однако сопротивление на больших углах атаки крыльев другой формы в плане всегда оценивается по отношению к эллиптическому крылу. Наилучший пример применения крыла такого вида- английский истребитель "Спитфайер".

Крыло прямоугольной формы в плане имеет самое высокое сопротивление на больших углах атаки. Однако такое крыло, как правило, имеет простую конструкцию, технологично и имеет очень неплохие срывные характеристики.

Крыло трапецеидальной формы в плане по величине воздушного сопротивления приближается к эллиптическому. Широко применялось в конструкциях серийных самолетов. Технологичность ниже, чем у прямоугольного крыла. Получение приемлемых срывных характеристик также требует некоторых конструкторских ухищрений. Однако крыло трапецеидальной формы и правильной конструкции обеспечивает минимальную массу крыла при прочих равных условиях. Истребители Bf-109 ранних серий имели трапецевидное крыло с прямыми законцовками:

Крыло комбинированной формы в плане. Как правило, форма такого крыла в плане образуется несколькими трапециями. Эффективное проектирование такого крыла предполагает проведение многочисленных продувок, выигрыш в характеристиках составляет несколько процентов по сравнению с трапецеидальным крылом.

Стреловидность крыла — угол отклонения крыла от нормали к оси симметрии самолёта, в проекции на базовую плоскость самолета. При этом положительным считается направление к хвосту.Существует стреловидность по передней кромке крыла, по задней кромке и по линии четверти хорд.

Крыло обратной стреловидности (КОС) — крыло с отрицательной стреловидностью.

Преимущества:

Улучшается управляемость на малых полётных скоростях.
-Повышает аэродинамическую эффективность во всех областях лётных режимов.
-Компоновка с крылом обратной стреловидности оптимизирует распределения давления на крыло и переднее горизонтальное оперение

Недостатки:
-КОС особо подвержено аэродинамической дивергенции (потере статической устойчивости) при достижении определённых значений скорости и углов атаки.
-Требует конструкционных материалов и технологий, обеспечивающих достаточную жёсткость конструкции.

Су-47 "Беркут" с обратной стреловидностью:

Чехословацкий планер LET L-13 с обратной стреловидностью крыла:

— отношение веса летательного аппарата к площади несущей поверхности. Выражается в кг/м² (для моделей- гр/дм²).Величина нагрузки на крыло определяет взлетно-посадочную скорость летательного аппарата, его маневренность, и срывные характеристики.

По-простому, чем меньше нагрузка, тем меньшая скорость требуется для полета, следовательно тем меньше требуется мощности двигателя.

Средней аэродинамической хордой крыла (САХ) называется хорда такого прямоугольного крыла, которое имеет одинаковые с данным крылом площадь, величину полной аэродинамической силы и положение центра давления (ЦД) при равных углах атаки. Или проще- Хорда — отрезок прямой, соединяющей две наиболее удаленные друг от друга точки профиля.

Величина и координаты САХ для каждого самолета определяются в процессе проектирования и указываются в техническом описании.

Если величина и положение САХ данного самолета неизвестны, то их можно определить.

Для крыла, прямоугольного в плане, САХ равна хорде крыла.

Для трапециевидного крыла САХ определяется путем геометрического построения. Для этого крыло самолета вычерчивается в плане (и в определенном масштабе). На продолжении корневой хорды откладывается отрезок, равный по величине концевой хорде, а на продолжении концевой хорды (вперед) откладывается отрезок, равный корневой хорде. Концы отрезков соединяют прямой линией. Затем проводят среднюю линию крыла, соединяя прямой середины корневой и концевой хорд. Через точку пересечения этих двух линий и пройдет средняя аэродинамическая хорда (САХ).

Форма крыла в поперечном сечении называется профилем крыла . Профиль крыла оказывает сильнейшее влияние на все аэродинамические характеристики крыла на всех режимах полёта. Соответственно, подбор профиля крыла - важная и ответственная задача. Впрочем, в наше время подбором профиля крыла из существующих занимаются только самодельщики.

Профиль крыла - это одна из основных составляющих, формирующих летательный аппарат и самолет в частности, так как крыло все же его неотъемлемая часть. Совокупность некоторого количества профилей составляют целое крыло, причем по всему размаху крыла они могут быть разные. А от того, какие они будут, зависит назначение самолета и то, как он будет летать. Типов профилей достаточно много, но форма их принципиально всегда каплевидна. Этакая сильно вытянутая горизонтальная капля. Однако капля эта обычно далека от совершенства, потому что кривизна верхней и нижней поверхностей у разных типов разная, как впрочем и толщина самого профиля. Классика - это когда низ близок к плоскости, а верх выпуклый по определенному закону. Это так называемый несимметричный профиль, но есть и симметричные, когда верх и низ имеют одинаковую кривизну.

