Модель самолета

В авиационной технике существуют три принципа образования подъемной силы: аэростатический, аэродинамический и реактивный. Разберем каждый из них. По аэростатическому принципу сконструированы аппараты легче воздуха — воздушные шары, аэростаты, дирижабли. Подъемная сила у них возникает за счет наполнения оболочки газом легче воздуха. Аэродинамический принцип возникновения подъемной силы возможен лишь при движении крыла в воздушной среде (аппараты тяжелее воздуха — планеры, самолеты, вертолеты). На высотах более 25 км и в безвоздушном пространстве могут летать только аппараты, у которых подъемная сила образуется по реактивному принципу — за счет отдачи вытекающих газов. Образец такого летательного аппарата — ракеты и космические корабли. Не следует к таким образцам относить реактивные самолеты. На них установлены реактивные двигатели, но подъемная сила создается крыльями. Самый распространенный летательный аппарат тяжелее воздуха — самолет.
Существуют военные и гражданские самолеты, отличающиеся не только формой, размерами, массой, но и назначением.
Главные типы военных самолетов: истребители, штурмовики, бомбардировщики.

Истребители предназначены для уничтожения самолетов противника в воздухе. Обладают большой скоростью и маневренностью.
Штурмовики служат для уничтожения с воздуха живой силы и техники противника. Они должны быть сильно вооружены и бронированы. Лучшим штурмовиком периода Великой Отечественной войны был Ил-2 конструктора С. В. Ильюшина.
Бомбардировщики сбрасывают бомбы на войска противника, его укрепления, аэродромы, военно-промышленные предприятия в тылу противника. Истребители — одноместные самолеты, штурмовики — двухместные, а экипаж бомбардировщика состоит из 6 — 8 человек.

В военной авиации применяют также самолеты транспортные и связи.
Самолеты гражданской авиации бывают пассажирские, грузовые, специального назначения, санитарные, спортивные. Помимо деления на гражданскую и военную, различают авиацию сухопутную и морскую (гидроавиацию). У гидросамолетов для взлета и посадки на воду предусмотрены поплавки или корпус в виде лодки.
Все самолеты должны иметь обтекаемую форму, уменьшающую их сопротивление, возможно меньшую массу, благодаря чему самолет берет больше полезного груза. Удобство эксплуатации и обслуживания, техно­логичность, т. е. быстрое и относительно недорогое изготовление, простота ремонта, являются также основными требованиями к самолетам.
Важнейшая часть самолета — крыло, источник подъемной силы, делающей возможным полет самолета или модели. У разных самолетов неодинаковые крылья, которые отличаются размерами, формой, положением относительно фюзеляжа, профилем (так называется форма сечения крыла в плоскости, перпендикулярной размаху). Крепят крыло непосредственно к фюзеляжу или соединенному с ним центроплану.

 

Рис. 8. Формы профиля крыла: 1—
выпукло-вогнутые, 2 — плоско-
выпуклые, 3 — симметричные,
двояковыпуклые, 4 — несимметричные,
5 — 8-образные.

По толщине различают профили тонкие, средние и толстые. Относительную толщину профиля определяют по формуле

