Куб-тренер с применением аддитивных технологий.
Да,а для печати ведь придется прорисовывать каждую нервюру…
Если с этим проблемы, могу помочь. Нужен профиль, желаемые сечения кромок и лонжерона и общий эскиз полукрыла “вид сверху” с центропланом. Даже от руки пойдёт. Но с другой стороны, если дело далеко не зашло в проектировании, то могу предложить готовое крыло (в проекте, разумеется). Медленно продвигается у меня проект FPV носителя размахом 2200 мм. Крыло имеет профиль SD7090 с хордой нервюры 220 мм, двухлонжеронное, прямоугольное, разьёмное по центроплану. Усилено сосновой балкой с угольным вкладышем 6х6 мм. На нём также были применены аддитивные технологии в части конструкции центроплана, направляющих соединения и законцовок. Но в общем и целом конструкция сделана под лазерную резку всей структуры из 3 мм тополиной фанеры. Передняя кромка - бальса 12х12 мм и стрингеры - бальса 3х8 мм (на фото).
То есть, имеются архивы dxf под лазерную резку и stl под печать. KIT на крыло был порезан, всё собралось на сухую без ошибок и одно полукрыло и центроплан были изготовлены. Если устраивает так как есть, передам архивы. Только имейте в виду, что для печати нервюр 300 мм понадобится принтер с полем, куда нервюра будет укладываться хотя бы по диагонали.
В любом экспериментальном производстве в озникает необходимость изменения конструкции детали или узла. И это всегда сопряжено с дополнительными затратами и потерей времени. В конкретном случае аддитивные технологии позволяют сравнительно безболезненно и очень быстро выполнить задуманное изменение. По результатам предварительной сборки фюза по прошествию времени захотелось изменить конструкцию хвостовой балки. От сборной сосновой рейки 10х10 перешёл к бальсовой 12х12, усиленной накладками из шпоновой рейки 0.5 мм,а от нее, к комбинации PVC трубки 16 мм х 0.5 (стенка) и отрезка бальзовой с накладками для крепления узла оперенеия. Для этого пришлось изменить конструкцию бобышки и держателя крыла. Поменять сечение державки балки с квадрата на круглое и все заново перепечатать. Выбор PVC обусловлен как, желанием уменьшить донное сопротивление соединителя, ну и, просто, слегка добавить элегантности дизайну фюза. Элегантность - понятие очень субьективное, особенно в технике, но здесь налицо и конкретное придание более плавных форм бобышке и аэродинамической обтекаемости всему узлу.
В том же ключе решил переработать конструкцию хвостового оперения, приведя её к технологическому подобию с уже законченным крылом. Иначе получается эклектика, чего желательно избегать в проектировании даже такого незамысловатого аппарата. С другой стороны, эта инженерная модель имеет статус technology demonstrator, то есть на ней проверяются конструкции и технологии, которые могут применяться на других разработках. Поэтому уже готовое хвостовое оперение отложено на полку и будет изготовлено новое. Благо спешки нет. На фотках:
От эскиза стаба в AutoCAD, в моделях нервюр в SW до печати на 3Д принтере - неделя. Собственно, конструкция стабилизатора повторяет крыло. Набор нервюр, законцовки и центроплан из PLA. Лонжеронная балка - сосновая рейка - диам. 5 мм. Второй шпангоут - угольная рейка 2 х 1 мм2. Кромки - бальса. Обтяжка -ткань nylon с пропиткой (полиуретановый лак). Конструкция киля будет аналогичной. Боковины и днище фюза (депрон) были зашиты стеклотканью. В основном из соображений экспуатационной поверхностной прочности. На фото.
На этот раз та же операция по изменению конструкции киля заняла всего пару часов. От получаса на проектирование и 1.5 часа на изготовление. После анализа первой конструкции хвостового оперения решил оставить без изменений технологию производства киля. То есть, плоская печать ферменной конструкции киля и РН с шарнирами. С последующей сборкой шарниров и обтяжкой поверхностей нейлоном и с/т. Только увеличилась высота киля. В пропорции с увеличением размаха стаба. На фото: сборка панели стаба и киль с РН после выхода из 3Д принтера.
Отрастающий хвост: сборка структуры стаба на циакрине. Центроплан был напечатан из 4 деталей и склеен. Конструктивно это сборка из “Т”- профиля на основание которого в пазы вставляется киль и фиксируется циакрином с последующей проклейкой акриловой пастой до образования приливов. В вертикальной стойке профиля два открытых отверстия для фиксации обоих лонжеронов на хвостовой балке. Т.е. центроплан надевается сверху и замыкает их. Две направляющих служат как для установки х.о. на балку фюза, так и для крепления (клеевого) корневых нервюр панелей стаба. Снизу к ним приклеивается костыль. Киль устанавливается на ц.п. после обтяжки. Вес голой структуры - 70 г. Пока этот вариант х.о. выигрывает у предыдущего как по весу так и по площади и размаху. При абсолютном выигрыше в вертикальной жёсткости: сосновая цилиндрическая балка-лонжерон вместе с угольным прутком создают вполне надёжную связку. На фото:
Последняя деталь стаба - законцовка. Напечатана и собрана наживую. После доработки кромок будет вклеена по концевой нервюре. Вес структуры стаба - 34 г. Размах 600 мм.
Работа над структурой стаба близится к завершению. Посажены на циакрин законцовки. Прошлифованы кромки (убывающая трапеция в плане), добавлены бобышки на ласточкин хвост задней кромки РВ. Это нужно для обтяжки тканью (аналогично крылу). Также две бобышки-распорки вклеены между первой и второй нервюрами каждой панели стаба. На них лягут бальсовые пластины усиления центроплана. Чтобы замкнуть структуру для крутильных нагрузок. Ну и установлены петли РВ. О них чуть подробнее: сами петли сделаны из армированного scotch (SICA) с вставкой бобышек из сосновой рейки. В лонжеронах стаба и РВ выполнены щелевые пропилы 1х13 мм (Dremel+ diam. disc). Рядом наклеены упоры из той же рейки 2х2 х10 мм. На ответной стороне лонжерона РВ сделаны такие же пропилы и цилиндрические ложементы для бобышек. При натяжке лент шарниров, бобышки самоцентрируются в ложементе и образуют ось вращения шарнира. Положение натяга фиксируется замком из круглой сосновой рейки 3х20 мм, с пропилом 1 мм. Замок фиксируется корнцангом и проливается циакрином. Через несколько минут шарнир готов к эксплуатации. Конструкция лёгкая, надёжная и дешёвая. В принципе можно использовать и не армированный scotch, или сделать армирование кевларовой или иной нитью между лентами с. После отверждения циакрина излишки ленты срезаются кутером.
Хвостовое оперение после обтяжки стаба и киля нейлоном. Центроплан и киль пока не посажены на клей. Сначала нужно установить кабанчик РВ. На РН он уже стоит.
Хвостовое оперение - финальная фаза. Приливы на киле к стабу выполнены акриловой пастой (El Pulpito) которая применяется для склейки депрона и прочих поропластов. Передние кромки стаба из бальсовой рейки сошлифованной по нужному сечению. Кабанчики из стеклотестолита. Хвостовая балка - труба PVC 16х0.5 мм. Окончательная фиксация балки после полной сборки и определения Cg. Осталось установить сервы РН и РВ, тяги и изготовить колёса, для полной конфигурации планера модели. Колёса планируется изготовить по гибридной технологии, используя 3D print для ступиц и пористый полистирен для ободов. Диаметр - 80-90 мм.
Сервы РН и РВ наклеены на боковые стенки фюза в подцентропланном обьёме. Тяги карбоновые, из двух частей каждая. Муфты из термоусадки. Направляющая опора тяг напечатана из PLA. Остаётся изготовить ступицы и шины колёс шасси, крышку переднего отсека фюза, установить мотор и элементы RC.
Муфты из термоусадки.
Не “хлипковато” будет, если тяги не смотаны нитью?
Не “хлипковато” будет, если тяги не смотаны нитью?
Это на этапе настроек. Не написал, что посадка на циакрин, конечно. Хотя обычно потом подматываю кевларовой нитью.