Разработка аэродинамических профилей проводилась практически с начала истории авиации, проводится она и сейчас.Делается это в специализированных учреждениях. Ярчайшим представителем такого рода учреждений в России является ЦАГИ - Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского. А в США - такие функции выполняет Исследовательский центр в Лэнгли (подразделение NASA).

THE END?

Продолжение следует.....

Александр Марксович Гайфуллин

Авиастроение — важнейшая ветвь современной индустрии. Между самолётостроительными фирмами (включая связанные с ними научные институты) идёт состязание, цель которого — создание изделий, превосходящих аналоги конкурентов: для пассажирских и грузовых самолётов — по безопасности, экономичности, экологичности; для военных самолётов — по боевым качествам. Для исследований в современной авиационной науке свойственно использование адекватных математических моделей, основа которых — чёткое понимание физики
исследуемых явлений. Разработка и конструирование новых самолётов невозможны без применения «высокоматематизированных» наук, таких как аэродинамика, теория управления, прочность.

Аэродинамика — наука, изучающая взаимодействие воздушного потока и обтекаемого им тела. Скорость самолёта настолько велика, что обтекающий его поток становится турбулентным. Турбулентное течение отличается от «спокойного» ламинарного течения хаотическим изменением его характеристик по времени (скорости, давления и др.), приводящим к интенсивному перемешиванию газа, к возникновению вихрей. Основная математическая проблема турбулентности — создание системы дифференциальных уравнений в частных производных, которая бы описывала произвольные турбулентные течения и которую можно было бы решать на современных компьютерах, — до сих пор не решена. Поэтому в настоящее время на основе уравнений математической физики создаются полуэмпирические модели турбулентности, пригодные для описания лишь узкого класса течений.

Как определяются аэродинамические характеристики самолёта? В основном двумя методами: экспериментальным и расчётным. Для проведения экспериментальных исследований в аэродинамических трубах создают модели самолётов — уменьшенные в несколько раз копии оригиналов. Это связано с тем, что размеры аэродинамических труб не позволяют проводить испытания с реальными самолётами. Но данные, полученные на испытаниях модели в аэродинамической трубе, пересчитать в характеристики самолёта простым масштабированием, учётом коэффициента подобия модели и реального самолёта нельзя.

Дело в том, что уравнения, которым подчиняются характеристики течения, достаточно сложные. Если привести их к безразмерному виду, т. е. выразить все размерные величины в характерных для данного течения параметрах, то в уравнения войдут безразмерные величины, которые носят имена выдающихся учёных: число Маха, число Рейнольдса, число Струхала и др. Для строгого подобия необходимо, чтобы все эти величины совпадали при реальном полёте самолёта и при испытаниях модели в трубе. Но конкретные свойства воздушного потока, который используется в трубе, не позволяют выполнить все критерии подобия. Кроме того, и в случае закрытой, и в случае открытой трубы тот факт, что поток не безграничен, сказывается на аэродинамических характеристиках.

Возникает задача пересчёта с модели на натурный самолёт интегральных характеристик (суммарных сил и моментов) и распределённых характеристик (значения в конкретных точках давления, температуры и др.). Эта задача решается проведением численного расчёта уравнений математической физики для двух полуэмпирических моделей: самолёта в безграничном потоке и модели самолёта в аэродинамической трубе. Аэродинамические характеристики самолёта получают, добавляя к данным, полученным на испытаниях уменьшенной копии самолёта в аэродинамической трубе, разность однотипных данных, полученных для двух описанных полуэмпирических моделей.

Казалось бы, почему не произвести расчёт сразу, не прибегая к эксперименту? Дело тут в точности. Точность экспериментальных данных, полученных в хороших аэродинамических трубах, в несколько раз выше точности расчёта.

Основная формула аэродинамики — связь подъёмной силы, действующей на крыло, со скоростью движения и циркуляцией (интенсивностью) вихревой системы, порождаемой самолётом. Эта формула была получена «отцом русской авиации» профессором Н. Е. Жуковским и доложена им на заседании Московского математического общества в 1905 году.

Крыло самолёта должно быть оптимальным. Один из наиболее важных параметров крыла — его качество: так называют отношение подъёмной силы к силе сопротивления. Для создания оптимального («качественного») крыла решаются задачи вариационного исчисления.

