Школа авиаконструктора

Вы решили выстроить самолёт. И сходу перед вами первая неприятность — каким ему быть? Одноместным либо двухместным? Значительно чаще это зависит от мощности имеющегося двигателя, наличия нужных инструментов и материалов, и от размеров «ангара» для хранения и постройки самолёта.

И как правило конструктору приходится останавливать собственный выбор на одноместном летательном аппарате тренировочного типа.

Как утверждает статистика, данный класс самолётов есть самым массовым и популярным среди конструкторов-любителей. Для таких автомобилей употребляются самые разные схемы, типы двигателей и конструкций. Одинаково довольно часто видятся бипланы, монопланы с низко- и высокорасположенным крылом, одно- и двухмоторные, с тянущими и толкающими винтами и т.п.

Предлагаемый цикл статей содержит анализ недостатков и достоинств главных аэродинамических схем самолётов и их конструктивных ответов, что разрешит читателям самостоятельно оценить сильные и не сильный стороны разных любительских конструкций, окажет помощь выбрать лучшую из них и самая подходящую для постройки.

С ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ -ОДИН НА ОДИН

Одной из самый распространенных схем любительского одноместного самолёта есть подкосный моноплан с высокорасположенным крылом и тянущим воздушным винтом. Необходимо заметить, что эта схема показалась в 1920-х годах и за всё время собственного существования фактически не изменилась, став одной из самый изученных, испытанных и конструктивно отработанных.

Характерные показатели самолёта для того чтобы типа — древесное двухлонжеронное крыло, стальной сварной ферменный фюзеляж, полотняная обшивка, пирамидальное шасси и закрытая кабина с дверью автомобильного типа.

В 1920-е — 1930-е годы широкое распространение взяла разновидность данной схемы — самолёт типа «парасоль» (с франц. parasol — зонтик от солнца), представлявший собой высокоплан с крылом, закреплённым на подкосах и стойках над фюзеляжем. «Парасоли» в любительском самолётостроении видятся и поныне, но они, в большинстве случаев, конструктивно сложны, менее идеальны в аэродинамическом отношении и менее эргономичны в эксплуатации, чем хорошие высокопланы.

К тому же, у таких аппаратов (особенно маленьких размеров) очень затруднён доступ в кабину и, как следствие, — сложность её аварийного покидания.

Одноместные самолёты-высокопланы:

А — парасоль «Кроха»:

двигатель — ЛК-2 мощностью 30 л.с. конструкции Л.Комарова, площадь крыла — 7,8 м2, профиль крыла — КларкУ, взлётная масса — 220 кг (пилот — 85 кг, силовая установка — 32,2 кг, фюзеляж — 27 кг, шасси с лыжами -10,5 кг, горизонтальное оперение — 5,75 кг, крыло с подкосами — 33 кг), большая скорость — 130 км/ч, дальность полёта при запасе горючего 10 л-180-200 км

Б — высокоплан «Ленинградец»:

двигатель — «Цюндапп» мощностью 50 л.с., площадь крыла — 9,43 м2, взлётная масса — 380 кг, масса безлюдного — 260 кг, большая скорость -150 км/ч, скороподъёмность у почвы — 2,6 м/с, длительность полёта -8 ч, скорость сваливания — 70 км/ч

Самолёт-высокоплан В. Фролова

К преимуществам высокопланов возможно отнести простоту техники пилотирования, в особенности в случае если удельная нагрузка на крыло не превышает 30 — 40 кг/м2. Высокопланы отличаются хорошей устойчивостью, красивыми взлётно-посадочными чертями, они допускают заднюю центровку до 35 -40% средней аэродинамической хорды (САХ). Из кабины для того чтобы аппарата лётчику обеспечен оптимальный обзор вниз.

Другими словами, для тех, кто сооружает собственный первый самолёт, да к тому же планирует самостоятельно освоить его пилотирование, лучшей схемы не придумать.

У нас к схеме подкосного высокоплана авиаконструкторы-любители обращались много раз.

Так, в своё время показалась целая эскадрилья самолётов-«парасолей»: «Кроха» из Челябинска, созданный бывшим лётчиком Л.Комаровым, «Ленинградец» из Петербурга, выстроенный группой авиамоделистов во главе с В.Тацитурновым, высокоплан, спроектированный механизатором В.Фроловым из подмосковного села Донино.

О последнем аппарате направляться поведать подробнее. Прекрасно изучив самая простую схему подкосного высокоплана, конструктор шепетильно спланировал собственную работу.

