ЭКО Джет-3: По следу ящера

Полёт мысли в стиле Стэлс (ЭКО Джет)
Беспилотники на МАКС-2007
Купание в облаках (аэрофото- и видеосъёмка)
Бабье лето (аэрофотосъёмка, Смоленск)
VIVA JET
На стыке двух стихий
<font size=“6”><font color=“DarkRed”> <font size=“7”>ЭКО Джет-3: По следу ящера</font></font></font>
<font size=“4”><font color=“DarkRed”>или финальный аккорд симфонии ЭКО</font></font>

видео: www.youtube.com/user/AnatolBrand#p/a/u/0/EZB2rQdqi…

<font size=“3”>Старт проекта

Осенний прогноз погоды не предвещает ничего хорошего и регулярные полёты пришлось прекратить до наступления тёплых времён. А значит наступило время строить планы на будущее и прикидывать новые проекты. Ну и раз уж Бог любит троицу, то и серия ЭКО (Экспериментальный концептуальный образец) требует постройки третьего такого образца. Первый завершил свой героический, более чем 30-ти часовой путь в небо, разукомплектован и нашёл своё последнее пристанище в музее. В результате освободились для дальнейшего боевого применения: импеллер VASA Fan 65, двигатель MEGA ACn 16/15/3, регулятор оборотов, приёмник, сервы, BEC и тд

</font>

<font size=“3”> Концепция традиционна: Модель спортивного самолёта для экстремальных полётов и пилотажа, рассчитанная на опытных пилотов, премиум класса качества исполнения, исключительно простая и прочная, не требующая в изготовлении какой-либо специальной оснастки и доступная для постройки в домашних условиях.

Выбирая компоновочную схему будущего летательного аппарата хотелось учесть все недостатки VIVA-Джета, а именно недостаточную устойчивость в виражах и довольно сильный пикирующий момент от импеллеров, возникающий по причине их высокого расположения относительно продольной оси. При всех недостатках Эко Джета первого, его очевидный плюс - это единая несущая поверхность , фактически летающее крыло, что давало ему значительный выигрыш в устойчивости. Вместе с тем хотелось попробовать нечто новое чтобы внести долю эксперимента в будущий проект, однако эта доля должна находиться в разумных пределах чтобы избежать полного провала, как в случае с попыткой управления вектором тяги посредством обдува V-образного оперения на первом варианте VIVA-Джета. Таким образом первый вариант будущего аппарата был скомпонован по схеме “утка”:

Поле для экспериментальной деятельности здесь очевидно - это и управление срывом потока и вектором тяги. Можно будет также “поиграться” с гироскопом в канале крена. Однако что-то остановило в выборе данной схемы, вероятно самолёт показался мне некрасивым и громоздким, и это вернуло меня к интегрированной “классике” с механизмом УВТ:

Модель не является какой-либо полукопией, это как и ранее абсолютный свободный полный полёт мысли автора, хотя в её дизайне заложены современные тенденции облика летательного аппарата, реализованные в частности на американском “рапторе”. Поэтому статья называется “по следу ящера”, а самолёт просто “Раптор”, хотя конечно же это никакой не F-22.

Что нам стоит самолёт построить! - нарисуем и построим!

Пока непонятно как будет изготовлен воздухозаборник, но по ходу дела разберёмся. Главное - начать, и идеи посыпятся как град с неба - это проверено! Цельной несущей доски, как предполагалось ранее, не будет, 5-мм основа служит для построения на ней наборной конструкции несущего фюзеляжа - центроплана крыла. Собственно крыло делаем по накатанной технологии. Вырезаем наполнитель из пенопласта методом одного шаблона и оклеиваем бальзовым шпоном под прессом, армируя карбоновой нитью крест-накрест и по кромкам:

В целом конструктивно новый самолёт будет нечто среднее между двумя предыдущими моделями. От первой взята цельная плоская несущая основа модели, от второй - обтекаемые формы вплоть до полного их повторения, конструкция и профиль крыла GOE795 модифицированный до почти плоско-выпуклого, который прекрасно себя зарекомендовал.

Весь процесс снимается на видео поскольку мой многострадальный фотоаппарат, выдерживавший падение с километровой высоты, не вынес губительного воздействия солёной морской воды. По завершении проекта опубликованные фрагменты сложатся в полноценный фильм о создании летающей радиоуправляемой модели самолёта на электро-реактивной тяге.