где с0 — относительная толщина профиля, % ; с — толщина профиля; b — длина хорды крыла.
Если с0 меньше 8%, профиль называют тонким, с0 = 8 — 13% — средним, с0>13% — толстым.
Крыло летящего самолета омывается встречным потоком воздуха. При обтекании верхней выпуклой поверхности скорость потока возрастает, и здесь образуется область пониженного давления. Под крылом частицы воздуха, наоборот, притормаживаются и давление повышается. Эта разность давлений и вызывает возникновение подъемной силы, которая всегда направлена перпендикулярно набегающему потоку.
Перед передней кромкой образуется зона повышенного давления, а за задней кромкой — зона незначительно пониженного давления, заполненная мелким вихреобразованием. Эта разность давлений вызывает силу лобового сопротивления, которая всегда направлена параллельно и в сторону, противоположную направлению полета. Равнодействующая подъемной силы и силы лобового сопротивления называется силой полного сопротивления. Самолет с одним крылом называется монопланом, а с двумя крыльями, расположенными одно над другим,— бипланом (например, Ан-2).
Конструкция крыла зависит от назначения самолета, степени и характера нагрузок в полете.
Самые простые крылья плоские, обтянутые полотном. Ферма — силовая часть крыла, состоит из лонжеронов, связанных нервюрами и расчалками. Такие крылья делают для самолетов, обладающих скоростями до 300 км/ч: учебно-тренировочных, спортивных и специального применения. Крылья бывают разной формы: прямоугольная, эллиптическая, стреловидная. У более сложных крыльев главный силовой элемент — жесткая и прочная обшивка. Обшивку крыла усиливают изнутри продольные элементы — стрингеры  и  поперечные — нервюры.  Такая обшивка называется «рабочей». Непременная принадлежность крыла — элероны и закрылки.
Элероны — это небольшие рули на концах крыла, отклоняющиеся одновременно, в разные стороны (один вверх, другой вниз), служат для создания крена. Закрылки похожи на элероны, но они отклоняются только вниз на 15—60°. При этом изменяется кривизна профиля крыла, что вызывает возрастание подъемной силы.

Щитки — еще более простое средство увеличения подъемной силы крыла, расположены под крылом, вдоль задней кромки; отклоняются вниз. На некоторых самолетах для кратковременного повышения сопротивления применяют воздушные тормоза в виде интерцепторов, устанавливаемых на верхней части крыла, а также щит­ков в хвостовой части фюзеляжа.
Фюзеляж самолета — корпус, в котором размещают людей, приборы, грузы. К нему крепят крыло, хвостовое оперение, дви­гатель и шасси. Обычно фюзеляж имеет плавную обтекаемую форму.
Стабилизатор — небольшая поверхность, чаще неподвижная, обеспечивает продольную устойчивость самолета. Если под влиянием каких-либо причин самолет повернется вокруг поперечной оси, сила давления встречного потока на стабилизатор вернет его в прежнее положение. Равновесие вокруг поперечной оси будет восстановлено. Если же летчику понадобится самому повернуть самолет относительно той же оси, он использует руль высоты, навешенный на шарнирах на стабилизаторе. Пилот управляет рулем высоты, передвигая ручку управления или штурвал, связанный с рулем тросами или тягами.
Киль — вертикальная неподвижная поверхность, выполняющая роль стабилизатора только относительно вертикальной оси, т. е. обеспечивает путевую устойчивость самолета. Нажимая ножные педали в кабине самолета, летчик действует на руль управления, крепящийся к килю на шарнирах. При движении вперед правой педали (левая при этом перемещается в обратном направлении) нос самолета поворачивается вправо. При нажатии левой педали самолет поворачивается влево.
С ростом скоростей и массы самолетов возникают трудности в управлении: для отклонения рулей пилоту приходится прикла­дывать большую силу к ручке управления. Для ее уменьшения к элеронам, рулям высоты и направления прикрепляют триммеры — небольшие поверхности, отклоняющиеся в нужную сторону вращением специального штурвала, независимо от положении руля. Есть и другие способы облегчения управления самолетом.
На тяжелых и скоростных самолетах применяют специальные устройства, увеличивающие во много раз силы, прикладываемые летчиком к ручке управления, — бустеры или гидроусилители. Действуют они по принципу гидравлического пресса.
Шасси позволяет самолету двигаться по земле, для разбега при взлете и для пробега после посадки. На современных самолетах наиболее распространено трехколесное шасси с носовым колесом. Два главных колеса расположены под крылом, сзади ЦТ самолета, третье — в носовой части фюзеляжа. Такое шасси обеспечивает хорошую устойчивость самолета при разбеге и пробеге, допускает энергичное торможение. На некоторых самолетах применяют шасси с хвостовым колесом и велосипедного типа, когда стойки с колесами расположены одна за другой, как у двухколесного велосипеда. Для уменьшения сопротивления воздуха шасси делают убирающимися. Для взлета с воды у гидросамолетов вместо колес устанавливают поплавки.
Для полета самолета необходима сила тяги, направленная вперед. Сила тяги создается воздушным винтом, установленным на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания. Авиационный двигатель — это «сердце» самолета. Эти двигатели работают почти так же, как и автомобильные, только они гораздо мощнее. При вращений воздушный винт ввинчивается в воздух и тянет за собой самолет. Возможности применения двигателей внутреннего сгорания ограничены — они способны создавать силу тяги до скоростей полета 700 — 800 км/ч. Поэтому на скоростных самолетах устанавливают реактивные двигатели. Простейший реактивный двигатель — пороховая ракета, у которой газы, образующиеся во время горения топлива, с высокой скоростью выбрасываются назад. Сила отдачи, появляющаяся при этом, и есть сила тяги. Реактивными двигателями снабжены самолеты Ту-154, Як-40, Ил-62.
В настоящее время на самолетах широко применяют турбо­реактивные двигатели, работающие по такому же принципу, как и пороховая ракета, только вместо пороха в камере сгорания непрерывно горит смесь паров керосина с воздухом.
Для увеличения силы тяги реактивного двигателя надо повысить скорость выбрасывания газов из камеры сгорания. Для этого воздух, прежде чем он попадет в камеру сгорания, сжимают в компрессоре, на одном валу с которым расположена газовая турбина.
Компрессор подает в камеру сгорания воздух одновременно с поступающим топливом. Образующаяся смесь горит непрерывно, воздух нагревается до высокой температуры, повышается давление. Вырываясь из камеры сгорания с большой скоростью, газы создают силу тяги и попутно приводят во вращение турбину и компрессор. Если на вал посадить еще воздушный винт, получится турбовинтовой двигатель. Такие двигатели применяют на самолетах Ту-114, Ан-10 и Ил-18.
Схематическая модель самолета — это летающая модель, напоминающая схему натурального самолета. Имеет рейку-фюзеляж, крыло, хвостовое оперение и винтомоторную группу (воздушный винт и резиновый двигатель). Как и у модели планера, крыло создает подъемную силу, которая возникает только при его движении в воздухе. Необходимую силу тяги для движения модели создает воздушный винт, вращаемый предварительно закрученным резиновым двигателем. Продолжительность его работы у схематических моделей около 1 мин. Сила тяги — величина непостоянная. В первый момент она велика, к концу работы — уменьшается. В зависимости от силы тяги винта меняется и скорость полета модели.
На схематическую модель (при работе двигателя) так же, как и на самолет, в полете действуют четыре силы (рис. 11): сила тяжести P, подъемная Y, тяги Fи сопротивления Q. Подъемной силе противодействует сила тяжести, которая тянет модель вниз; сила сопротивления воздуха противодействует силе тяги, обеспечивающей движение модели вперед. При конструировании модели следует правильно рассчитать эти силы. Необходимо уменьшить силу сопротивления и массу модели, увеличив силу тяги и подъемную силу крыла. Увеличить подъемную силу можно, применив более вогнутый профиль и подобрав наивыгоднейший угол атаки. Силу тяги увеличивают, уменьшив массу модели и повысив мощность резинового двигателя. Снижают силу сопротивления, возможно аккуратнее изготовляя модель. Чтобы уменьшить массу модели, применяют легкие и прочные материалы.

Рис. 11. Силы, действующие на летящую модель самолета.

Изготовлять схематическую модель самолета (рис. 13) рекомендуем в таком порядке. Фюзеляж делают из прямослойной без сучков и задиров сосновой или липовой рейки длиной 800 мм, сечением 12X10 мм, к хвостовой части сечение можно уменьшить до 8X6 мм. Сечение передней и задней кромок стабилизатора 4X3 мм, закругления выгибают из бамбуковой рейки сечением 3X2 мм, соединяют с кромками на «ус» клеем, места соединения обматывают нитками. Жесткость увеличивают тремя нервюрами сечением 2X2 мм. По чертежу отмечают середину стабилизатора и закрепляют его на хвостовой части фюзеляжа, предварительно вырезав в нем небольшие углубления под кромки стабилизатора.

Рис. 13. Рабочий чертеж (а) и порядок изготовления схематической
модели самолета (б): 
1 — склеивание на «ус»; 2 — вклеивание нервюр; 3 — крепление ста­билизатора;
4 — изготовление винта; 5 — изготовление резинового двигателя.