Крыло изготовил из фанеры и сосны, фюзеляж сварил из металлических труб и обтянул эти элементы самолёта полотном по классической авиационной разработке. Колёса для шасси подобрал громадные, дабы возможно было летать с неподготовленных грунтовых площадок. Силовой агрегат — на базе 32-сильного двигателя МТ-8, снабжённого воздушным винтом и редуктором громадного диаметра.

Взлётная масса самолёта — 270 кг, полётная центровка — 30% САХ, удельная нагрузка на крыло — 28 кг/м2, размах крыла — 8000 мм, тяга винта на месте — 85 кгс, большая скорость — 130 км/ч, посадочная — 50 км/ч.

Лётчик-испытатель В. Заболотский, создававший облёт этого аппарата, пришёл в восхищение от его возможностей. По словам пилота, им сможет руководить кроме того ребёнок. Самолёт эксплуатировался у В. Фролова более десяти лет и принимал участие в нескольких слётах СЛА.

Не меньший восхищение у лётчиков-испытателей привёл к самолЁту ПМК-3, созданный в подмосковном городе Жуковский группой авиаконструкторов-любителей под управлением Н. Прокопца. Машина имела необычную носовую часть фюзеляжа, низкое шасси и была спроектирована по схеме подкосного высокоплана с закрытой кабиной; с левой стороны фюзеляжа предусматривалась дверь. Крыло пара скошено назад для обеспечения нужной центровки.

Конструкция самолёта — цельнодеревянная, с обтяжкой полотном. Крыло — однолонжеронное, с сосновыми полками, лобик и набор нервюр крыла обшиты фанерой.

Самолёт ПМК-3:

площадь крыла — 10,4 м2, профиль крыла — Р-Ш, взлётная масса — 200 кг, запас горючего — 13 л, полётная центровка — 27% САХ, статическая тягавоздушного винта — 60 кгс, скорость сваливания — 40 км/ч, большая скорость — 100 км/ч, дальность полёта — 100 км

База фюзеляжа — три лонжерона, и посему фюзеляж имел треугольное поперечное сечение. система и Оперение управления самолёта ПМК-3 выполнены как у известного учебного планёра Б. Ошкиниса БРО-11 М. База силовой установки — 30-сильный подвесной лодочный мотор «Вихрь» с жидкостным охлаждением; наряду с этим радиатор мало выступал из правого борта фюзеляжа.

Занимательной разновидностью подкосного высокоплана любительской постройки стал «Дон Кихот», созданный в Польше Я. Яновским.

С лёгкой руки энтузиаста самодеятельного авиастроения журналиста и-планериста-известного лётчика испытателя Г.С. Малиновского, разместившего в издании «Моделист-конструктор» чертежи «Дон Кихота», эта, в неспециализированном-то, не совсем успешная схема взяла очень широкое распространение у нас — на слётах СЛА иногда насчитывалось более четырёх десятков подобных аппаратов.

Опытные авиаконструкторы, правда, считают, что авиаторов-любителей в данной схеме завлекала в первую очередь необычность внешнего вида самолёта, но как раз в ней и таились кое-какие «подводные камни».

Характерной изюминкой «Дон Кихота» была вынесенная вперёд кабина, которая снабжала удобное размещение и прекрасный обзор лётчика.

Но на предельно лёгком самолёте массой до 300 кг центровка значительно менялась при, в то время, когда в кабину вместо 80-кг пилота садился более субтильный, весивший 60 кг — аппарат наряду с этим внезапно преобразовывался из чрезмерно устойчивого в полностью неустойчивый. Избежать аналогичной ситуации следовало ещё при проектировании автомобили — необходимо было лишь установить кресло пилота в центре её тяжести.

Самолёты с толкающим воздушным винтом, спроектированные по схеме самолёта «Дон Кихот»:

А — «Дон Кихот» Я. Яновского и компоновка его кабины:

мощность двигателя — 25 л.с., площадь крыла — 7,5 м2, масса безлюдного — 150 кг, взлётная масса — 270 кг, большая скорость — 130 км/ч, скороподъёмность у почвы — 2,5 м/с, потолок — 3000 м, дальность полёта — 250 км.

Конструкция автомобили — цельнодеревянная

Б — «Полонез» Я. Яновского:

мощность двигателя — 30 л.с., размах крыла -7 м, площадь крыла — 7 м2, масса безлюдного — 105 кг, взлётная масса — 235 кг, большая скорость — 160 км/ч, скороподъёмность — 3 м/с, длительность полёта — 3 ч

В — самолёт А-12:

конструкция — стеклопластиковая, мощность двигателя — 35 л.с., размах крыла — 8 м, площадь крыла — 8 м2, профиль крыла — Кларк YH, взлётная масса — 246 кг, масса безлюдного — 143 кг, полётная центровка — 20% САХ, большая скорость — 130 км/ч

Ещё одна особенность «Дон Кихота» — шасси с хвостовым колесом.

