Модель автожира
Я являюсь обладaтелем нескольких моделей автожиров 😃 Сразу оговорюсь: все мои модели и самолеты, и автожиры, и вертолеты только с электрическими двигателями. От ДВС я отошел много лет назад, но принципиальной разницы нет, я думаю.
1.Потребный диаметр несущего ротора зависит от нагрузки и расчитывается примерно так же, как расчитывается площадь крыла самолета под необходимую нагрузку (с некоторыми оговорками, например учитывается количество лопастей). Только в случае с автожиром берется площадь ометаемой поверхности, что вообщем то соответствует площади крыла самолета. Ну и, естественно, надо стараться делать модель как можно легче, иначе возникнут проблемы с подбором или изготовлением лопастей: ротор будет слишком большим и тяжелым.
- Ротор системы Бенсена не прижился на моделях ибо работает плохо, хотя попытки реализации были.
Я бы рекомендовал трех или четырехлопастный ротор с гибкой подвеской лопастей (так наз. flapping hinges). Почему?
Во-первых очень просто, проще не бывает.
Во-вторых увеличивается коэффициент заполнения ротора и его диаметр можно сделать меньше при той же нагрузке.
В-третьих модель просто лучше летает с трехлопастным ротором чем с двухлопастным.
По-поводу тянущего или толкающего винта. Мои персональные предпочтения - тянущий винт. На мой взгляд имеет ряд преимуществ: слегка выкошенный книзу пропеллер создает дополнительный поток воздуха для раскрутки несущего ротора, проще настройка (толкающий винт потребует довольно тщательной настройки, т.к. будет влиять на общий баланс модели).
Повторю: это мои личные предпочтения. Моделей как с тянущим, так и с толкающим винтом полно всяких разных.
Вот пример ротора качального типа (teetering head). Вроде бы реально работает на модели.
Примечания автора (перевод с английского): цилиндрическая деталь содержит два шариковых подшипника и вращается на оси ротора. Темно-серая деталь приклеена к цилиндрической. Светло-серая деталь (собственно качалка) качается относительно болта (оси), закрепленного в темно-серой детали. Управление осуществляется по методу DC (direct control, т.е. прямое управление). Механизм работает хорошо, ротор крутится легко и без вибраций. Лопасти должны быть отбалансированы по хорде и иметь на концах утяжеление для уменьшения паразитных колебаний.
С одной стороны вроде бы несложная (относительно) конструкция, получила широкое распространение на полноразмерных аппаратах, а с другой стороны практически не применяется на небольших моделях. Почему? Основная проблема управление ротором. На реальных аппаратах скорость вращения главного ротора порядка 300-400 об/мин. Ротор Бенсена имеет прямое управление и на такой скорости нет проблем отклонять его. На модели эта скорость равна 1000 и более об/мин. Резко увеличивается гироскопический момент и ротор становится практически не управляемым (во всяком случае без применения специальных мер): жесткая подвеска лопастей не позволяет демпфировать гироскопический момент.
Вот еще пример применения качального ротора с прямым управлением на модели.
Дааааааа наверное (ИМХО) если будет краш (тфу 3 раза) то машинкам придёт пипец полный =(
willi_m
------------------------
Большое спасибо! Это уже ближе к “телу”, отличная конкретика!
Информации много, нужно переварить до следующих вопросов!
Вот что по ходу дела вспомнил спросить.
Как определяются углы НВ: установочный, максимальные продольные и поперечные при отклонениях НВ при управлении? Насколько я помню установочный ( конструктивный) угол в пределах 5 град, правильно?
Второе: по второму рисунку отлично видно, что НВ имеет “две степени свободы” в продольном канале. Одна - коромысло самого винта, вторая - управление в продольном.
Зачем винту нужно иметь свободную первую, неуправляемую? Т.е. получается НВ имеет конструктивный установочный угол, а в полете винт на этом коромысле качается как хочет, как выглядит в динамике связь этих углов и колебаний?