Подходит к концу постройка cub-trainer. Пока “учил правила”, закончил установку двигателя (1050 kv,180W) и компоновку RC элементов. ESC 40 HK, батарея Zippy, 3S, 1800 mAh (или 4S, 2200 mAh).Prop Airscrew Master 3 blades, 8/4.5". Тяга стат. - 1000-1200 г. Вес аппарата получился - 1000 г. В общем и целом удалось не превысить заданный вес (1 кг). Хотя, скорее всего cub-trainer будет использоваться в группе FPV для тренировочных полётов после зимнего мёртвого сезона. Поэтому будет установлена курсовая камера с управлением по азимуту и передатчик. Но это не сильно увеличит проектную нагрузку. Однако нужно будет скорректировать конструкцию крышки капота.
Были изготовленны колеса шасси. Каждое к. состоит из ступицы, реборды и шины, напечатанных из PLA + металлических деталей: втулки, шайб и осей. Шины разделены по главной плоскости для упрощения условий печати и склеены циакрином. Сборка колеса производится после покраски всех элементов, склейки шин и установки металлических деталей. Шина надевается на ступицу и фиксируется ребордой по клеевому шву. Колесо устанавливается на ось стойки шасси и фиксируется двумя гайками.
Модель пока не балансировалась окончательно, но потребуется слегка сдвинуть хвостовую балку назад, поскольку центровка пока слишком передняя. Но именно такая регулировка предусмотрена конструкцией аппарата. Нужно только разьединить тяги и потом заново соединить их термоусадкой на циакрине и кевларовой нити.
Как продолжение проекта был спроектирован и распечатан макет фюзеляжа мотопланера на имеющееся крыло 1600 мм. Вес фюза (ПЛА) с хвостовой балкой на 1100 мм - 180 г . Использовалась печать из двух слоёв, разделённых 5% infill. После была сделана корректировка конструкции с переводом на однослойную печать с wafer type усилением стенок. Это позволило уменьшить на 40% вес фюзеляжа без снижения прочностных характеристик, Конструкция фюза - монококк, состоящий из 10 отдельно печатаемых сегментов, склееных циакрином. Хвостовая балка - труба PVC 16 мм, стенка -0.5 мм.
Чем ближе к завершению, тем больше мелких деталей, на которые порой тратится больше времени, чем на производство больших, но понятных частей самоля. Закончил шасси установкой колёс на оси. Осталось сбалансировать планер и выставить длину тяг, чтобы зафиксировать хвостовую балку. Но для этого не хватает теперь сканера полётной камеры для FPV тренировок. Дизайн её имеется и хорошо облётан на другом аппарате, но для данной модели нужно его актуализировать на формы, размеры и комплектующие. Основа сканера - серва с зубчатой передачей на камеру. Все детали изготавливаются на 3D printer. Также продолжается работа по фюзу мотопланера, который следует за cub-trainer. Изготовлен следующий вариант фюза в монослое с весом в 100 г. Пока это лучший результат. Далее будет спроектировано оперение.
Некоторые фото для иллюстрации процесса.
Из завершающих “мелочей” самым важным оказалась определить, наконец, способ фиксации крыла к фюзеляжу. Изначально спроектированный узел с винтовым креплением показался противоречащим концепту всей конструкции: модульность, надёжность, прощение ошибок пилота, особенно при посадке. Поэтому окончательный выбор был сделан в пользу амортизаторного крепления (резиновым жгутом). Для этого в пластиковые детали фюза были вклеены опоры в виде сосновых реек 5 мм, а в задней кромке крыла сделаны выборки под жгут. Напомню, что в опорном шпангоуте фюза, куда ложится передняя кромка крыла, сделан козырёк-упор, определяющий положение центроплана. После этого был окончательно зашит бальсовым шпоном 1 мм центроплан и наклеены бальсовые рейки-направляющие для резины. Также была закончена крышка RC отсека. Выполнена из 10 мм депрона, оклеенного стеклотканью. Задняя кромка крышки упирается в упор с козырьком на силовом шпангоуте, а передняя фиксируется винтом через вклеенную вставку. Вставка на задней части к. обрамляет вентиляционное отверстие для охлаждения внутреннего обьёма отсека. При этом забор воздуха производится через отверстия в мотораме. Все элементы RC внутри отсека установлены на двухсторонний скотч 3М. Стенки и полик отсека в местах установки ESC 40A и батареи 3S1800 оклеены алюминиевым скотчем для отсечки радиационного тепла. Радиоаппаратура предполагаемая для пилотирования - Taranis, а пока для наземных отработок используется комплект HK. Предварительная центровка модели сделана на 20% САХ с возможностью оптимизации по результатам испытаний. Возможны установка складного винта (в разработке) собственной конструкции и пропов других характеристик.