Как мы знаем, такая схема в принципе не снабжает путевой устойчивости лёгкого самолёта при перемещении его по аэропорту. Дело в том, что перемещения самолёта с уменьшением его моментов и массы инерции становятся стремительными, резкими, короткопериодическими, и пилоту приходится всё внимание сосредотачивать на выдерживании направления разбега либо пробега.

Самолёт А-12 из клуба «Аэропракт» (г.

Самара), представлявший собой одну из копий «Дон Кихота», владел совершенно верно таким же врождённым недостатком, что и первенец данной плеяды, но конструкторы по окончании опробований автомобили опытными лётчиками В. Макагоновым и М. Молчанюком скоро нашли неточность в конструкции. Заменив на А-12 хвостовое колесо носовым, они всецело устранили один из основных недочётов самолёта польской схемы.

Ещё один значительный недочёт «Дон Кихота» — применение толкающего воздушного винта, затеняемого в полёте крылом и кабиной пилота. Наряду с этим эффективность винта быстро падала, а крыло, не обдуваемое воздушным потоком от винта, не снабжало расчётной подъёмной силы. В следствии росли взлётная и посадочная скорости, что приводило к удлинению пробега и разбега, и уменьшало скороподъёмность.

При низкой тяговооружённости самолёт имел возможность по большому счету не оторваться от почвы. Именно это и случилось на одном из слётов СЛА с самолётом «Эльф», выстроенным по схеме «Дон Кихота» сотрудниками и студентами МАИ.

Само собой разумеется, строить аппараты с толкающим воздушным винтом вовсе не возбраняется, но целесообразность и необходимость создания самолёта с таковой силовой установкой в каждом конкретном случае направляться шепетильно оценивать, потому, что наряду с этим неизбежны подъёмной силы и потери тяги крыла.

Необходимо заметить, что конструкторам, творчески подошедшим к применению силовой установки с толкающим воздушным винтом, получалось преодолевать недочёты таковой схемы и создавать очень занимательные варианты.

В частности, пара успешных аппаратов по схеме «Дон Кихота» выстроил механизатор из города Днепродзержинска П. Атёмов.

Самолёт «Кристалл» П. Альмурзина:

площадь крыла — 8 м2, взлётная масса — 215 кг, большая скорость — 150 км/ч, скорость сваливания — 60 км/ч, скороподъёмность у почвы — 1,5 м/с, диапазон эксплуатационных перегрузок — от +6 до -4

Конструкция самолёта «Кристалл»:

1 — железный носок крыла; 2 — трубчатый лонжерон крыла; 3 — закрылок; 4 — трубчатые лонжероны закрылка и элерона; 5 — элерон; 6 — рукоятка управления двигателем; 7 — входная дверь кабины пилота (справа); 8 — двигатель; 9 — тяга управления элерона; 10 — подкос в плоскостикрыла; 11 — клёпаная дюралюминиевая фюзеляжная балка; 12 — трубчатые лонжероны; 13 — указатель скорости; 14 — выключатель зажигания; 15 — высотомер; 16 — вариометр; 17 — указатель скольжения; 18 — указатель температуры головки цилиндра; 19 — ручка управления закрылком; 20 — наспинный парашют

Прекрасно летающий самолёт с толкающим воздушным винтом был создан коллективом самодеятельных авиаконструкторов из клуба «Полёт» Самарского авиационного завода под управлением П. Апьмурзина — машина эта стала называться «Кристалл».

Облетавший её лётчик-испытатель В. Горбунов не поскупился на высокую оценку — по его отзывам, машина владела хорошей устойчивостью, была легка и несложна в управлении. Самарцы сумели обеспечить высокую эффективность закрылков, отклонявшихся на 20° на взлёте и на 60° — при посадке. Действительно, скороподъёмность этого летательного аппарата составляла только 1,5 м/с из-за затенения толкающего воздушного винта широкой кабиной пилота.

Однако, названный параметр был в полной мере достаточным для любительской конструкции — и это не обращая внимания на то, что взлёт его был пара затруднён.

Привлекательный внешний вид «Кристалла» сочетается с прекрасным производственным выполнением цельнометаллического моноплана. Фюзеляж планёра представляет собой дюралюминиевую балку, склёпанную из 1-мм страниц Д16Т.

В силовой комплект балки входили кроме этого пара выгнутых из шпангоутов и листового дюралюминия стенок.

