Полная инструкция: как сделать RC авиамодель для начинающих
Всем привет, авиация всегда была страстью всей моей жизни, что в итоге привело к получению научной степени в авиационном университете. Как студент технического университета я знаю, что мне всегда есть чему учиться, но у меня есть также многое, что я могу дать сам, поскольку летаю, строю и разрабатываю самолёты в течение 10 лет. В результате своего увлечения я собрал информацию и написал подробную инструкцию на тему: «Как спроектировать и построить радиоуправляемый самолёт». В ней я собрал нужную и полезную информацию, начиная от выбора модели самолета и заканчивая испытательным полётом самолёта.
Любая разработка самолёта начинается с четкой постановки цели. Она и является основной направляющей силой всех расчетов и конструкторских работ. Для строительства я выбрал поршневой истребитель второй мировой войны. Именно поэтому мои исследования начались с изучения различных конструкций самолётов, чтобы найти пример для подражания. В этот список вошли P-51 Мустанг, Мессершмитт BF-109, P-40, Спитфайр, а также другие истребители второй мировой войны. Все эти самолёты были символами своего времени и максимально подходили для тех условий, в которых эксплуатировались.
В результате долгой подготовительной работы и процесса изготовления самолёта я написал инструкцию, в которой подробно рассказал про все стороны конструирования и изготовления авиамодели. В инструкции можно найти информацию по основным шагам по строительству авиамодели, по трудностям и их преодолению. Также можно найти информацию по тому как работать с деревом, как выполнять работы по стеклопластику, и по другим аспектам искусства авиамоделизма. Надеюсь, что инструкция даст всю необходимую информацию, и будет служить путеводителем в мир авиамоделирования.
Эта детальная инструкция начинается с момента выбора модели самолёта, потом рассматривается этап расчета авиамодели, определение веса и изготовление прототипа. Далее идут этапы, связанные с изготовлением отдельных частей модели: крылья, фюзеляж, оперение, моторный отсек. Не стал выкладывать фотографии каждого шага строительства, поскольку их много. Но зато подробно описал каждый этап изготовления и рад тому, что все желающие могут найти информацию, как продвинуться в деле изготовления своей авиамодели, а для меня это уже большая награда. Если у вас возникнут какие-то вопросы по технологии авиамоделирования, то буду рад ответить на них в комментариях после статьи.
Шаг 1. Цель создания самолёта
Первый шаг в создании самолёта всегда определяется целями, для которых будет использоваться самолёт. Примеры целей самолётов могут быть следующие:
Авиамодель тренер для обучения полётам
Авиамодель для акробатики
Авиамодель для гонок
Авиамодель для парения
Моделирование реальных моделей
Дополнительно также рассматривается размер модели, бюджет, сроки.
В моём случае выбор пал на масштабную модель английского истребителя Спитфайр. После чего я нарисовал эскизы моего самолёта в произвольном масштабе со всеми его деталями.
Шаг 2. Определение основных деталей самолёта
Эскиз самолёта в боковой проекции
Эскиз самолёта в виде сверху
Я стал анализировать объём работы, и насколько детальной у меня будет модель. И вот, что у меня получилось.
Уровень механизации крыльев:
- Закрылки – плоскости управления внутренней секцией крыла, предназначенные для увеличения подъемной силы, создаваемой крыльями для координации траектории при взлёте и посадки
- Элероны — поверхности управления наружной секцией крыльев для контроля крена
- Руль высоты – управляющие плоскости горизонтального стабилизатора, используемые для управления тангажом
- Горизонтальный стабилизатор – обеспечивает продольную устойчивость самолёту
- Крылья сборные, состоят из лонжеронов и нервюр, на конце имеют законцовки
Уровень проработки фюзеляжа:
- Емкость и уровень разряда батареи
- Капот мотора – покрытие моторной части самолёта сразу же за обтекателем
- Жалюзи мотора – покрывают верхнюю часть фюзеляжа за капотом
- Ферменные конструкции внутри фюзеляжа, которые создают поперечное сечение, как каркас на корабле
- Руль направления – орган управления вертикальным стабилизатором для управления по курсу
Также я решил сделать:
- Хвостовое колеса – колесо, расположенное в хвостовой части самолёта, чтобы позволить ему маневрировать по земле. Обычно у радиоуправляемых самолётов это колесо привязано к хвосту.