Вчера выдался первый по-весеннему тёплый день да ещё без ветра. Смог вынести законченный аппарат в сад и попробовать на свободное планирование и рулёжку. Планирует неплохо, без сваливания. При рулёжке обнаружился ожидаемый конфликт между пропом-пушером и изначальным стандартным выкосом мотора. Пушер ведь вращается в противоположную сторону (в сторону выкоса). Придётся поставить 2-х лопастной из имеющихся 9-10" пропов. Из последних деталей конструкции: крепление крыла резиновым амортизатором через шпильки в фюзе. Рессора из угольной балочки для усиления стоек шасси. Пока с шасси большепроблем, чем возможностей. Взлетать на наших площадках, заросших местной колючкой можно только с рук или с платформ. Либо ехать в местный аэроклуб где есть, конечно оборудованная взлётка. Но это всегда привязка к месту и времени, которые редко совпадают. Но, в общем и целом тема закрыта. В ходе её реализации были опробованы несколько новых технологий, которые уже начали работать в других разработках. Например изготовление монококк фюзеляжей в технике 3D печати, обтяжка поверхностей тканью на полиуретановом лаке и др. Скорее всего следующим проектом, использующим гибридные технологии может стать мотопланер “по мотивам” известного планера “Guppy”, который сейчас успешно продвигается параллельным ходом. Но это уже другая история и другой раздел.
Вы серьезно конструктором работаете?
Извиняюсь, не смог удержаться от вопроса.
Вы серьезно конструктором работаете?
Он же написал что изготовителем и испытателем.
А ещё мне вот интересно:
Зачем нужно “ядро” и угольный пруток если есть полки?
Почему не использовалось преимущество трёхмерной печати для создания профилированного стабилизатора?
Почему сечение лонжеронов стабилизатора выбрано квадратным, не лучше ли приплюснутое или двутавровое?
При испытании на прочность плечо действия равно половине длины балки, а не всей длине. Ещё одна опечатка? На какую перегрузку считали самолёт?
Во взлётный вес 800 граммов влезли?
Но, в общем и целом тема закрыта.
Тема закрыта. Делился своим опытом для тех, кому интересны детали этой возможной техники. Все подобные вопросы в общем и целом уже обсуждались ниже по тексту. Вы о каком варианте стаба спрашиваете? Окончательный вариант не имеет полок. Сборочная балка лонжерон круглого сечения усиленный углем. Балка РВ и кромка - бальса. Обтяжка -нейлон. Нервюры - PLA. Киль, кстати имеет профиль (трапеция-трапеция), удобный для печати. Профилированное (monocoque) х.оперение было изготовлено в однослойной печати (есть ниже) но оказалось слишком тяжёлым. Для меня однозначно - гибридные технологии. Про испытания: был сделан квалификативный тест на прочность без постановки расчётной задачи. Это ведь любительская модель. Расчётный взлётный вес брался между 800 -1000 г. С батареей 3S 1800 ровно 1 кг. Тяга - 1000 г с пропом 10". Нагрузка на крыло -31 г/дм2.Так что есть хороший запас для установки запланированной камеры FPV. По результатам технологических внедрений сейчас изготавливается мотопланер -1700 мм. И в нём (Т- оперение) используется гибридная технология в рефорсации структуры уже в пустотелых в нужных местах оболочках под лонжероны. А монококк фюз 550 mm весом в 130 г уже готов. Отвечаю, поскольку надеюсь, что Вы себя не позиционируете в ещё одного “ревизора”.