Киль из бамбуковой рейки изгибают и вставляют в отверстие фюзеляжа, просверленное немного ближе передней кромки стабилизатора. К передней части фюзеляжа, снизу приклеивают липовый брусок размером 25X20X12 мм и обматывают нитками. Это будет подшипник, в нем сверлят отверстие диаметром 1,5 мм под вал винта.
Для кромок крыла берут сосновые рейки сечением 5X4 мм, изгибают их в середине под углом 10°. Бамбуковые закругления крепят к кромкам так лее, как на стабилизаторе. Нервюры изготавливают из сосновых реек сечением 3X2 мм, концы их заостряют «лопаткой» и вставляют с клеем в проколы кромок. «Кабанчик» для крепления крыла, к фюзеляжу вырезают из липового бруска. Следует помнить, что передняя кромка должна быть выше задней на 8 — 10 мм. Привязывают кабанчик к крылу нитками.
Воздушный винт — самая сложная часть схематической модели самолета. Его изготовляют из бруска липы, ольхи или осины размером 250X25X20 мм. На широкой грани бруска проводят взаимно перпендикулярные осевые линии, в центре сверлят отверстие диаметром 1 мм. Накладывают фанерный или целлулоидный шаблон вида сверху, совмещая осевые линии и очерчивая одну лопасть, затем поворачивают шаблон на 180° вокруг оси и наносят контуры другой лопасти. Острым ножом срезают лишнюю часть бруска и обрабатывают напильником. На одну из боковых граней накладывают шаблон вида слева (или справа),  очерчивают его карандашом и срезают лишнюю часть. В дальнейшем винт обрабатывают с верхнего правого края каждой лопасти. Верхняя поверхность лопастей должна быть слегка выпуклой, а нижняя — плоской или немного вогнутой.  Вогну­тость достигают, соскабливая древесину осколком стекла  или полукруглым напильником. Зачищают лопасти наждачной бумагой, одновременно центрируя винт. Для этого надевают его на тонкую проволоку и вращают. Если масса лопастей сбалансированного винта одинакова, он остановится в горизонтальном положении. Если нет, необходимо опускающуюся лопасть доработать напильником или зачистить наждачной бумагой и вновь проверить центровку винта, добиваясь равновесия. Готовый винт покрывают 2 — 3 слоями нитролака. В ступице винта закрепляют вал из стальной проволоки диаметром 1,5 мм, надевают на него две шайбы и вставляют в подшипник. Свободный конец вала изгибают в виде крючка для крепления резинового двигателя. Другой крючок для резинового двигателя крепят в хвостовой части фюзеляжа на расстоянии 600 мм от подшипника. Обтягивают модель самолета так же, как и модель планера, папиросной или микалентной бумагой. Крыло обтягивают только сверху в два приема: сперва одну половину, потом другую. Стабилизатор оклеивают только сверху, а киль с обеих сторон. Бумагу, выступающую за кромки, счищают наждачной бумагой или острым ножом.
Резиновый двигатель длиной 600 мм изготовляют из круглой резины диаметром 1 мм. Вбивают в доску два гвоздя на расстоянии, равном длине резинового двигателя. Обматывают резиновую нить массой 30 г вокруг гвоздей, свободные концы связывагот. В местах крепления двигатель перевязывают тонкой резинкой. Готовый резиновый двигатель промывают в теплой мыльной воде и просушивают вдали от источников тепла, смазывают касторовым маслом и упаковывают на несколько дней в темную стеклянную банку.
Для определения максимального числа витков двигателей следует закрутить один из них до его разрыва. Зная возможности резиновых двигателей данной длины, можно провести их динамическую формовку. Один из наиболее простых способов формовки заключается в последовательном закручивании и раскручивании резинового двигателя. Начинают закрутку с 20% допустимого числа витков с последующим добавлением, 10 — 15% от максимального числа витков. Заканчивают формовку закруткой на 80 — 85% от максимального числа витков. После этого снова промывают резиновый двигатель в теплой мыльной воде, просушивают, смазывают касторовым маслом и упаковывают в полиэтиленовый пакет или стеклянную банку. Выдержав одну-две недели, резиновый двигатель можно использовать на соревнованиях. Иногда динамическую формовку двигателей удобно делать и при тренировочных запусках.
Регулировку модели проводят следующим образом. Сначала проверяют, нет ли перекосов при видах сверху и спереди. Перемещением крыла вдоль рейки устанавливают центр тяжести модели с резиновым двигателем на расстоянии 1/3 длины хорды крыла от передней кромки.
Добившись правильной центровки, регулируют модель на планирование, т. е. без работы винта, так же как и схематическую модель планера. Держа модель одной рукой за фюзеляж, немного наклонив носовую часть вниз, плавным движением толкают ее. Если модель задирает «нос», крыло передвигают к стабилизатору. При крутом опускании — пикировании модели крыло перемещают вперед. Хорошо отрегулированная модель должна пролетать 8 — 12 м.
Более сложный этап — это регулировка моторного полета. Закрутив резиновый двигатель на 50 — 60 витков, берут модель за фюзеляж правой рукой, а левой придерживают винт. Легким толчком пускают модель горизонтально. Повторяют несколько раз запуск модели, постепенно увеличивая число витков двигателя. Сложность регулирования модели самолета заключается в том, что при моторном полете (с раскручивающимся винтом), возникают новые явления, в отличие от планирующего полета. Ниже приведены основные из них.
Модель кружит, причем планирует по прямой, а в моторном полете стремится повернуть в левую сторону (вращение винта вправо по направлению полета). Это влияние силы реакции от вращения винта, и зависит она от его частоты вращения и диаметра. Авиамоделисты исправляют этот дефект смещением вала винта вправо или отклонением в эту же сторону киля. Модель может кружиться и .по другим причинам: тут и несимметрия масс, различная кривизна профиля нервюр у обеих половин крыла и т. д. При малой закрутке резинового двигателя модель летит хорошо, а при большой не набирает высоты. Причина — слабая рейка-фюзеляж. Сильно закрученный двигатель сгибает рейку. В этом случае рекомендуем поставить сверху ее растяжки или заменить более прочной.
Модель в моторном полете трясет, и чем больше закрутка резинового двигателя, тем сильнее. В этом случае сказывается дисбаланс лопастей воздушного винта или неверный изгиб крючка вала винта. Если после запуска модель стремительно набирает высоту и пытается сделать петлю, необходимо сместить вал винта вниз. А если модель медленно набирает высоту, перемещают вал винта вверх. Регулировать моторный полвт лучше смещением вала винта, а планирующий — передвижением крыла вдоль фюзеляжа (изменением центровки), изменением угла атаки крыла и поворотом киля.