- Главное шасси – посадочное шасси, созданное для удержания веса самолётов на посадке
- Обтекатель – носовая часть самолёта, которая одевается на карданный вал двигателя и пропеллера, чтобы придать носу обтекаемую форму
Шаг 3. Технология изготовления
Для изготовления используется такой материал, как стеклопластик, кевлар, либо стекловолокно. Позволяет делать очень легкие и прочные авиационные конструкции. Основной недостаток таких конструкции – это стоимость и время, требуемое для изготовления. Кроме того, эта технология требует специализированных инструментов и производственных процедур для создания форм и отливок деталей. Кроме того, такие материалы могут вызывать радиопомехи, которые могут поставить под вопросом использование даже 2,4 МГц передатчиков.
Обработка дерева требует применение стандартного набора инструментов для создания летательного аппарата. Трудоемкость может быть снижена благодаря простоте и легкости работы с деревом. Кроме того, поскольку эта технология является широко распространенной, то и информации на её счет легкодоступна.
Самолёт из пенопласта прочный и быстрый в постройке, однако, чаще всего самолёты тяжелее обычных аналогов, поскольку пена требует дополнительных усилений для того, чтобы противостоять летным нагрузкам.
Шаг 4. Расчет размера
Размер самолёта определяется несколькими критериями. Среди этих критериев есть технология изготовления, удобство транспортировки до места полётов, лётные характеристики (радиус полёта, ветроустойчивость), а также требования к посадочной площадке (вода, трава, газон и другие).
С этого места начинается подбор подходящего размера самолёта исходя из известных размеров компонентов модели, таких как электронное оборудование. Это может быть трудно сделать, поскольку лучше всего классифицировать компоненты, а затем работать над общей концепцией самолёта. Например, вес крыла может быть приближенно определен через вес материала, который будет использоваться для изготовления лонжерона, затем прикидывается количество листов бальзы, необходимой для строительства нервюр и обшивки крыла. В дополнение к этому следует учитывать также другие части самолёта, например, переднюю кромку. Также лучше всего держать под рукой некоторые материалы для точного измерения веса.
Шаг 5. Электроника
Вот подробный список всего перечня оборудования, входящего в состав модели:
- Передатчик — это контроллер, используемый пилотом для трансляции радиосигналов на приёмник самолёта.
- Приёмник — это устройство, которое получает сигналы от передатчика и передаёт их на сервоприводы и другие устройства.
- Регулятор оборотов мотора управляет потоком энергии, идущим к электрическому мотору (приводам осей).
- Система питания приёмника и приводов уменьшает напряжение от батареи до безопасного уровня для приёмника и другого оборудования.
- Батарея — это источник питания на самолёте, питающий энергией двигатель и другое оборудование.
- Бортовой аккумулятор — батарея, установленная независимо от источника питания, используемого только для питания приёмника и сервоприводов. Аккумулятор повышает уровень безопасности, поскольку он работает независимо от системы питания, которая может выйти из строя.
- Наиболее распространены на RC – моделях бесщёточные моторы. Эти моторы имеют улучшенную эффективность над коллекторными моторами, поскольку у них уменьшенное трение и увеличенное кпд.
Старый тип моторов — это коллекторные двигатели, которые используются в основном в дешевых моделях начинающих авиамоделистов, малых размеров, таких как микро вертолёты. - Аналоговые сервоприводы дешевые и подходят для большинства случаев. Цифровые моторы имеют повышенную частоту кадров и могут обеспечить увеличенную скорость вращения, больший крутящий момент и точность. Однако, цена таких моторов находится в другом ценовом диапазоне, и требуется точно подбирать подходящую систему питания для установленного числа сервоприводов.
Шаг 6. Определение веса
Следующий шаг в планировании проекта — это определение веса. Этот этап даст понимание о реализме модели и насколько она жизненна. Я рекомендую Вам составить таблицу, чтобы быстро перебрать возможные варианты конструкции (например, такую, как моя таблица «Расчёта веса»).
Во-первых, начните перечислять компоненты, которые входят в вес самолёта, например, сервоприводы и приемники. Потом оцените полный вес самолёта, и разложите его по частям на вес крыла, хвоста, фюзеляжа, шасси и системы питания. На данном этапе будет видно, сколько потребуется питания для модели и какой у неё будет вес. Если вес самолёта окажется избыточным, то увеличится площадь крыла, а конструкцию самолёта нужно будет пересматривать. В дополнение на этом этапе нужно будет оценить, насколько быстро модель будет набирать взлетную скорость. Для этого используйте уравнение подъемной силы, приведенное на рисунке и в таблице, и подставьте в него значения аэродинамического коэффициента максимальное для вашего профиля, либо консервативное значение равное 1,1.
