VIVA-это победа!

Полёт мысли в стиле Стэлс (ЭКО Джет)
Беспилотники на МАКС-2007
Купание в облаках (аэрофото- и видеосъёмка)
Бабье лето (аэрофотосъёмка, Смоленск)
Тюнинг Omei2000EP
VIVA JET
На стыке двух стихий
По следу ящера

VIVA - это победа!
​

Новая концепция высокоскоростной высокоманевренной спортивной модели самолёта
на электро-импеллерной тяге для экстремальных полётов и пилотажа VIVA JET 😃

Публикация на сайте http://avmodels.ru

www.youtube.com/watch?v=eCiVzR9IV54

Постановка задачи

Идея постройки модели спортивного самолёта с двумя импеллерами зарождалась ещё тогда когда ЭКО ДЖЕТ делал свои первые робкие шаги в небо. Сегодня, когда “буратино” налетал уже более 30 часов, и практически выработал весь ресурс конструкции и электроники, можно назвать явные и очевидные недостатки этой конструкции чтобы избежать их при постройке нового скоростного джета, а именно: плохо обтекаемая форма фюжеляжа, иногда казалось что к модели привязали тормозной парашют, а также расположение импеллера в тени фюзеляжа, что не позволяет ему развить максимально возможную тягу, которая потенциально может быть развита благодаря расположению импеллера в отдельной гондоле, без длинных разветвлённых каналов как в случае когда импеллер спрятан в недрах фюзеляжа.

Очевидным достоинством ЭКО ДЖЕТа является простота его конструкции. Для постройки такой модели достаточно канцелярского ножа, линейки, нождачной шкурки и циакрина. Модель интересна тогда, когда любой сможет её повторить по чертежам и привнести что-то своё без необходимости изготовления или приобретения какой-то сложной оснастки. Это должно быть перенесено и на новый проект, только понадобится ещё отрезок нихромовой проволоки и блок питания 12В.

Почему два импеллера? Ведь очевидно, что два импеллера хуже с точки зрения и тяги, потребления тока и веса аккумуляторов, чем один импеллер всего лишь на 10-15% большего диаметра на столько же более мощным двигателем, ведь тяга импеллера прямопропорциональна четвёртой степени диаметра рабочего сечения. Тем не менее фактор “хочу и всё тут!” возобладал над здравым смыслом.

К тому же от предшественника остался бесхозный Mini AC 1215/12, но поскольку постройка модели с силовой установкой 150 ватт никак не входила в мои планы, напрашивался выход: удвоить мощность, применив на модели два таких двигателя с импеллерами Vasa Fan 55G:

Производитель заявляет тягу 338 г в статике при токе 20А и напряжении 8,15В. То есть от батареи LiPo 3S ток будет около 25А, тяга около 380г или 760г на пару. Это примерно то же самое что даёт один Vasa Fan 65G с мотором MEGA 1615/3 при этом он потребляет в полтора раза меньший ток и во столько же раз меньше весит, чем два 55-х импеллера с двумя моторами, регуляторами, аккумуляторами, плюс сопротивление двух мотогондол вместо одной. Проигрыш налицо. И всё же проект был запущен, и данные параметры были заложены в основу расчётов, по которым при единичной тяговооружённости и нагрузке на крыло 60 г/дм2 площадь крыла будущей модели составит не менее 13 и не более 15 дм2.

Следующий вопрос - компоновка. Этот вопрос должен был как-то увязаться с желанием построить высокоскоростной и высокоманевренный самолёт, при этом ещё и с управляемым вектором тяги (посещение МАКСа едва ли оставит всякого нормального моделиста равнодушным к этой безумной идее).

Планы по реализации УВТ принимали самые гротескные формы, и едва ли они заслуживают внимания, однако все они не сочетались с желанием создать простую конструкцию, с которой справится любой начинающий моделист. Хвала небесам, установки импеллеров на поворотные оси, помещения в поток управляющих створок и тд и тп, всего это удалось избежать и прийти к подкупающей своей “новизной” идее обдува хвостового оперения. А поскольку предполагается два импеллера, и они должны обдувать равнозначные рулевые поверхности, возникла идея V-образного хвостового оперения и названия модели V-JET или VIVA-JET. Эскиз будущей модели буквально вылетел из-под карандаша, и тут же был запечатлён на жёстком диске компьютера. Это будет единственное существующее в природе изображение модели, о которой далее пойдёт речь:

Сборочный цех

Как разрезать две доски чтобы получился самолёт я уже подробно изложил. На этот раз всё немного сложнее: возьмите пять досок бальзы и кусок пенопласта, аккуратно склейте вместе, после чего нождачной шкуркой придайте форму самолёта. В каждой шутке есть доля шутки, в подтверждение чему последующее описание процесса постройки модели.