Чей-то я не допонимаю. Почему-то всегда сравнивал НВ автожира и управление им, по аналогии с жестким НВ легких вертолетов, а также некая аналогия с крылом мотодельты.
Здесь не получается как у мотодельты - подвес крыла на простом кардане, строгое, непосредственное, отклонение в нужные стороны.
Подскажить, плизз. Или это просто по картинке он стоит в продольном, а при повороте винта он окажется поперечным. И это некая компенсация моментов НВ?
Не хочу показаться неучем, но думаю, что последняя мысль правильная.
Систематизирую мысль. При вращении набегающая лопасть имеет большую подъемную силу, в результате чего появлется кренящий момент на втулке НВ, что приводит к кренению самой машины.
При “качальном” подвесе НВ, наклоняется сам конус НВ в правую (по полету) сторону. Правильно? Ну это как НВ вертолета, тоже самое.
Шаг лопастей главного ротора автожира отрицательный и может составлять несколько градусов. Для определения оптимального угла можно поиграться следующим образом: для начала делаем угол -1 -1.5 град. Ставим ротор перпендикулярно набегающему потоку воздуха (ветру) и замеряем число оборотов. Затем начинаем изменять угол и смотрим, что происходит со скоростью вращения ротора. Как правило с увеличением угла атаки лопастей скорость падает. Вообще все зависит от конкретных условий. У моих моделей угол находился в пределах -1.5 - 2 град.
Угол отклонения ротора вправо-влево и вперед-назад опять же зависит от конкретных конструктивных особенностей аппарата и составляет 10 - 20 град. Здесь нужно примать во внимание, что автожир довольно инерционен в управлениии за счет гироскопического эффекта ротора. Поэтому можно смело делать максимальный угол довольно большим, не менее 20 град., а то и больше.
Ротор должен иметь некоторый угоп атаки, 4-6 град. Обычно подбирается таким образом, что на среднем газу модель должна лететь ровно, без набора высоты. С прибавлением газа модель должна лететь вверх. Вообще управление автожиром по тангажу имеет некоторые особенности. В отличие от самолета, где тангаж осуществляется рулем высоты, в автожире это делатся изменением тяги двигателя и отклонением ротора. Т.е. активно надо работать как ручкой газа, так и ручкой высоты.
Позволю себе привести немного теории и описанию методов управления автожиром, тогда, надеюсь, станет ясен ответ на вопрос по поводу качания ротора.
Ключевой точкой автожира является ротор. Ротор автожира может быть как двухлопастным, так и многолопастным. Устройство роторов вертолета и автожира весьма сходно, хотя у автожира он значительно проще. При поступательном движении вращающегося ротора подъемная сила лопасти, находящейся впереди, т.е. набегающей на встречный воздушный поток, больше, чем у лопасти, находящейся позади. Если лопасти будут закреплены жестко, то аппарат будет опрокидываться немедленно после взлета. Это явление называется феноменом неравномерности подъемных сил (assymetric lift). Коротко суть решения проблемы в следующем: если набегающая лопасть имеет большую подъемную силу и стремится опрокинуть аппарат, но надо каким то образом эту силу уменьшить и уравнять с подъемной силой отстающей лопасти. Каким образом? Например изменнением угла атаки лопастей (шага ротора). Такой механизм был придуман Сиервой для своих автожиров. С тех пор этот механизм в различных вариациях применяются на всех без исключениях вертолетах. В виду того, что измение шага происходит циклически (циклом является один оборот ротора), такой механизм мазывается механизмом циклического изменения шага (cyclic pitch control). Но в автожирах такой метод не нашел большого применения в виду его относительной сложности.
Сиерва так же додумался крепить лопасти не жестко, а на специальных шарнирах, позволяющих лопастям свободно отклоняться вверх на небольшой угол. На вертолетах, как правило, применяется комбинация циклического и махового изменения положения лопасти.
В автожирах же возможно примение только шарнирного, в вертикальной плоскости, крепления лопасти. При вращении ротора набегающая лопасть начинает приподниматься, в виду ее большей подъемной силы. За счет этого отклонения подъемная сила уменьшается, автоматически уравновешиваясь с подъемной силой отстающей лопасти. В течении цикла (т.е. оборота ротора) каждая лопасть совершает маховое движение вверх/вниз. Поэтому такой шарнир называется flapping hinge (flapping - взмахивающий).
Вот здесь
можно посмотреть небольшой фильм, посвященный истории автожиров и популярное объяснение, как работает ротор. Фильм на английском, но там все понятно из картинок.
Разберемся теперь, как управлять автожиром в полете. Применительно к моделям получили наибольшее распространение три метода управления:
- Фиксированный ротор (fixed rotor)
- Ротор с прямым управлением (direct control)
- Циклическое управление (cyclic control).
Итак, метод первый, фиксированный ротор.
При этом методе ротор жестко закреплен на модели и свободно вращается. Управление осуществляется “по-самолетному” с помощью руля направления, руля высоты и элеронов на рудиментарных крыльях, которые кроме того создают дополнительную подъемную силу и разгружают ротор. По данной схеме строились первые полноразмерные автожиры… Недостатком фиксированного ротора является слабая маневренность модели на малой скорости (с падением скорости падает эффективность аэродинамических рулевых поверхностей).
Очевидное достоинство метода - простота реализации.
Второй метод. Ротор с прямым управлением (direct control, DC).
В этом случае ротор закреплен не неподвижно, а на специальном шарнире, позволяющим наклонять его (ротор) вправо-влево. Т.е. в этом случае мы имеем контроль по типу самолетных элеронов.
Дальнейшим развитием это схемы является усовершенствованный шарнир подвески ротора, позволяюшим наклонять его не только влево-вправо, но и вверх-вниз. Такой способ управления позволяет значительно увеличить маневренность аппарата, а так же его устойчивость во всех плоскостях. Появляется возможность управлять авторотацией, что позволяет сажать аппарат практически вертикально с почти нулевой поступательной скоростью. Небольшие киль, стабилизатор и крылья также могут присутствовать.
Недостатком такой схемы, помимо усложнения конструкции, является значительная нагрузка на сервомеханизмы отклонения ротора, поскольку они подсоединены непосредственно к тягам отклонения ротора. Обычнно для этих целей применяют усиленные машинки с металлическими шестернями. Данный метод получил наибольшее распространение.
Метод третий. Циклический контроль (cyclic control). Применяется несколько разновидностей управления ротором вертолетного типа с автоматом перекоса. Эта схема является наиболее сложной, но и наиболее эффективной по устойчивости, поскольку наиболее полно устраняет проблему нессиметричности подъемной силы.
К достоинствам можно отнести возможность применения простых дешевых микросервомеханизмов,поскольку при этой схеме управления все нагрузки воспринимаются тарелкой автомата перекоса, а не машинками. Кроме того для упрощения изготовления модели можно использовать готовые заводские части от различных моделей вертолетов.
willi_m
Большой Респект Вам! Много, доходчиво и просто! Спасибо!
Вот, кстати последний момент - ““Метод третий. Циклический контроль (cyclic control)””, меня и заинтересовал с самого начала еще раньше.
Была мысль, почти тупо купить в магазине имеющиеся детали НВ вертолета (Раптор 90, Предатора), а лучше целиком весь НВ с хабом, лопастями и автоматом-перекоса
и использовать это на модели целиком.
Ну чтобы меньше самоизготавливающихся деталей, на что времени немного. Вот именно от этой идеи и возник вопрос использования вертолетных лопастей.
Спасибо, читаю, думаю.
Если использовать запчасти от вертолетов, то следует помнить следующее.
Обычно вертолеты с циклическим шагом имеют два типа управления: ССРМ михинг с тарелкой (swash plate) 120 град. и с тарелкой 90 град. 120-ти градусная тарелка не годится для двухлопастного ротора, только для трехлопастного, но там свои заморочки. А вот 90 градусная в принципе подойдет.
Я как то строил автожир с циклическим шагом, но там я пошел несколько другим путем. Если найду картинки в своем архиве, то выложу их с описанием конструкции.
Эта модель была построена специально для изучения эффективности циклического изменения шага ротора автожира.
Использованы готовые узлы от вертолетов с фиксированным шагом (Century V.3, GWS, Helimax и им подобных) с некоторой модернизацией.
Хотелось бы собрать модель уже не самолета/вертолета, а автожира.
На форумах этой темы не видел.
Почему не строят?
Какие проблемы ожидают конструктора при моделировании?
И с чего начать, где почитать?
Александр.
Всем,здравствуйте.Вот интересное видео,где используется ДВС-ный тренер с довольно приличным размахом крыла,как автожир.Причем используется универсально,сначала это просто самолет,полетали,крыло сняли,поставили ротор,теперь это автожир.Очень интересно,т.к. у многих,я думаю,остались “дрова” после обучения,которым можно вдохнуть новую интересную жизнь:)!
Можно поподробней заострить внимание на рассчете параметров ротора для модели? Предположим взлетный вес модели будет 4.5-5кг, прямое управление ротором, три лопасти.
Как определить диаметр ротора(или длину лопасти) и ширину лопасти чтобы под взлетный вес подошел по тяге?
Какие профиля пользовать лучше? начитался сейчас всякой теории, прибегают к разным видам профилей - сразу и не поймешь какой лучше.
Конструкция лопасти ротора? Посмотрел как делали на советчине композитные лопасти для малых автожиров 1:1 - в принципе приемлемо для меня. Предполагаю применять угольный трубчатый лонжерон с пенопластовой задней частью и лобиком, покрытый стеклом. Корневая часть в районе крепежа будет деревянной(фанера) покрытая стеклом.
Ротор хочу выполнить со складными лопастями как у вертов. Как у складных лопастей фиксация идет в полетном положении? или они могут вращаться в шарнире в любую сторону и в полете тупо от центробежной силы всегда стоят по радиусу?
Где бы найти фотки или эскизы хабов роторов моделей?
И еще немаловажный вопрос - если по прикидкам выходит диаметр ротора 2000мм, то как лучше раскручивать его? Пока на ум пришло делать пулл-стартер в виде ляминиевой катушки на самой макушке ротора с поперечным отверстием. В него вставляем леску, и наматываем ее на катушку, при раскрутке тянем на себя, уперев модель в ногу. Вариант с раскруткой шуруповертом как у бразильца на видео с тренером не канает - слишком большой диаметр.
www.autogyro-rc.com
там у них гибкие хабы
для раскрутки можно электромотор применить 😃
по расчётам - найди сайт twistair, там есть книга…
не ищи, вот сайт… twistairclub.narod.ru
Электромотор - это лишний вес(даже если акки внешние) и усложнение ротора(шестерни), не хочу. Нужно именно простейшее устройство для раскрутки.
Упрощенно можно, сравнивания с самолетом можно принять, что площадь ометаемой ротором поверхность эквивалентна площади крыла самолета. Нагрузка на ротор расчитывается точно так же, как нагрузка на крыло. Для автожиров имеется параметр “коэффициент заполнения ротора”, который учитывает количество лопастей. В общем виде: с тремя лопастями ротор будет иметь несколько меньший
диаметр, чем ротор сдвумя лопастями. Все лопасти моделей автожиров, что я видел, имели деревянные лопасти. Ротор должен быть как можно легче. Профиль должен быть несимметричным. Хорошо зарекомендовал себя SG6042.
У автожира ротор вращается с небольшой (относительно вертолетного ротора) скоростью, порядка 600-800 об/мин. Поэтому центробежной силы будет недостаточно и лопасти необходимо фиксировать в двух точках. Например таким вот образом: лопасти могут складываться назад для транспортировки поворачиваясь вокруг болта (не должен быть сильно затянут). В полетном положении лопасти фиксируются шпеньком из твердой бальзы. В случае опрокидывания на земле шпеньки ломаются и предохраняют лопасти от повреждений. Такое крепление прекрасно работает на небольшой модели. В случае ротора диаметром ок. 2-х метров лопасти придется крепить жестко двумя болтами.
что-то сомнения берут…
мне кажется, что коэффициент заполнения ротора есть отношение площади его лопастей к площади диска ротора … www.rotorcraft.ru/zagordan/glava2-3.htm
что-то сомнения берут…
мне кажется, что коэффициент заполнения ротора есть отношение площади его лопастей к площади диска ротора … www.rotorcraft.ru/zagordan/glava2-3.htm
Я уже говорил, что это упрощенные допушения. Но смысл, я думаю понятен. Ширина лопасти так же имеет значение, но и тут не стоит сильно заморачиваться: брать пропорции вертолетных лопастей.
Тогда встречный вопрос - какова приемлемая нагрузка на ротор для автожиров?
Если взять 2000мм ротор и вес 5кг, то выходит нагрузка 15г/дм2 - это много или мало?
Ну, тут не совсем так. Не учтен коэффициент заполнения. При таких параметрах и двухлопастном роторе нагрузка будет гораздо больше. Она, нагрузка, будет гораздо больше. Откуда взялись 5 кг? Мне кажется, что это слишком много. Самый большой автожир, что я видел, имел диаметр ротора 1.8 м и вес чуть больше 2 кг.
2 willi_m - фига-се “допущения”… считать эквивалентное крыло с площадью ометаемой ротором, либо с оной, но помноженой на 0,1 например…
я-б пожалуй на rcu почитал чего-нить…
2 Wherewolf
Вот, почитал на rcu:
“Disc Loading.
The gross weight of the gyroplane divided by the rotor disc area. The greater the disc loading, the gyroplane’s sinking speed will increase, and its glide-angle will become steeper”.
Что касается ПРИЕМЛЕМОЙ нагрузки:
" What kind of “wing” loading?
The disk loading is the weight of the model divided by
the area of the whole rotor disk. ~2-3 Ounces/sq foot for
two bladed systems, ~3-4 ounces per sq for 3 or 4 bladed systems".
Мотор туда пойдет - бензиныч 26сс(1100г), планер 1.5кг, ротор 1кг вместе со съемной стойкой(как у бразильца на тренере), шасси и всякая электроника - еще 700-1000г. Примерно выйдет 4.5кг. 5кг я взял по максимуму.
Двухлопастный ротор может не потянуть такую нагрузку. Мне кажется стоит подумать о трех, может даже четырехлопастном роторе.
Я и не сумневался что не потянет, потому как минимум под 3 лопасти ориентируюсь(чтобы складывался нормально). Ведь ширину лопастей я могу любую делать.
Не могу перевести мерикосовские нагрузки в нормальные г/дм^2 - мозг клинит что на что умножать. Как это сделать? всякие нолики.ру такие производные величины не знают.
Щас переведем. 😃
С шириной лопасти не следует обходиться слишком вольно. Опять же упрощенно, лопасти автожира слегка шире вертолетных. Но нельзя их делать слишком широкими. Я измерю сегодня отношение длины к ширине у своих вертолетов и автожиров, когда вернусь домой 😃
если взять удлинение 10, то при метровой лопасти будет 100мм ширина, а диаметр ротора даже несколько больше за счет хаба - 2150мм примерно.
вроде получилось сконвертировать, во всяком случае г/дм2=унции на кв. фут*28.35/9.29
при 4 унции на фут выходит 12.2г/дм2 рекомендуемая нагрузка, а у меня при диаметре 2150(1000мм лопасти) выходит 12.39 - так что подходит размер лопастей. Теперь только с их количеством и шириной определиться бы.