Выбор прототипа и чертеж

1.Геометрия выбранного прототипа

Если в распоряжении моделиста имеется довольно подробный чертеж выбранного прототипа и его описание, то по ним нетрудно определить его геометрические размеры, летные данные и технические характеристики.
К основным геометрическим данным самолета (в зависимости от типа) относятся: размах крыла, его площадь и профиль, длина САХ, удлинение крыла, поперечное V крыла, угол установки крыла, размах и площадь горизонтального оперения, высота и площадь вертикального оперения, длина самолета, высота на стоянке, ширина колеи и база шасси, размер колес.
Основные летные данные включают: максимальную скорость горизонтального полета, минимальную скорость (скорость отрыва и посадки), крейсерскую скорость, взлетную массу, положение центра тяжести в % САХ.

Вот, например, какими характеристиками обладает самолет Як-18Т

Геометрические данные: крыло — размах 11,16 м, площадь — 18,8 м2, профиль — КЛАРК УН, длина САХ — 1740 мм, удлинение — 6,6, поперечное V — 7°20/; угол установки — 2°; горизонтальное оперение — размах—3,54 м, площадь — 3,185 м2; площадь вертикального оперения — 1,7 м2; длина самолета — 8,39 м, высота на стоянке — 3,4 м; ширина колеи шасси — 3,12 м; база шасси на стоянке — 1,955 м; размеры колес основных — 500 х Х150 мм, переднего — 400 X Х150 мм.
Летные данные: максимальная скорость горизонтального полета — 295 км/ч; посадочная скорость —
125 —130 км/ч; масса пустого самолета — 1200 кг; взлетная масса — 1650 кг; диапазон центровок — 13 — 28% САХ.

2.Модель и самолет

Первое, к чему обращаются даже опытные моделисты,— это к сравнению проектируемой модели с настоящим самолетом.
Конечно, из сравнения можно сделать лишь некоторые выводы, при этом они не будут полными и не дадут ясного представления о летных характеристиках ра зрабатывае-мой модели. Но все же и этим не следует пренебрегать.
В табл. 1, 2 и 3 приводятся основные данные самолетов и планеров, наиболее часто ветре чающихся в качестве прототипов летающих моделей-копий, Данные моделей-копий, применяемых на спортивных соревнованиях, и некоторые параметры моделей-копий, которые могут облегчить выбор прототипа для копирования.
Последнее очень важно потому, что разнообразие самолетов, по которым можно изготовить летающие модели, очень велико.
Авиамоделисты, особенно из числа начинающих, часто задают такой вопрос: можно ли при исследовании поведения моделей, их балансировки, устойчивости и управляемости применять то, что известно из механики и теории полета большого аппарата — самолета или планера? К сожалению, однозначного ответа на этот вопрос в имеющейся литературе нет. Одни утверждают, что модель обладает столь существенными отличиями от самолета, что применение к ней «большой теории» в принципе невозможно. Другие, наоборот, считают, что «большая теория» применима к модели без всякого приспособления к ее специфическим особенностям.
Очевидно, оба эти взгляда, как слишком категоричные, нельзя признать правильными. Опыт показывает, что общие принципы механики, фундаментальные положения теории устойчивости и балансировки самолетов и планеров, а также методика их исследования могут быть в полной мере применены и к моделям. Но конкретные выводы из этих исследований для моделей бывают иными, чаще в количественном, а иногда и в качественном отношении. Модель иногда оказывается более ¦требовательной», чем самолет. Это относится, в первую очередь, к полету модели в возмущенной атмосфере. Исследуя полет легкой модели, имеющей малые размеры и ничтожные с «самолетной точки зрения» скорости, приходится иначе учитывать, например, воздействие порывов ветра и воздушных течений. Так, вхождение модели, летящей со скоростью 5 м/с, в вертикальный поток, имеющий скорость всего 1 м/с, приведет к изменению угла атаки ее крыла примерно на 11°, что, естественно, может вывести модель на закритические углы атаки.
Одной из интереснейших особенностей своих аэродинамических характеристик модели обязаны своим малым раз-мерам и незначительным скоростям полета. Благодаря этому крылья, оперение и винты моделей работают в условиях малых чисел Рейнольдса. При этом у самых маленьких и наиболее тихоходных моделей эти числа чрезвычайно малы, в то время как у скоростных с поршневым мотором они достигают сотен тысяч. Такая существенная разница в значениях чисел Рейнольдса приводит к большому различию аэродинамических характеристик летающих моделей неодинаковой конструкции.
Исследования полета большого самолета и модели приводят к существенной разнице в конкретных цифрах и выводах, но почти ничего не меняют в отношении общих принципов теории.
Надо отметить, что исследования последних лет теории летающих моделей значительно расширили возможности применения ее к конкретным видам моделей, а появление различных новых профилей расширило диапазон летных возможностей моделей. В то же время появление новой техники в авиамоделировании (двигатели, материалы, аппаратура дистанционного управления и контроля) сократило существенную разницу в числах Рейнольдса модели и самолета, что позволяет воспроизводить модели-копии многих самолетов с летными характеристиками, очень близкими к прототипам, в том числе и к некоторым историческим прототипам с более высокими летными характеристиками.