Крыло

Профиль крыла GOE795 двояковыпуклый несимметричный, в меру остроносый был выбран благодаря малому коэффициенту сопротивления Сх и его относительно ровному поведению в диапазоне углов атаки от -1 до +4 градусов, что видно по полярам данного профиля, немного мною модифицированного (нижний обвод от 1/5 части хорды до конца вырожден в прямую линию и относительная толщина доведена до 8%):

Расчёты на Motokalk дали следующие вполне неплохие результаты:

Изготовить крыло решено было как бальзово-пенопластовый сэндвич армированный углеволокном. Наполнитель из обычного упаковочного пенопласта от мебели изготовлен очень простым, хотя и весьма экстравагантным методом по одному шаблону. Шаблоном является корневая нервюра крыла, приклеенная к торцу пенопластового бруса. Все последующие действия понятны из рисунка:

Вот что получилось:

Остатки пенопласта не выбрасываем, они послужат формой пресса для последующей оклейки шпоном:

Теперь шкурим:

приклеиваем и подгоняем законцовку:

переднюю кромку проклеиваем углеволокном, бальзовой рейкой и скругляем:

склеиваем консоли вместе, делаем вырез под наплывы, которые будут принадлежать фюзеляжу, вырезаем элероны. Крыло готово:

Фюзеляж

Как делать фюзеляж я не имел ни малейшего представления, но стоило взять в руки нож и бальзу, всё срослось само собой. Силовой основой послужит Т-образная балка, иначе говоря тавр, на котором будет крепиться крыло, кабина пилота с аккумуляторами и верхний отсек с электроникой. Куда крепить импеллеры - на крыло или на фюзеляж станет ясно по ходу дела. Склеиваем вместе две доски и обтачиваем по форме фюзеляжа самолёта:

Нижнюю часть укрепляем углепластиковой рейкой для прочности:

С верхней частью придётся немного поколдовать. Она должна точно прилегать к нижней и плотно прижимать крыло. Конструкция выполнена наборной, шпангоуты из самой мягкой бальзы 4мм вырезаны грубо, после вклейки доведены до нужной формы:

Хвостовая часть усилена по месту установки стабилизаторов:

Для соединения верхней и нижней частей фюзеляжа предусмотрены специально приобретённые в розничной торговой сети “грибки”:

После оклейки всей конструкции бальзовым шпоном 1 мм прикладываем шаблон профиля крыла и делаем вырез под крыло:

Теперь можно всё собрать вместе и с замиранием сердца посмотреть что получилось:

Остаётся зашить нижнюю часть фюзеляжа бальзой толщиной 2мм, изготовить наплывы:

и придать носовой части обтекаемую форму также довольно экстравагантным образом. Разводим эпоксидную смолу с пенопластовыми шариками… и далее понятно по картинкам:

Не считая мелких доводок и общей ошкурки полученных изделий, фюзеляж и крыло готовы к обтяжке плёнкой “Touhlon” моего фирменного красно-серебристого цвета:

На крайних фото модель уже снабжена импеллерами и фонарём кабины аккумуляторов. Форма для фонаря склеена из толстых пластин-отходов бальзы:

Теперь на всё это хозяйство в сборе надевается бутылка и в духовку! :blink: 5 секунд - фонарь готов.

И вот наконец можно снять размеры по факту с готовой модели и опубликовать её окончательный чертёж:

С импеллерами оказалось всё немного сложнее чем я думал…

Силовая установка

На тот момент в розничной торговой сети Москвы был доступен только один импеллер Vasa Fan 55G и ни одного мотора Mini AC 1215/12. Пришлось искать другие варианты, и вспомнил я как когда-то давно на заре увлечения RC-моделизмом пришёл я в легендарный “Термик” и увидел там великолепные импеллеры Граупнер из карбона идеальных форм и высочайшего качества, как впрочем и вся продукция Граупнер:

Подумал я тогда - вот вырасту большим, стану крутым моделистом - обязательно куплю их и построю классный импеллерный самолёт! Время пришло, и два последних импеллера Graupner 1380 терпеливо дожидались меня на полках “Термика”. К моей модели они идеально подходили по размерам, правда немного вываливались по весу, и расчитаны на работу как раз с моим Mini AC 1215/12. Диаметр рабочего сечения канала уже 60 мм, выходной диаметр 55мм. Посмотрим что думает по этому поводу господин Мотокалк:

Ну… как-то ничего хорошего он по этому поводу не думает. Особенно шокируют потери мощности 44 ватта в случае с батареями 2S LiPo и 122 ватта с батареями 3S LiPo! Это больше чем 60% потерь. В общем, инранеры от Model Motors экономичностью никогда не славились. Может быть в вертолётах или с редукторами, но никак ни в импеллерах. Тем временем вырисовывается другой весьма привлекательный вариант:

Ну конечно же Мега! Более чем пол-кило тяги при токе всего 26 ампер от двух полимерок! Да и скорость потока на выходе позволит построить действительно скоростной самолёт. Два месяца терпеливого ожидания и два чудо-двигателя Mega ACn 16/7/4 успешно преодолели границы некогда братских государств (отдельная благодарность магазину Е-Fly) и добрались до моего просторного балкона-моделки.

В чём собственно говоря чудо? Ну не говоря об идеальном качестве исполнения, кевларовой обмотке ротора, эти моторчики живут на мощностях до 250 ватт, а особо смелые товарищи типа меня, безболезненно разгоняют их до 350, и это при весе 48 гр! Сопротивление обмотки всего 16,5 мОм. В общем, все выгоды моторов Mega вполне очевидны.

Установка двигателей Mega ACn 16/7/4 в импеллеры Graupner 1380 с регуляторами хода Dualsky XC25A и аккумуляторами Pilotage 2100 11.1В два в параллель дала следующие результаты:

Вес модели 1050 гр.

Максимально допустимый ток для одного двигателя и регулятора 25А достигается при положении ручки газа примерно 3/4, при этом модель удерживает свой вес, то есть тяга равна примерно по 525 гр на импеллер.

При максимальном газе ток достигает 35 ампер на каждый импеллер. Модель поднимает свой вес и ощущается значительное дополнительное усилие на подъём, то есть тяга значительно больше чем 525 гр на один импеллер. После 10 секунд работы в таком режиме регулятор начинает сбрасывать обороты - срабатывает защита от перегрева.

Здесь надо учитывать, что это были статические испытания, обдува регуляторов хода никакого. Условия их работы в полёте будут разумеется иные, ток будет меньше, и 5-секундного “форсажа” вполне хватит на какой-нибудь экстремальный манёвр.

В общем самолётик получается горячий, а меня не покидает чувство тревоги, что я построил нечто, что превосходит мой собственный уровень подготовки, и ничего подобного класса качества, сложности и характеристик я никогда ранее не строил. Машина, ревущая двумя импеллерами, и поднимающая своими плотными струями воздуха всё в квартире вверх дном, рвётся в небо!

Мысли в ночь перед стартом

Испытания импеллерной модели имеет ряд довольно неприятных и опасных моментов. Нет никакой возможности для “подлётов” или испытаний типа “на планирование”. Нет их и у многих других категорий моделей, но по крайней мере поведение, например, пилотажки можно предвидеть и с первого полёта сразу идти на чемпионат. С импеллерами всё несколько иначе. Высокая начальная скорость, плохая управляемость сразу после старта не оставляет модели шансов: она должна или сразу полететь так как надо, для чего необходимо всё до мелочей правильно рассчитать и предугадать, или она должна потерпеть крушение. Это и есть одна из причин почему люди строят импеллерные модели. Если бы мы искали лёгких путей - строили бы бесчисленные “Катаны” и “Фунтаны”. Но мы не ищем таковых, а эксперимент дороже всех тех затрат и потерь, которые подстерегают нас на пути.

В данном случае модель - это один большой эксперимент и знак вопроса. Как поведёт она себя в воздухе? какова будет реакция на рули, помещённые в скоростной поток импеллеров? как будет работать в этом случае V-образное оперение? не будет ли паразитных перекрёстных связей по каналам управления газ-тангаж-рыскание? как будет взаимодействовать воздухозаборник импеллера с корневыми вихрями? не будет ли оперение терять эффективность на больших углах атаки попадая в аэродинамическую тень крыла? и тдтдтдтдтд… Вопросов гораздо больше чем ответов.