Шаг 7. Расчет элементов питания
Легкая и эффективная система питания лежит в основе любого самолёта. Для авиамодели с электрическим приводом лучшее решение – это бесщеточный мотор с литий-полимерным аккумулятором. Вот некоторые советы, которые я могу дать исходя из своего опыта.
- Для того, чтобы подобрать подходящую систему нужно знать уровень потребления мощности вашего оборудования. Подобрать систему можно в любом интернет-магазине оборудования для авиамоделистов: www.rc-airplane-world.com
- Как только требуемая мощность определена, следующий шаг состоит в том, чтобы найти моторы, наиболее подходящие для таких условий. При поиске важно знать рабочее и предельное значение мощности. Они должны соответствовать вашим условиям.
- Скорость бесщеточных моторов измеряется в Kv. Kv расшифровывается, как число оборотов, приходящихся на один вольт. Высокие значения Kv больше подходят для небольших моделей и туннельных вентиляторов. Моторы с низким значением Kv производят больший крутящий момент, но крутятся с меньшей частотой, чтобы их разогнать обычно используют высокое напряжение. Общий подход такой: при одинаковых мощностях на выходе мотор с высоким kv будет крутить меньший пропеллер быстрее, если увеличить напряжение, тогда как мотор с низким kv большой мотор будет крутить гораздо медленнее и с большим потреблением электричества, но на большем напряжении. Золотая середина при выборе мотора находится между оптимальным размером батареи и подходящей мощностью.
- Я настоятельно рекомендую использовать калькулятор для того, чтобы оценить производительность мотора до его покупки. Ecalc – это простое и доступное веб приложение, содержащее большое количество моторов и пропеллеров и позволяющее оценить характеристики различных комбинаций перед покупкой. В приложении Вы также сможете быстрее оценить потребляемый Вашей конструкцией ток, а также измерить тягу: www.ecalc.ch
- Регулятор скорости мотора должен быть выбран так, чтобы соответствовать рабочему напряжению и току мотора. В дополнение к этому, если электроника самолёта будет отключена от системы питания, встроенной в контроллер мотора, то электричества должно хватить для всех сервоприводов. Также следует предусмотреть 20% запас мощности у контроллера для гарантии безотказной работы.
- В последнюю очередь следует выбрать батарею. Если выбрать батарею с меньшей мощностью, чем нагрузка, то она может выйти из строя в самый неподходящий момент. Литий – полимерные аккумуляторы оцениваются по количеству ячеек в батарее, например, чем больше значение «S», тем выше значения напряжения. Емкость батареи оценивается в мА-ч, а скорость разряда оценивается в С. Для того, чтобы оценить максимальное значение тока, которое можно выжать из батареи, нужно взять емкость батареи в мА-ч, разделить на 1000, а затем умножить на рейтинг С. Также помните о запасе в 25% скорости разряда, поскольку у некоторых батарей срок службы элементов завышен. И, наконец, никогда не допускайте слишком большого разряда литий — полимерных аккумуляторов, и заряжайте батарейки каждые 10 полётов.
Шаг 8. Проверка конструкции
Эскиз самолёта в боковой проекции
Эскиз самолёта в виде сверху
Эскиз самолёта в боковой проекции
Эскиз самолёта в виде сверху
Как только проектирование завершено, нужно проверить конструкцию. Для этого я сделал эскизы моей модели в масштабе 1:2. С помощью этого нового эскиза я сделал планерную версию своего самолёта из пенопластика. Изготовление прототипа началось с создания фюзеляжа в виде боковой проекции с рулем высоты. Затем в фюзеляже был вырезан паз под хвостовое оперение. Обратите внимание, что хвост установлен с отрицательным углом атаки, как и положено. Для стандартного исполнения самолёта с главным крылом впереди хвоста, это важно для устойчивости. Для того чтобы две части крыльев соединить вместе, я вклеил несколько частей провода в крыло и просунул его наполовину в противоположное крыло, а затем обвязал самолет упаковочной лентой и добавил кусок пластилина в носовую часть для баланса. Во время испытания модель показала себя хорошо, быстро выходила из сваливания и хорошо летала, поэтому я решил начать собирать полномасштабную модель.
Источник