Итак, разрезаны первые доски, и проект ЭКО ДЖЕТ-3 запущен в производство.

www.youtube.com/watch?v=hRyqhm1GgYU

Вектор силы

Следующий шаг, определяющий дальнейшее конструирование модели - это узел установки импеллера. От него будем “плясать” дальше. Первоначально предполагалось что Vasa Fan 65G будет освобождён от своей внешней оболочки и превращён в просто Vasa Fan 65, установлен внутри фюзеляжа неподвижно, а управление вектором тяги будет происходить посредством “газодинамических рулей” образованных корневыми частями ЦПГО (на эскизах понятно как), попадающих в поток импеллера. Долго я думал спиливать или не спиливать “родную” губу импеллера, которая имела ещё вполне товарный вид, да и канал с соплом можно ещё было подклеить и использовать. В результате пошёл по пути наименьшего сопротивления, решив оставить всё как есть, и весь агрегат поместить на шарниры внутри фюзеляжа и никаких “газодинамических рулей” - хватит сомнительных экспериментов.

Расположение импеллера по продольной оси модели диктуется двумя противоречивыми соображениями. С одной стороны импеллер должен быть как можно ближе к центру масс модели чтобы не возникло проблем с центровкой, с другой стороны как можно ближе к хвосту чтобы уменьшить вырез под его установку и чтобы отклонение вектора тяги более эффективно влияло на балансировку модели в полёте. В результате некий компромис было найден, а импеллер подвешен на прочные шарниры, позволяющие ему отклоняться на значительные углы в продольной вертикальной плоскости, обеспечивая УВТ по тангажу.

www.youtube.com/watch?v=NlxkVoDJFM0

Теперь, когда решён вопрос с расположением и креплением силовой установки, можно определить положение аккумуляторного отсека. Для расчёта компоновки используем программу определения фокуса модели самолёта:

и считаем что центр масс планера совпадает с центром давления и вес планера намного меньше веса двигателя Mega ACn 1615/3 с импеллером (136 г), регулятора оборотов Markus SL40 (40 г) и аккумуляторной батареи 4S 2200 20(30)С (210 г). Остальная электроника располагается в области центра масс и на центровку существенно не влияет. Тогда согласно схеме расчёта и формуле равновесия моментов относительно передней границы центровки:

Lимп х Mимп + Lрег х Mрег = Lакк х Mакк

При Lимп=230 мм, Lрег=120 мм, Mрег=40г, Mакк= 210г, аккумулятор, точнее его центр масс должен располагаться не ближе 170 мм от передней границы центровки. Эскиз модели уточняется и обретает размеры:

Далее конструирование модели - это чистая импровизация, полёт мысли, ловкость рук и никаких заморочек, о чём свидетельствуют очередные фрагмент фильма о постройке модели:

www.youtube.com/watch?v=2yKAs6Esnj8

Скока вешать в граммах?

Пора бы прояснить что же мы всё-таки строим, и как оно примерно полетит. Для этого проанализируем приведенные ранее занятные картинки. Результаты расчёта по WinLaengs позволяют определить основные геометрические параметры модели:

S=20,45 дм2

Размах крыла

L=860 мм

Средняя хорда:

САХ=330,8 мм

Удлиннение:

Л=3,6

Теперь вернёмся к анализу нашего профиля (уже модифицированного) из статьи о VIVA JET:

Припомним также параметры мотоустановки, обкатанной на ЭКО Джет-1:

Выбранная конструкция и аэродинамическая компоновка позволяет с высокой долей точности считать наш будущий самолёт дельтавидным летающим крылом с “оторванными элеронами” и изломом по передней кромке, тогда оценки аэродинамических коэффициентов крыла будут близки к аэродинамическим коэффициентам всей модели:

Cy max=1,01
Cy opt(K max)=0,55
K max=10,54

Cxi=0,007
Cxo(Cy=0)=0,02
Cx opt=0,017

Тогда при ожидаемом весе модели

m=800г

Тяговооружённость в статике

T=0,96

Нагрузка на крыло

Q=39,11 г/дм2

Максимальная скорость прямолинейногополёта с работающим двигателем

Vmax=корень(2Q(T-sinФ)/(pCxo)) при Ф=0, T=0,7

Vmax=47 м/с = 172 км/ч

Скорость планирования с выключенным двигателем:

Vпланир = 19 м/с = 68 км/ч

Угол планирования:

Ф=5,41 градус

Скорость пикирования:

V пикир = 57 м/с = 205 км/ч

Скорость сваливания:

Vкрит = 8 м/с = 28,92 км/ч

Таким образом получается модель с относительно небольшой нагрузкой на крыло, диапазон скоростей полёта позволяет ожидать весьма неплохие маневренные характеристики вплоть до сверхманевренности учитывая устройство УВТ, гиростабилизацию и аэродинамическую компоновку.