3. Выбор прототипа

Постройка летающей модели-копии начинается с выбора прототипа для копирования. Но прежде чем выбрать прототип, следует ознакомиться с правилами проведения соревнований и техническими требованиями к этому классу моделей. Кроме технических требований необходимо четко знать программу демонстрации полета модели на соревнованиях и систему стендовой и полетной оценки, из суммы которых складывается общая оценка. Нужно наметить для себя цель, то есть определить, к чему следует стремиться в результате всего комплекса работы по изготовлению модели и участия в соревнованиях. Очевидно, что, впервые участвуя в соревнованиях, не следует ставить цель обязательно занять первое место.
При выборе прототипа или, точнее сказать, чертежа оригинала для копирования (рис. 2) начинающие моделисты чаще всего руководствуются тем, какой самолет им больше понравился с первого взгляда. И, как правило, таким самолетом оказывается истребитель. Это, вероятно, вызвано тем, что в истребителе воплощены одновременно и изящество внешних форм, и стремительность полета. Но здесь кроется первая ошибка в выборе прототипа.
Что же должно служить критерием. для выбора прототипа? Рассмотрим несколько основных положений, руководствуясь которыми можно более реально подойти к решению этой проблемы.

1. опыт и технические возможности. Под этим надо понимать опыт моделиста в постройке летающих моделей самолетов, опыт пилотирования их, имеющиеся возможности использовать станочное оборудование для изготовления отдельных деталей, наличие материалов, двигателя, радиоаппаратуры.
2. наличие документации по выбранному прототипу. Недостаточно иметь чертеж общего вида в трех проекциях. Необходимы еще и дополнительные чертежи, схемы и фотографии не только общего вида прототипа, но и его отдельных деталей и агрегатов. Чем подробнее чертеж и больше фотографий, тем точнее изготовленная модель.
3. оценка прототипа с точки зрения возможностей реализации летных характеристик. Здесь следует иметь в виду, что всякая модель ограничена определенными техническими требованиями к данному классу, которые

необходимо учитывать, рассчитывая размеры модели, ее массу, тип и мощность двигателя. Вначале целесообразно сделать прикидочный аэродинамический расчет летных возможностей модели.Для большинства моделистов можно рекомендовать довольно распространенный способ расчета с использованием статистики. Так, примерные размеры модели, потребный двигатель, радиоаппаратуру (для радиомоделей) можно определить по выборкам из периодической литературы по авиамоделизму. Из журналов выписывают данные этих моделей по размерам, массе, мощности и объему двигателя (двигателей) и, сравнив с выбранным прототипом, решают, в каком масштабе строить модель, чтобы уложиться в какие-то средние данные.
Моделисты могут воспользоваться опубликованными чертежами модели какого-либо самолета. Это облегчит их работу, так как чертеж модели уже апробирован. Но здесь есть одна особенность — чертеж модели самолета дает возможность судить о конструктивных элементах модели, помогает в разработке конструкции, но он не является документом для оценки модели на соревнованиях.
Четвертое — оценка выбранного прототипа с точки зрения сложности изготовления. Здесь еще раз выявляется и уточняется первое положение. Если начинающий моделист берется за изготовление модели-копии истребителя, бомбардировщика или даже современного спортивного самолета, имеющих сложную конструкцию, начиненных всевозможной механизацией (убирающееся шасси, закрылки, предкрылки, вооружение и т. п.), можно с уверенностью сказать, что не только не будет все это хорошо изготовлено, но и летные возможности не будут полностью реализованы.
Поэтому моделисту, впервые приступающему к постройке модели-копии, необходимо выбрать прототип более простой конструкции, без механизации и с летными характеристиками, близкими к характеристикам учебных и спортивных самолетов.
Моделистам, имеющим опыт постройки хотя бы не масштабных моделей, можно браться за изготовление и более сложных моделей. Однако и им необходимо учитывать еще одно — пятое положение: наличие механизации на выбранном прототипе и возможность ее реализации на модели. В данном случае на чертеже прототипа или в других представляемых документах должны быть чертежи или схемы механизации. Если, к примеру, выбранный прототип имеет убирающееся шасси, то необходимо иметь чертеж системы уборки шасси и всех ее механизмов. В идеале хорошо иметь на модели такую же систему, как и у прототипа, но не всегда это возможно реализовать ввиду слишком малых размеров деталей. Поэтому часто от принципа отходят. Вместо, скажем, гидравлической системы уборки шасси на прототипе делают электрическую на модели, сохраняя все внешние видимые конструктивные элементы. Таким образом можно поступить и с другими элементами механизации (щитки, работа вооружения и т. п.).
В результате оценки выбранного прототипа и своих возможностей моделист решает строить модель выбранного прототипа или обращается к оценке другого прототипа. Только после того, как моделист окончательно решит, какой прототип будет взят для моделирования, он приступает к изготовлению рабочего чертежа модели. Работа эта очень трудоемкая, порой изготовление рабочего чертежа и шаблонов занимает почти четвертую часть всего времени работы над моделью. Небрежности здесь не должно быть места, так как ошибка в рабочем чертеже неизбежно приводит к ошибке в изготовлении модели, а исправление в уже частично изготовленной модели может оказаться и невозможным. Надо приучить себя к непреложному правилу: чем точнее и подробнее изготовлен рабочий чертеж модели, тем легче и быстрее она будет построена.

4. Чертеж модели

По подробности он должен быть таким же, как и чертеж оригинала, по размеру — в выбранном масштабе к оригиналу и 1:1 к модели. Кроме всех элементов чертежа оригинала рабочий чертеж должен иметь также детали, присущие только модели. Например, при конструировании фюзеляжа на рабочем чертеже должны быть все видимые внешние элементы конструкции прототипа, а силовой набор может быть иным, присущим уже модели, но внешне на модели он не должен быть видимым. Фюзеляж, как и другие детали, имеющие жесткую обшивку, скрывает силовой набор, поэтому на модели нет необходимости повторять силовой набор прототипа, его обычно упрощают, оставляя лишь внешнее сходство. Если же на прототипе крыло, оперение и часть фюзеляжа имеют мягкую обшивку и силовой набор просматривается, необходимо сохранить все элементы конструкции прототипа или имитировать их. Для этого все эти элементы должны быть нанесены на рабочий чертеж модели.
Конечно, втиснуть все детали конструкции модели в три проекции невозможно, поэтому на чертеже должны быть отдельно вынесены детали и Узлы, особенно детали внутренней конструкции и оборудования: конструкция шасси, Детали системы крепления и Уборки шасси, щитков и т. п.;
элементы крепления отдельных узлов подвески рулей, система управления рулями, двигателем, механизацией; оборудование кабины (кабин); элементы раскроя обшивки; схема окраски и маркировки. Отдельно вычерчиваются также элементы конструкции модели (шпангоуты, узлы усиления и крепления, нервюры крыла, сечения отдельных элементов и т. д.). Кроме того, необходимо продумать и вычертить приспособления для сборки отдельных элементов модели (стапель, контршаблоны и т. п.).
Есть несколько способов изготовления рабочего чертежа модели. Как правило, чертеж оригинала приходится увеличивать в несколько раз. Часто рекомендуют увеличивать чертеж фотоспособом или через эпидиаскоп. С помощью эпидиаскопа можно сделать грубый, прикидочный чертеж в трех проекциях с последующим уточнением. Более точный способ увеличения — с помощью пантографа, который можно изготовить и самому. Но чаще всего моделисты пользуются миллиметровой бумагой, циркулем, линейкой и лекалами.
Для работы с чертежом желательно изготовить масштабную линейку (рис. 3). Чаще всего для этого скрепляют по длине несколько обычных деревянных линеек с миллиметровыми делениями. Общая длина масштабной линейки должна быть не менее наибольшего размера модели (чаще всего это полный размах крыла). На чистой грани линейки выполняют масштабную шкалу, где каждое наименьшее деление наносится через столько миллиметров, во сколько раз необходимо увеличить чертеж. К примеру, масштаб выбран 5:1, то есть чертеж оригинала необходимо увеличить в 5 раз. Значит на масштабной шкале каждое наименьшее деление должно быть равно 5 миллиметрам. Масштабная линейка понадобится также для контроля размеров при изготовлении модели и для оценки масштабности на соревнованиях.
Если вычертить отдельные мелкие детали с помощью циркуля и линейки трудно, тогда прибегают к фотоспособу: с помощью репродукционной установки снимают их на пленку с оригинала, а затем через увеличитель или печатают в нужном размере на фотобумагу, или проецируют на лист чистой бумаги и обводят карандашом.
После того как на рабочем чертеже нанесены три проекции и все видимые наружные детали прототипа, необходимо начертить детали конструкции, присущие уже только модели, то есть начертить силовой набор модели с учетом всех особенностей прототипа. Надо отметить, что работа над чертежом смыкается с работой по конструированию модели, то есть одновременно решаются вопросы разработки конструкции модели и вычерчивания. При разработке и вычерчивании силового набора модели необходимо исходить из ее размера, массы двигателя и других элементов, характерных для моделей. Здесь опять поможет метод статистики и сравнения с чертежами подобных моделей. Вычерчивание и конструирование силового набора начинают с размещения и изображения на чертеже двигателя, подмоторной рамы, бачка для горючего, размещения бортовой радиоаппаратуры (на радиомодели), системы управления, размещения различных механизмов. Затем расчерчивают силовой набор фюзеляжа, крыла и оперения (шпангоутов, стрингеров, нервюр, лонжеронов и т. д.). В местах стыковки крыла с фюзеляжем и мотогондолами (при многомоторных моделях) на чертеже должны быть изображены контуры нервюр крыла и начерчена линия СА’Х (приложение 1).
Наконец, на чертеже должны быть указаны материалы, которые будут применены для изготовления отдельных деталей и узлов, их сечения в наиболее характерных местах.
После изготовления чертежа желательно составить план работы над моделью, в котором предусмотреть последовательность изготовления отдельных деталей и механизмов, их сборки и стыковки. Особенно тщательно следует продумать последовательность сборки и стыковки элементов модели, чтобы потом не пришлось вскрывать обшивку модели для установки какого-либо оборудования.
Во время работы над чертежом необходимо также сделать некоторые вычисления для оценки летных характеристик. Прежде всего следует измерить (вычислить) площадь несущих поверхностей — площадь крыла с под-фюзеляжной частью и площадь стабилизатора с рулями высоты (приложение 3), затем вычислить общую полетную массу модели. Начинающие, как правило, берутся за это с конца. Зная максимально допустимую нагрузку на единицу площади, высчитывают максимальную массу и задаются целью при постройке уложиться в эти пределы. Это может привести к тому, что из наполовину готовой модели придется удалять часть конструкции в целях ее облегчения. Редко бывает наоборот, когда в слишком ослабленной конструкции начинают усиливать отдельные узлы и детали. Чтобы избежать и того и другого, следует прибегнуть к методу статистики и сравнения с чертежами уже построенных моделей.
В любом случае, зная сечения применяемых материалов, не трудно (хотя это и кропотливо) подсчитать их объем и по удельной массе каждого из них определить массу деталей и общую массу конструкции. А зная массу модели и несущую площадь, можно подсчитать нагрузку, приходящуюся на один квадратный дециметр несущей площади.
Определив эти параметры модели, моделист решает, какой двигатель поставить на модель, какова должна быть его мощность, чтобы реализовать все летные возможности прототипа на модели.
На основании новейших статистических данных для кордовых и радиоуправляемых моделей-копий самолетов для прикидочного расчета можно рекомендовать некоторые параметры в качестве исходных:
мощность по массе, то есть масса модели в граммах, приходящаяся на один кубический сантиметр рабочего объема двигателя (двигателей),— в пределах 270—330 г/см3;
нагрузка на единицу несущей площади — в пределах 62—78 г/дм2;
отношение площади несущих поверхностей к рабочему объему двигателя — в пределах 5,2—6,5 дм2/см3.
Обычно модели-копии самолетов строят под двигатель (двигатели) с рабочим объемом до 10 см3, кордовые много-моторные модели — до 20 см . Именно такие необходимые ограничения предъявляются для участия в ртветственных соревнова ниях.
Эти показатели вполне достаточны, чтобы модель в полете могла выполнить все фигуры высшего пилотажа (если . это пилотажный самолет). При этом следует учитывать, что любые отклонения в сторону минимальных величин улучшают летные характеристики, а отклонения в сторону максимальных величин ухудшают их. Выход за пределы максимальных величин делает невозможным выполнение некоторых фигур высшего пилотажа и допустим только для непилотажных самолетов типа пассажирских, транспортных, бомбардировщиков и т. п.
Воспользовавшись этими данными, можно масштаб увеличения чертежа прототипа рассчитать в обратном порядке.
Надо отметить, что более всего расчет этих параметров важен для радиоуправляемых моделей-копий пилотажного типа. Кордовые же модели неплохо выполняют полет и при более высоких значениях указанных выше величин.
Масса конструкции модели (силовой набор, обшивка, двигательная установка и т. д.) легко поддается оценке и подсчету. Но в модели-копии есть ряд элементов, которые заранее очень трудно рассчитать, однако на них нужно предусмотреть определенную часть общей массы модели. Прежде всего сюда относятся различные механизмы (выпуска и уборки шасси, щитков, вооружения, управления двигателем и т. п.). Особое значение имеет учет массы бортовой радиоаппаратуры с электропитанием на радиоуправляемых моделях. Масса наиболее распространенных систем такой аппаратуры составляет от 200 до 800 г.
Пусть нагрузка на несущую поверхность составит 75 г/дм2, а площадь несущих поверхностей модели будет равна 60 дм2, тогда допустимая общая масса модели составит 4500 г, куда входит масса двигателя — 350 г, горючего для него — 300 г, масса различных механизмов (выпуска и уборки шасси, щитков, открывания фонаря кабины и т. п.) — до 500 г, а если это радиоуправляемая модель, то и масса бортовой радиоаппаратуры с источником питания — до 500 г. Наконец, в общую массу входит и масса отделочных материалов — клея, грунтовки, шпаклевки и краски — до 150—200 г. Таким образом, на чистую массу конструкции кордовой модели
остается не более 3150 г, а радиоуправляемой и того меньше—около 2650г.
Сделав эти прикидочные расчеты, приступают к разработке конструкции отдельных элементов и узлов.
При окончательной разработке конструкции неизбежно будут отклонения от первоначального варианта и предварительных расчетов. В результате обдумывания конструкции может быть придется менять намеченные ранее материалы на отдельных элементах. В период разработки не раз придется обращаться к статистике, к опубликованным в периодической печати чертежам и описаниям подобных моделей, к более опытным товарищам. Чем больше моделист получит информации, тем лучше он выберет подходящий для своих сил и возможностей прототип, тем точнее построит его копию.