Глава III
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МОДЕЛИ
Конструкция модели разрабатывается одновременно с оценкой прототипа, изготовлением чертежа и изучением материалов по подобным моделям. В процессе разработки решаются не все вопросы сразу, а по этапам, в определенном порядке уделяется внимание той или иной части модели. По опыту можно рекомендовать такую примерную последовательность работы: фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, шасси, мотоустановка, система управления, механизмы и отдельные узлы и детали, раскраска и маркировка, шаблоны, стапели, контршаблоны.
Ф ю з е л я ж. В зависимости от выбранного прототипа необходимо точно решить, какими имеющимися материалами необходимо воспользоваться, чтобы добиться как можно большего сходства с прототипом. В настоящее время у моделистов довольно большой арсенал материалов, но, выбирая, необходимо знать их свойства и характеристики, способы обработки, удельную массу, жесткость и усадочные свойства. Исходя из этого, намечают и способ изготовления фюзеляжа.
Если задумана одномоторная модель с двигателем на фюзеляже, разрабатывается место размещения двигателя, подмоторная рама, на которой он будет крепиться. Предусматривается свободный доступ к двигателю и простота его замены. Бачок для горючего размещается поблизости от двигателя так, чтобы обеспечивались замена бачка и контроль за его исправностью и герметичностью. Крепление воздушного винта с обтекателем (если таковой был у прототипа) должно позволять быструю его замену.
В системе управления рулями особое внимание обращается на то, чтобы все тяги, рычаги и тросы были надежно сочленены и свободно двигались в фюзеляже.
Силовой набор фюзеляжа должен обеспечивать его высокую прочность, легкость и возможно более точное сходство с прототипом. Наиболее распространенный силовой набор фюзеляжа состоит из ряда фанерных и бальзовых шпангоутов с продольным набором стрингеров и полок из сосны, липы или бальзового дерева. Жесткая обшивка делается из пластин бальзового дерева, а мягкая - из микалентной бумаги или из ткани. Важно фюзеляж строить так, чтобы видимые детали, даже внутренние (например, механизмы в открытых кабинах пилотов), конструктивно были подобны прототипу.
При компоновке двигателя в фюзеляже необходимо продумать хорошую обшивку двигателя воздухом и беспрепятственный отвод выхлопных газов. Желательно двигатель вписать в контур фюзеляжа так, чтобы не выступали части, портящие внешний вид модели. Также желательно оборудовать двигатель специальным глушителем, который лучше скрыть внутри, обеспечив при этом безопасный отвод выхлопных газов двигателя, так как температура их довольно высока и возможно загорание модели.
В последнее время все чаще встречаются модели с фюзеляжами из стеклоткани на эпоксидной смоле. Это довольно прогрессивный, хотя и трудоемкий способ изготовления моделей. Он позволяет добиться очень точного внешнего и внутреннего подобия, фюзеляж получается прочным и довольно легким.
Особенно сложно при разработке и изготовлении модели добиться сходства внутреннего оборудования с прототипом. Чтобы точно воспроизвести, например, интерьер кабины, понадобиться сделать очень много мелких деталей. Если оборудование кабины хорошо просматривается (особенно у прототипов с открытыми или открывающимися кабинами), необходимо выполнить отдельный чертеж кабины, показав в нем раздельно борта и пол кабины, приборную доску и некоторые детали оборудования (ручку управления, сиденье пилота, различные рычаги и пульты управления и т. п.). Подробно должно быть расчерчено остекление кабины (кабин) с нанесением силового набора и открывающихся частей. Желательно, чтобы все рычаги и ручки были подвижными.
Места крепления крыльев, стабилизатора, киля, шасси (если оно крепится на фюзеляже) потребуется усилить, однако это не должно портить общий вид конструкции. Каждый открытый узел крепления должен в точности повторять соответствующий узел на прототипе. Если же в местах крепления элементов модели устанавливаются зализы, то конструкцию узлов крепления можно упростить.
Узлы крепления шасси должны быть достаточно прочными в расчете на грубую посадку. Если шасси убирающееся, потребуется разработать для этого специальный механизм, который размещается и крепится так, чтобы и период эксплуатации модели можно было контролировать его исправность, а при необходимости полную или частичную замену. Для убирающегося в фюзеляж шасси предусматриваются такие же, как у прототипа, ниши и створки, закрывающие их. При компоновке внутри фюзеляжа управления рулями надо обратить внимание на то, чтобы убранные шасси не зажимали тяги управления.
Рис. 4. Схема самолета УТ-2
На примере радиоуправляемой модели-копии самолета УТ-2 (рис.4) разберем конструкцию ее фюзеляжа. В конструкции модели для силового набора использованы фанера, сосна, липа, бальзовое дерево. Фюзеляж, как и у прототипа, имеет смешанную обшивку. Для жесткой обшивки использованы бальзовые пластины толщиной 3 мм, а для мягкой - ткань эксельсиор. При компоновке двигателя учитывалось, что на прототипе он был звездообразным, пятицилиндровым с незакопотированными цилиндрами. На модели вместо одного из цилиндров установлен двигатель с рабочим объемом 10 см3, а остальные имитированы.
Двигатель установлен на первом усиленном шпангоуте, сделанном из фанеры толщиной 10 мм. Для крепления двигателя разработана дюралюминиевая моторама, позволяющая точно установить двигатель, а также изменять в некоторых пределах наклон оси вниз и вправо. Вокруг моторамы укреплен ложный картер (по форме мотора М-11), а к нему прикреплены имитируемые цилиндры. Бачок с горючим расположен между первым и вторым шпангоутами в нише, закрываемой съемным капотом, как у прототипа. Картер двигателя также закрыт съемным капотом. Мотор снабжен специально разработанным глушителем, вписанным в капот. Таким образом, достигается свободный доступ к двигателю и бачку с горючим.
На прототипе крыло разъемное, состоящее из укрепленного на фюзеляже центроплана с зализами, закрывающими места сочленения, и двух отъемных консолей. Так как места сочленения центроплана с фюзеляжем не видны под зализами, шпангоуты и совпадающие с ними лонжероны центроплана сделаны целиковыми из фанеры. В местах крепления зализы фюзеляжа усилен накладками из липы толщиной 3 мм.
Место под сиденьями пилотов использовано для размещения бортовой радиоаппаратуры с исполнительными рулевыми машинками. Аппаратура не видна и не портит интерьер кабины. Узлы крепления стабилизатора и киля на прототипе закрыты зализами, поэтому на модели эти детали прикреплены клеем, а зализы имитированы краской.
Шасси на прототипе крепятся на фюзеляже и на концах центроплана. В связи с этим на модели лонжероны центроплана усилены дюралюминиевыми пластинами (1мм) вдоль размаха. Костыль и подносы в местах крепления усилены сухариками из липы.
Поскольку кабина пилотов открытого типа с передним козырьком и откидывающимися бортами и их интерьер хорошо просматривается, на модели изготовлены все детали их оборудования, а рычаги управления сделаны подвижными (ручка элеронов и руля высоты связана с соответствующими рулевыми машинками, а педали - с рулевой машинкой руля поворотов).
В той части фюзеляжа, где предусматривалась мягкая обшивка, шпангоуты утоплены, но выступают продольные стрингеры, на которые наложена ткань. Это точно имитирует обшивку прототипа.
Для доступа к радиоаппаратуре сделаны снимающиеся крышки-лючки прототипа.
Заголовный обтекатель после второй кабины сделан из бальзового бруска, долбленого внутри для облегчения. Откидные створки кабин из тонкого дюралюминия укреплены на шомпольных шарнирах с матерчатой отбортовкой.
Приборная доска изготовлена из расслоенного до 0,5 мм стеклотекстолита, покрашенного в серый цвет. Приборы выточены из дюралюминия, черненые, со шкалами, изготовленными фотоспособом.
В такой разработке фюзеляж очень точно воспроизводит оригинал.
Крыло и хвостовое оперение - важнейшие элементы конструкции и от их разработки во многом зависят летные качества модели. Силовой набор крыла должен обеспечивать достаточную жесткую обшивку, то набор крыла можно сделать произвольным. При смешанной или мягкой обшивке на прототипе, когда хорошо просматривается силовой набор, на модели его приходится или полностью копировать, или только имитировать. Крыло одномоторной модели по конструкции может быть таким же сложным, как и у модели с двумя моторами, но расчет прочности у них несколько иной. Для крыла, несущего на себе двигатели, необходима большая прочность, особенно в местах сочленения с фюзеляжем и двигателями. Если же и шасси расположено на крыле (в мотогондолах), то центральная часть крыла по мотогондол должна быть еще прочнее и жестче, с тем чтобы гасить вибрацию от работающих двигателей, выдерживать удары при посадке модели. Шасси часто крепится на крыле и на одномоторных самолетах. Поэтому при разработке крыла следует учитывать дополнительные нагрузки в местах крепления шасси и при необходимости усиливать лонжероны и нервюры. При убирающихся шасси надо разработать механизмы уборки шасси.
Щитки, закрылки или другие элементы механизации на крыле прототипа должны быть воспроизведены и на модели. Элероны у радиомоделей должны быть подвижны и задействованы на исполнительный механизм. На кордовой модели часто элероны делают также подвижными, но не соединяют с механизмами, так как вокруг продольной оси кордовая модель не управляется. Правда, иногда на кордовых моделях элероны задействуют как закрылки, увеличивая тем самым маневренность вокруг поперечной оси.
На крыле могут быть размещены различные элементы внешней конструкции - крепления стоек, подкосов, расчалок, трубок пито, различные лючки, аэронавигационные огни. Эти элементы находятся на виду и должны быть воспроизведены с особой точностью.
Самолеты, как правило, строятся с разборным крылом, имеющим отъемные консоли. На модели разъем можно имитировать раскроем обшивки. Однако наибольшую ценность представляет крыло, имеющее такой же разъем, как и на прототипе. Это немного утяжеляет конструкцию крыла, но с отъемными консолями модель более транспортабельна. Разрабатывая конструкцию крыла с отъемными консолями, следует предусмотреть также и разъемы в управлении моделью.
Очень важно разработать конструкцию элементов силового набора крыла. Основную нагрузку несут лонжероны. Если у прототипа крыло с жесткой обшивкой, то на модели не обязательно придерживаться точного воспроизведения всего количества лонжеронов, можно пойти по пути упрощения, не забывая о жесткости и прочности. Наибольшее распространение в моделях получили лонжероны полочной конструкции из сосновых реек, заполненных в промежутках между нервюрами бальзовыми пластинками. Жесткая обшивка носка крыла до лонжерона вместе с заполнениями между нервюрами образует кессон, придающий крылу очень большую жесткость при довольно малой массе.
Нервюры бывают весьма разнообразными в зависимости от конструкции, заданной жесткости и прочности крыла. Наиболее часто они изготавливаются из бальзовых пластин толщиной 1-5 мм. Как и на многих прототипах, шарниры подвески элеронов, закрылков и щитков на модели следует выносить из крыла. Для осмотра системы управления и отдельных узлов на прототипах имеются соответствующие лючки. На модели в этом тоже есть необходимость.
Хвостовое оперение по конструкции имеет много общего с крылом и характерно для каждого выбранного прототипа. Как и крыло, оно может иметь жесткую, смешенную и мягкую обшивку. На киле крепится руль поворота, на стабилизаторе - руль высоты, а киль и стабилизатор жестко сочленяются с фюзеляжем. Если места их сочленения закрыты, это упрощает разработку узлов крепления. Особое внимание надо обратить на узел подвески руля высоты (он задействован на всех типах пилотажных моделей), а на радиомоделях, кроме того, и на узел подвески руля поворота. При этом весьма важно, чтобы оси вращения всех шарниров, а также качалки и тяги, если они видны были такими же, как на прототипе. К хвостовому оперению могут крепиться раскосы и расчалки. Места их крепления должны быть усилены.
Проследим на той же модели самолета УТ-2 разработку конструкции крыла и хвостового оперения.
Крыло на модели сделано с таким же отъемными консолями и силовым набором, как у прототипа. Нервюры - из бальзовых пластин толщиной 3 мм. Корневая нервюра усилена. Лонжероны полочные, сосновые, заполненные в промежутках бальзовыми пластинами. Задний лонжерон утоплен и под обшивкой не просматривается. Ушки сочленения с центропланом дюралюминиевые, скрепляемые болтами. Щель между крылом и центропланом закрывается лентой из дюралюминия толщиной 0,3 мм. Подвеска элеронов и тяги к качалкам сохранены такими же, как у прототипа. Предусмотрена разъемная тяга от элерона к рулевой машинке.
Хвостовое оперение самолета УТ-2 со смешанной обшивкой, поэтому на модели силовой набор полностью скопирован с оригинала. Зализы, закрывающие сочленение киля и стабилизатора, имитированы брусочками бальзы и краской, а киль и стабилизатор просто приклеены к хвостовой части фюзеляжа. Руль поворота и рули высоты подвешены на шарнирах, внешне подобных шарнирам прототипа. Качалка руля высоты, невидимая снаружи, упрощена по конструкции, а качалка руля поворотов сделана такой же, как у прототипа с тросовыми тягами к рулевой машинке. Так же, как и у прототипа, изготовлены подкосы и расчалки от фюзеляжа к стабилизатору и килю.
Шасси - ответственная и очень трудоемкая часть модели. При разработке конструкции шасси необходимо добиваться не только внешнего сходства с прототипом, но и особой прочности, так как при тренировках в запуске модели неизбежны грубые посадки, и шасси должно выдерживать довольно значительные нагрузки. Довольно сложны в разработке убирающиеся шасси, когда систему уборки и приводов обычно приходится конструировать свою, сохраняя в то же время сходство с прототипом всех внешних видимых деталей.
Проще разработать и изготовить неубирающееся шасси, но и здесь могут быть трудности в конструировании узлов крепления, амортизаторов, раскосов, расчалок и других мелких деталей. В любом случае необходимо уделить большое внимание разработке и изготовлению колес. Они должны быть воспроизведены довольно точно во всех деталях, даже в рисунке протектора. Если колеса пневматические, то для изготовления их из сырой резины потребуется разработать специальную пресс-форму.
В нашем примере на самолете УТ-2 установлено шасси пирамидальной схемы с основной амортизационной стойкой, задним вильчатым и боковым подкосами. Каждая пирамида шасси крепится в трех точках шарнирными узлами. Колеса типа пневматик - резиновые. Так как все детали шасси хорошо просматриваются, отступлений на модели в сторону упрощения делать было нельзя. Поэтому шасси сделано с максимальным подобием. Основная стойка, состоящая из двух телескопических труб с площадками для колец резинового амортизатора, стальная. Вилка основной стойки согнута из стальной трубки и припаяна к стойке. Ушки крепления заднего и бокового подкосов стальные, припаянные к вилке. Пайка вилки и ушков выполнена серебряным припоем. Задний вильчатый подкос согнут из стальной трубки. Узлы крепления стойки и подкосов - дюралюминиевые. В хвостовой части установлен костыль из стальных пружинных пластин.
Колеса с возможностью подкачки изготовлены из сырой резины в специальной пресс-форме. Диск колеса разъемный, состоящий из выточенных из дюралюминия двух половин, которые соединяются резьбовой втулкой, имеющей отверстие под ось колеса. Ось колеса - стальная трубка.
Шасси большинства самолетов имеют тормозную системы. На модели она не всегда воспроизводится, но часто в этом есть необходимость.
Убирающиеся шасси прототипов в убранном положении закрываются различными створками и щитками. У одномоторных самолетов щитки крепятся к стойкам шасси, а иногда дополнительные створки имеются и на крыле.
У многомоторных самолетов при уборке шасси закрываются створками мотогондол. Конструктивно они различаются по двум признакам: шасси, у которых щитки и створки открыты в выпущенном состоянии и закрыты в убранном, и шасси, створки ниш которых закрыты как в выпущенном, так и в убранном положении стоек (как правило, у многих моторных самолетов). В данном случае необходимо разработать систему шарниров и тяг, связанных со створками или щитками шасси. Если на чертеже оригинала есть деталировка этих тяг, проще сохранить их конструкцию.
Важное значение для внешнего вида приобретают различные видимые детали фюзеляжа, крыла, оперения, кабины, шасси. К ним можно отнести систему стоек и расчалок на бипланах, трубки пито, трубки вентури, выхлопные патрубки силовых установок, различные обтекатели, подкосы, расчалки, лючки и т. п. Желательно как можно точнее воспроизвести эти детали. Если очертание открывающегося лючка порой достаточно имитировать раскроем по обшивке, то многие другие детали необходимо изготовить из тех же материалов, что и на прототипе. К примеру, ленты расчалки, имеющие на концах резьбу для регулировки натяжения, следует изготовлять из железной проволоки и специально прокалывать или расплющивать для придания нужного профиля. Узлы крепления подкосов, расчалок тоже желательно делать из металла.
В заключение следует отметить, что при разработке конструкции модели необходимо подумать и о ее транспортировки до места запуска. Если кордовые модели чаще бывают небольших размеров и их можно транспортировать в собранном виде, то радиомодели необходимо делать разборными.