Теория управления. Полёт самолёта состоит из нескольких фаз: взлёта, набора высоты, крейсерского движения, разворотов, снижения, посадки. На каждом этапе самолётом необходимо управлять. Закрылок на крыле или руль высоты на хвостовом оперении — примеры органов управления. Система управления должна быть сконструирована так, чтобы простые движения пилота в кабине передавались и доходили до органов управления, вызывая соответствующие реакции. С другой стороны, система должна быть достаточно «умной», элементы её конструкции не должны выходить за границы безопасного режима.

Ещё одна задача — создание автопилота, способного управлять движением самолёта без вмешательства лётчика.

За все эти проблемы отвечает математическая теория автоматического управления самолётом, базирующаяся в основном на теории дифференциальных уравнений. С помощью этой же теории создаётся математическая модель пространственного движения самолёта, исследуются вопросы устойчивости полёта.

Прочность. Мало создать самолёт с хорошими аэродинамическими данными, необходимо, чтобы он не разрушился в полёте, чтобы его ресурс (долголетие) был достаточно высок. За решение этой задачи отвечает наука, которая называется прочностью.

Методами прочности исследуются упругие и пластические деформации элементов конструкции самолёта, рост трещин в обшивке самолёта (в материале обшивки изначально присутствуют микротрещины, которые со временем могут расти), разрушение конструкции.

Математический арсенал для решения задач прочности включает классические и современные методы уравнений математической физики, дифференциальных уравнений, вариационного исчисления, комплексного анализа, вычислительных разделов линейной алгебры.

Каждый, кто видел в иллюминаторе, как ведёт себя крыло самолёта в полёте, замечал достаточно большую амплитуду его колебаний. Дело в том, что для уменьшения амплитуды колебаний крыла необходимо увеличивать его вес, а у самолёта вес конструкций пытаются минимизировать. Поэтому от колебаний крыла избавиться на удаётся. Раздел механики, изучающий задачи математической теории колебаний и резонанса, — аэроупругость.

Методы решения. Обсудим методы решения математических задач, о которых говорилось выше.

Определяющие уравнения в реальных задачах очень сложны и априори невозможно понять, что получится при их решении.

В сильно упрощённых с практической точки зрения задачах иногда удаётся получить точное решение.
Большинство таких задач уже решено, хотя до сих пор находят неизвестные ранее точные решения уравнений Навье—Стокса или Эйлера. Но набор таких задач ограничен, и они далеки от практически важных задач.

В то же время исследование этих задач очень важно, поскольку точные решения создают физические образы — вихрь, пограничный слой и т. п., — из которых строится физическая картина изучаемого процесса, как из элементарных кирпичиков строится дом. Полученное представление о физике процесса позволяет среди множества математических моделей выбрать такую, которая в достаточной степени отражает свойства моделируемого процесса и даёт возможность технического поиска решения.

Один из способов решения — численный. Часто численное решение задачи сводится к системе линейных алгебраических уравнений.

Ещё один способ возможен при наличии в задаче малого параметра. Таким параметром может быть отношение хорды (ширины) крыла к его размаху, отношение вязких сил к инерционным (отношение силы трения между слоями газа к силе инерции этих слоёв), отношение ширины трещины к её длине. К настоящему времени развиты %асимптотические методы решения задач с малым параметром, которые изучаются в математической теории возмущений.

Приведём как пример решение задачи о подъёмной силе крыла большого удлинения (отношение квадрата размаха к площади крыла). Здесь два малых параметра — отношение вязких сил к инерционным и отношение хорды крыла к его размаху.

Благодаря первому параметру решение задачи можно определять не из уравнений Навье—Стокса (моделирующих движение газа с учётом трения между слоями), а из уравнений Эйлера (трение между слоями газа отсутствует). Благодаря второму параметру, каждое сечение крыла обтекается так же, как обтекалось бы крыло бесконечного удлинения с профилем, соответствующим профилю крыла в данном сечении. Тем самым задача обтекания трёхмерного крыла трансформируется в ряд более простых задач о двумерном (плоском) течении около профилей крыла.

Итак, благодаря этим двум параметрам задача стала намного проще, чем изначальная.

Требования к самолётам постоянно ужесточаются — экологические и экономические, по безопасности полётов и по комфорту пассажиров. Самолёты совершенствуются, во многом — благодаря математическим достижениям, которые воплощаются в технические решения.

"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.

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.

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.

К - коэффициент продольной устойчивости;
А = S оп / S кр - отношение площади горизонтального оперения к площади крыла;
L = L пл / h - отношение расстояния от крыла до горизонтального оперения к средней хорде крыла.

В целом можно сказать:

• 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".

"- А есть такой же, но без крыльев?

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.