Небо ответит на все вопросы

День “X” настал, изделие доставлено на полигон. В радиусе 1 км никаких построек, растительности, людей и машин. Чистое поле. Московская область, Чеховский район. Ветер 3-6 метров в секунду, переменная облачность, +25 тепла. Собираем аппарат. Все системы работают идеально. Аккумуляторы полностью заряжены.

Ручка газа на 3/4, модель рвёт из рук. Разбег, бросок, и… что-то не так… 😕 Модель не реагирует на ручки управления. На самом деле реагирует, но слишком сильно и с раскачкой, заваливаясь то на одно крыло, то на другое. Добиться прямолинейного полёта невозможно. Направить модель по заданному курсу невозможно, продолжать полёт невозможно. Газ на ноль, падение в траву.

Проверяем центровку. Она была расчитана в програме WinLaengs:

Как будто всё учтено, но стоит попробовать переместить ЦТ немного вперёд.

Снова старт, немного меньше газ. Модель выравнивается и летит очень неуверенно и неустойчиво, медленно набирая высоту. Увеличение газа ведёт к усилению реакции на рули и беспорядочной раскачке. Модель снижается до опасной высоты, сброс газа, срыв в штопор и погружение в грунт по самое крыло.

Раскопки дали обнадёживающий результат: потерь нет, образец абсолютно цел. Сами же испытания после ещё нескольких безуспешных попыток выявили полное крушение надежд. Идея управления вектором тяги путём обдува рулей V-образного оперения, идея, которая вынашивалась и воплощалась целый год долгими холодными зимними ночами, с треском провалилась. Модель в полёте неустойчива и практически не управляема во всём диапазоне центровок. Добиться прямолинейного горизонтального полёта невозможно из-за неразрешимого противоречия, возникающего между силами, естественным образом действующими на модель в полёте и силами, возникающими в результате обдува рулей. В результате возникают многочисленные паразитные взаимовлияния каналов управления: газ-рыскание, тангаж-рыскание, газ-тангаж, и удержать модель ровно практически невозможно. Любые управляющие воздействия приводят к раскачке модели и беспорядочному падению. По сути получилась ракета с газодинамическими рулями, справиться с которой способна лишь система автоматической стабилизации.

Какие дальнейшие действия? В конструкцию этой экспериментальной модели были заложены многочисленные “пути к отступлению”. Эксперимент есть эксперимент - никто не гарантирует результат. Можно, например, безболезненно заменить V-образное оперение на классическое, либо Т-образное без обдува рулей. Можно вообще отказаться от импеллеров и установить в носовой части мотор МЕГА 1615/3 с винтом 6х6 и получить скоростной спортивный самолёт. Всего лишь один вечер потребовалось чтобы доработать оперение, и вновь выкатить изделие на полигон:

На сей раз никаких сюрпризов не было. Газ на 3/4, разбег, бросок, и вот она победа! Ровно и плавно по достаточно крутой траектории около 30 градусов модель набирает высоту. Считанные секунды и самолёт уже едва виден. Разворот, разгон с горки, полный газ на 5 секунд, и образец со диким свистом проносится мимо на малой высоте. Скорей это даже не свист, а хруст с низкочастотными призвуками. Модель буквально вспарывает воздух! Слышен характерный резонирующий звук при работе двух турбин, как на настоящих самолётах. Ничто не мешает движению вперёд, ничто не тормозит разгон, управление чёткое, расходы рулей выставлены идеально верно - ни много ни мало. Петля, бочка, кубинская восьмёрка, разворот на горке… не верится что это первый полёт. Кажется что этот самолёт летал всегда. Однако выявились и некоторые негативные моменты. Всё же классическая компоновка уступает в маневренности “летающей доске с мотором и рулями”, каковым был предшественник. На новой модели уже нельзя творить всякие безобразия типа крутых виражей, разворотов на месте, зависаний и полётов на срыве потока на больших углах атаки. Чуть перебор по рулям в вираже - срыв потока и штопор, чуть ниже критической скорость полёта - то же самое. Планирование идеально благодаря плоско-выпуклому профилю крыла, но скорость довольно значительная. Каждая посадка стоит нервных клеток.

Таким образом 21 июня 2008 года второй Экспериментальный Концептуальный Образец VIVA JET поднялся в воздух и совершил 4 успешных испытательных вылета, продемонстрировав превосходные лётные и пилотажные качества, как впрочем, и унаследованные от предшественника стремительный характер и строптивый нрав. Эта модель шуток не любит и ошибок не прощает, но при умелом пилотировании гарантирует пилоту тонну адреналина и массу удовольствия от полётов!