Прилив энтузиазма, свежих идей, очевидных конструкций и работа закипела! Эволюция проекта в следующих видеофрагментах:

www.youtube.com/watch?v=w-h3U2Q1mio

Конструкция фальшкилей обеспечивает прочность хвостовой части, надёжность крепления основных килей и опору модели при посадке:

www.youtube.com/watch?v=iNdIbsT_-cY

По ходу дела решение воздухозаборника оказалось проще чем можно было предположить:

www.youtube.com/watch?v=OBXhKNbq5Sc

К полёту готов!

Итак, начавшись под плач осеннего дождика, под звон уже весенней капели завершился производственный этап на проекте ЭКО Джет-3. Все системы отлажены, изделие полностью готово к лётным испытаниям. Достигнута главная цель: самолёт получился очень красивый, надеюсь это неоспоримо доказывают следующие фотоснимки:

По центровке удалось попасть в самое яблочко! Перемещая аккумулятор по отсеку ближе к носу получаем расчётную переднюю границу центровки, а назад к хвосту - заднюю.

Немного разочаровали тягово-весовые характеристики, 750 грамм тяги на 990 грамм веса. Это означает превышение по весу почти на 200 грамм сверх ожидаемого значения. При этом масса пустого планера без обтяжки была всего 290 грамм. Всё остальное - это плёнка, электроника, шасси и силовая установка. Видимо чудес на свете не бывает и такова реальность. Ставка сделана на маневренность и устойчивость в манёврах, чему послужит концепция единой несущей поверхности большой площади, сильно развитые рули, и естественно механизм отклонения вектора тяги.

Состав оборудования в первом приближении:

Сервомашинки:
ЦПГО - Multiplex nano MG
Элероны - Blue Arrow 432
УВТ - Multiplex nano MG
Замок стойки шасси - HES-490
Регулятор оборотов Markus SL-40
Приёмник Corona RD620
Модуль питания Hobby Wing UBEC 3А, 5/6V

Элероны работают синхронно с ЦПГО по крену и тангажу по схеме EL-mix, обеспечивая эффективный крен и повышая устойчивость к срыву потока в крутых виражах. Управление вектором тяги назначено на 4-й канал и может быть синхронизировано с каналом руля высоты (2), а может работать и самостоятельно от левой ручки передатчика.

Заключительный видеофрагмент о постройке модели демонстрирует работу системы управления:

www.youtube.com/watch?v=hnYr3rGk9Zk

Мне бы в небо!

Испытания своих новых моделей с некоторых пор стало для меня решением загадки “в чём же на этот раз я просчитался?”. Впрочем на этот раз меня ждало приятное разочарование: ни в чём! В день, когда все звёзды сошлись по фен-шую, новейший Экспериментальный Концептуальный Образец был доставлен на полигон под Чеховым. Бескрайнее поле с высокой травой, лёгкий ветерок, жаворонки, кузнечики, вокруг ни души. Газ на три четверти, и даже лёгкой пробежки с моделью в руке достаточно чтобы почувствовать: самолёт рвётся в небо! Разжимаю пальцы и, после лёгкой раскачки (чрезмерная реакция на рули) модель устремляется ввысь!

Газ на ноль, планирование. Пару щелчков триммерами по крену и тангажу вниз-вправо и планирование идеально ровное. Угол планирования близок к расчётным пяти градусам. Сваливание начинается при довольно значительных углах атаки, больше 10 градусов. Если взять ручки на себя, то самолёт парашютирует - падает плашмя.

После того как планирование оттриммеровано, газ на максимум, и самолёт слегка пикирует. Тут на выручку приходит механизм УВТ. Триммирую импеллер по установочному углу левой ручкой, и паразитный момент при подаче газа полностью ликвидирован.

После посадки на мягкую траву осталось смикшировать тангаж с УВТ, “придавить” расходы рулей и… начинаются настоящие чудеса под облаками! Таким образом в июне 2009 года третий ЭКО ДЖЕТ по прозвищу “Раптор” начал свой триумфальный путь в небо.</font>