Схематическая модель самолета П. Павлова (рис. 14), в отличие, от описанной, намного сложнее и с ней можно успешно выступать на соревнованиях.
Рейка-фюзеляж 1 склеена из двух облегченных внутри половин. В передней части рейки закреплен подшипник с усиливающей металлической пластинкой. Отверстие под вал винта смещено вниз на 3°.
Стабилизатор 5 изготовлен из бамбуковых реек различного сечения, профиль нервюр — вогнутый. Крепят стабилизатор к хвостовой части фюзеляжа нитками с клеем.
Киль 4 бамбуковый, крепят на рейке немного впереди стабилизатора. Регулируют направление полета перекосом киля.
Передняя и задняя кромки крыла из бамбуковых реек сечением 4X3 мм в центре и 3X2 мм на концах. Законцовки из бамбуковых реек сечением 2,0X1,5 мм изогнуты на спиртовке. Места соединения их с кромками срезаны на «ус», смазаны клеем и об­мотаны нитками. Сечение реек для нервюр — 2,0X1,5 мм, наибольший их прогиб — 10 мм. Вставляют нервюры с клеем впроколы кромок. Кабанчик 3 крыла изготовлен из липового бруска размером 170Х 15X8 мм.

Рис. 14. Схематическая модель самолета П. Павлова: а — чертеж; б — технический
рисунок; в — последовательность изготовления винта; 1 — фюзеляж; 2 — крыло; 3 — кабанчик; 4 — киль; 5 — стабилизатор.