Необходимо заметить, что в любительских конструкциях вместо металла в полной мере возможно применять фанеру, сосновые бруски, пластики и другие дешёвые материалы.

В изгибе фюзеляжной балки, в носовой её части, размешалась кабина, закрытая громадным прозрачным фонарём гранёной формы и лёгким обтекателем из листового Д16Т толщиной 0,5 мм.

Подкосное крыло — уникальной однолонжеронной конструкции с лонжероном из дюралюминиевой трубы 90×1,5 мм, принимавшим нагрузки от кручения и изгиба крыла. Комплект нервюр из 0,5-мм Д16Т, штампованных в резину, закреплялся на лонжероне заклёпками. Подкос крыла изготовлен из дюралюминиевой трубы 50×1 и облагорожен обтекателем из Д16Т.

В принципе, подкосы и дюралюминиевые лонжероны возможно заменить древесными, коробчатого сечения.

Крыло оснащалось закрылками и элеронами с механическим ручным приводом. Профиль крыла — Р-ІІІ.

закрылок и Элерон имели лонжероны из дюралюминиевых труб диаметром 30×1 мм. Лобик крыла — из 0,5 мм листового Д16Т. Поверхности крыла обтягивались полотном.

Оперение — свободнонесущее.

Киль, стабилизатор, руль высоты и руль направления — кроме этого однолонжеронные, с лонжеронами из труб Д16Т диаметром 50×1,5 мм. Оперение обтягивалось полотном. Проводка управления элеронами имела качалки и жёсткие тяги, проводка к рулям — тросовая.

Шасси — трёхопорное, с управляемым носовым колесом. Амортизация шасси на самолёте происходила за счёт упругости колёс-пневматиков с размерениями 255×110 мм.

База силовой установки самолёта — 35-сильный двухцилиндровый двигатель РМЗ-640 от снегохода «Буран».

Воздушный винт — древесной конструкции.

При сравнении тянущего и толкающего воздушных винтов необходимо иметь в виду, что для аппаратов с малой мощностью силовой установки первый более действен, что в своё время великолепно показал французский авиаконструктор сотрудник компании «Аэроспасьяль» Мишель Коломбан — создатель маленькой и очень красивой авиетки «Кри-кри» (сверчок).

Не будет лишним напомнить, что создание малогабаритных летательных аппаратов с моторами минимальной мощности всегда завлекало как любителей, так и специалистов. Так, конструктор громадных самолётов O.K. Антонов, уже выстроивший летающий гигант Ан-22 «Антей» взлётной массой 225 т, в собственной книге «Десять раз сперва» поведал о собственной давешней мечте — самолёте-малютке с двигателем в 16 л.с.

К сожалению, создать таковой аппарат Олег Константинович опоздал…

Сконструировать компактный самолёт — задача не такая уж несложная, как это может показаться на первый взгляд. Многие задумывали его в виде сверхлёгкой автомобили с предельно малой нагрузкой на крыло.

В итоге получались ультралёгкие аппараты, талантливые летать только при полном отсутствии ветра.

Позднее конструкторы пришли к идее применения для таких аппаратов крыльев маленькой площади и с громадной удельной нагрузкой, что разрешило существенно снизить размеры автомобили и повысить её аэродинамическое уровень качества.

Двухмоторные низкопланы:

А — самолёт «Кри-Кри» Мишеля Коломбана (Франция);

Б — самолёт «Пася» Эдуарда Магранского (Польша) — успешный пример творческого развития схемы «Кри-Кри»:

силовая установка — два двигателя KFM-107E суммарной мощностью 50 л.с., площадь крыла — 3,5 м2, удлинение крыла — 14,4, масса безлюдного — 180 кг; взлётная масса — 310 кг; большая скорость — 260 км/ч; скорость сваливания — 105 км/ч; дальность полёта — 1000 км

Компоновка самолёта «Кри-Кри»:

1 — приёмнщс воздушного давления указателя скорости; 2 — дюралюминиевый воздушный винт (большая частота вращения — 1000 об/мин.); 3 — двигатель «Ровена» (рабочий количество цилиндра 137 см3, мощность 8 л.с., масса 6,5 кг); 4 — резонансная выхлопная труба; 5 — мембранный карбюратор; 6 — заборники горючего — эластичные шланги с грузиками на финишах (по одному на двигатель); 7 — сектор газа (левый борт); 8 — рукоятка механизма триммерного результата (перенастройка пружинного загружателя руля высоты); 9 — сбрасываемая часть фонаря; 10 — безопорнаякачалка в тросовой проводке управления рулём направления; 11 — твёрдая проводка управления стабилизатором; 12 — тросовая проводка привода руля направления; 13 — цельноповоротное горизонтальное оперение; 14 — качалка руля направления; 15 — лонжерон киля; 16 — шасси при обжатом положении амортизации; 17 — рессора главного шасси; 18 — дренажная трубка топливного бака; 19 — ручка управления зависанием элеронов-закрылков (левый борт); 20 — топливный бак ёмкостью 32 л; 21 — тросовая проводка управления носовой стойкой шасси; 22 — регулируемые педали; 23 — загружатель педалей (резиновый амортизатор); 24-резиновый амортизатор правой стойки шасси; 25 — рама установки двигателей (металлическая V-образная труба); 26 — качалка управления носовой стойкой; 27 — лонжерон крыла; 28 — зависающий элерон (углы отклонения от -15° до +8°, зависание — +30°; 29 — пенопластовый шпангоут; 30 — обшивка крыла; 31 — кронштейн навески зависающего элерона; 32 — пенопластовые нервюры; 33 — законцовка стабилизатора (бальза); 34 — лонжерон стабилизатора; 35 — носок элерона (обшивка — дюралюминий, заполнитель — пенопласт)

Как ужё упоминалось, одним из самые удачных самолётов, выстроенных в соответствии с таковой концепцией, стал двухмоторный низкоплан «Кри-кри», созданный М. Коломбаном.

Данный аппарат по своим размерам напоминает скорее громадную летающую модель, нежели пилотируемый летательный аппарат. Его взлётная масса — всего 170 кг, масса безлюдного — 70 кг, площадь крыла — 3,1 м2. Но чрезмерно уменьшать размах крыла, как это иногда делают начинающие авиаконструкторы, Коломбан не стал, справедливо полагая, что несущие особенности крыла прежде всего определяются его безотносительным размахом, а не площадью. Так, у «Кри-кри» размах крыла образовывает 4,9 м, протяженность — 3,9 м, высота — 1, 22 м.

На самолёте установлены два одноцилиндровых двигателя воздушного охлаждения суммарной мощностью 16 л.с. В последующих бессчётных вариантах «Кри-кри» употреблялись моторы мощностью от 8 до 10 л.с. Характерной изюминкой этого самолёта есть переднее размещение двигателей на V-образной стойке, что создаёт хорошие условия как для их охлаждения, так и для работы воздушных винтов.

Параллельно с конструированием сверхмалых аппаратов с громадной удельной нагрузкой на крыло на Западе развивалось и противоположное направление — проектирование «бабочек» — ультралёгких самолётов с огромным крылом. В большинстве случаев, это самолёты трубчатой схематической конструкции с мягкой обшивкой, созданные по дельтапланной технологии. Но по лётным чертям «Кри-кри» имеет неоспоримые преимущества при намного меньшей мощности силовой установки.

Уступает он «бабочкам» только по минимальной скорости и взлётно-посадочным чертям, значительно превосходя их по всем остальным лётным показателям. И в первую очередь — за счёт большого аэродинамического совершенства компактного аппарата.

«Сверчок» изготовлен в основном из металла. Из листового дюралюминия сделаны лонжероны крыла, фюзеляжа и оперения, и все обшивки, толщина которых не превышает 0,5 мм.

В наши дни многие самодельщики стараются использовать пластик в надежде взять большое понижение массы аппарата. Но анализ конструкций таких самолётов говорит о том, что масса их на 15 — 20% больше, чем у автомобили Коломбана. Несиловые элементы планёра «Кри-кри», включая нервюры крыла, оперения, и кое-какие шпангоуты фюзеляжа, изготовлены из плотного пенопласта.

Все соединения узкой железной обшивки с каркасом выполнены посредством склейки, что содействовало получению чистых и ровных аэродинамических поверхностей.

Самолёт Коломбана пользуется огромной популярностью среди самодеятельных авиаконструкторов. технологичность и Простота его конструкции содействовали распространению «Сверчка» во многих государствах — по чертежам Коломбана были выстроены десятки (если не много) аппаратов для того чтобы типа.

Пилотажные качества «Кри-кри» были высокими: он может делать фигуры высшего пилотажа в диапазоне эксплуатационных перегрузок от +6 до -3 и такие акробатические трюки, как полёт двух подобных автомобилей «голова к голове».

(Продолжение направляться)
ВЯЧЕСЛАВ КОНДРАТЬЕВ

Игромир

Школа авиаконструктора

Рандомные статьи:

Sun School Авиаконструктора Микояна

Похожие статьи, которые вам понравятся: