Летающее крыло Starshot, в составе ФПВ системы SHOT
Приветствую, друзья!
Это история о проектировании, постройке летающего крыла Starshot, а так же о 3D печати и страстном желании оптимизировать траты на хобби.
1.Пролог
4 года назад, ко мне пришла мысль о том, что я хочу строить модели самостоятельно, не опираясь на готовые чертежи, поскольку я почувствовал в себе достаточно сил и опыта для этого. Для простоты, я решил начать со схемы «летающее крыло», оно ведь проще обычного самолета и легче в изготовлении…Еще никогда я так не ошибался😁
Первые мои эксперименты начались с ЛК типа Хортен, поскольку визуально они мне больше всех нравятся. Углубился в теорию, расчеты, чуть не утонул при этом. Но было очень познавательно и интересно, параллельно удалось продвинутся в 3D моделировании и редактировании видео.
Результатом стало моё первое крыло Horten S1/S2.
Оно очень хорошо летело, для первой в жизни полностью самостоятельной модели. В общей сложности я летал на нем 2 года. Очень подробное описание постройки, расчетов и изготовления находится в статье на Паркфлаере, ссылку на нее вы найдете под видео.
Хортен не был лишен недостатков. Он вышел несколько тяжелым и трудоемким в изготовлении, не в последнюю очередь из-за сложной крутки, которая должна была обеспечить КРПС(колоколообразное распределение подъемной силы). Поэтому, мне было интересно, как будет летать крыло без крутки вообще, ведь все эти тонкие аэродинамические эффекты проявляются больше на крупных моделях, а на маленьких они не так заметны.
Наткнувшись в интернете на профили типа Kline-Fogelman, я решил изучить вопрос их использования на авиамоделях.
Как удалось выяснить, они похуже аэродинамически схожих
профилей, но обладали несомненным достоинством: они технологически достаточно просты и повторяемы.
Далее, я наткнулся на крыло KESL (KFm4 EPP Swift-Like) Wing. Ссылка на на профильную тему. Убедившись, что КЕСЛ очень популяерн и хорошо летает, я решил построить свое крыло с реданным профилем KFm4.
Так родился Microlight, предшественник Starshot. Крыло вышло размахом 850 мм и отлично летало, что самое главное, полезная нагрузка была как на Хортене S1, но эффективность была на 25% выше (72 мАч/км пути против 110 у Хортена).
Параллельно я увлекся ФПВ, ставил камеру и передатчик на свои крылья. Полетав с простейшим шлемом Eachine VR011 и поняв, что ФПВ это моё, я решил купить что-то посерьезнее, поскольку качество аналогового видео и постоянные радиопомехи меня совершенно не устраивали.
Здесь я описал, как ломал себе голову, сравнивал и анализировал очки и шлемы разных производителей и ценовых категорий. Скажу сразу, что я приобрел себе цифровую видеосистему от DJI, поскольку она единственная, кто может предоставить шикарнейшее цифровое изображение с минимальной задержкой, позволяющее полностью погрузится в полет и при этом она поддерживает аналоговое изображение, т.е. является универсальной.
Всем хороша Digital FPV System, кроме одного - цены. Видеомодули стоят весьма недешево, и оснащать все свои модели не просто накладно, а очень накладно и есть неиллюзорный шанс быть выгнанным из дома со своим барахлом, если начать бездумно тратить семейный бюджет:P
Поэтому, мне пришла в голову мысль, если нельзя купить много модулей, так может быть использовать всего один, но на разных моделях?
Тем более, что, как правило, всегда одновременно управляешь только одним летательным аппаратом.
Так родилась концепция SHOT FPV, Snap Hull On-The go First Person View, или Система с быстросъемным корпусом для полетов от первого лица.
В ее основе лежит:
1. Универсальная съемная головная часть (видеомодуль) с DJI Air Unit и приемником TBS Crossfire Nano RX.
2. Модульный универсальный АКБ 4s 1100 mAh
3. Коптерное шасси Longshot
4. Летающее крыло Starshot.
Суть системы состоит в том, что универсальный видеомодуль можно очень быстро и легко переставлять с квадрокоптера на летающее крыло и обратно, как и унифицированный АКБ.
В итоге, перестановка модулей занимает не более 30 секунд, что делает ее очень удобной и приятной.
Видео и фото коптерной части прилагаю.
Т.к. это раздел форума о ЛК, переходим непосредственно к описанию летающего крыла Starshot:rolleyes:
2. Проектирование
2а. Выбор аэродинамических параметров
Как я уже писал выше, я хотел сделать простое в изготовлении, но при этом красивое крыло.
Ввиду того, что предыдущее крыло Microlight летало очень хорошо, Старшот должен был стать его развитием, с доработками и улучшениями.
Для предварительного расчета я использую Эксель от Марко Штаменовича, сербского авиационного инженера. Этот лист позволяет рассчитать форму в плане, задать профили и получить готовые шаблоны для встраивания в САПР. Я сделал перевод этого листа на русский язык. Эти ссылки ведут на оригиналы документа, не относящиеся к данному крылу.
В данном конкретном случае профиль будет постоянным, а крутка отсутствует вовсе, поэтому нужен будет только раздел Форма в плане.
Я хотел, чтобы крыло имело невысокую скорость сваливания, т.к. профиль достаточно тонкий. Исходя из массы полезной нагрузки (модуль+ АКБ=190 г) я прикинул массу готового крыла около 430 г. Нагрузку на крыло принял около 24 г/дм2. Ввел эти данные в лист Эксель.
Площадь крыла получилась 18 дм2. Относительное удлинение задал равным 5, что больше, чем у Microlight (4.5), но меньше, чем у Хортенов S1/S2 (7). Такое число я выбрал из соображений компактности крыла, чтобы размах получился около 1 метра.
Стреловидность принял 40 градусов по передней кромке. Это выше на 5 градусов, чем у предыдущего крыла.
Согласно Я. Капковскому, основной вклад в путевую устойчивость ЛК вносит именно стреловидность. Этот факт также доказывает то, что все три предыдущий крыла летали без винглетов и имели прекрасную устойчивость по курсу.
Кроме того, при бОльшем угле стреловидности крыло выглядит стремительнее:)
Су макс. я принял=0,9 (как у симметричных профилей типа NACA), крейсерский 0,4 и минимальный 0,1
Введя данные в лист, получил следующие предварительные параметры:
Размах крыла: 950 мм
Масса: 430 г
Нагрузка на крыло: 23,9 г/дм2
Стреловидность: 40 град
Величина, обратная относительному сужению: 0,4 (оптимальные значения 0,3-0,45)
САХ: 187 мм
ЦТ@20%САХ: =203 мм
Скорость сваливания: 6,5 м/с
Крейсерская скорость: 8,2 м/с
Макс скорость: 20 м/с
Значения приблизительные и потом были уточнены.
2б. Создание трехмерной модели.
Для 3D графики я использую Solidworks. На мой взгляд, самая удобная и мощная САПР.
На стадии выбора габаритов я определился с технологией: гибрид печатных силовых элементов и крыльевые панели из ламинированной потолочки. Такое сочетание позволит получить легкость конструкции и высокую технологичность соединений.
Нарисовав эскиз формы в плане, начал проектирование сверху вниз.
Сначала появилась рама фюзеляжа.
Затем разделительная стенка, моторама, рельсы модульного АКБ.
Носовой обтекатель. Он должен быть эластичным, чтобы принимать на себя удары судьбы:D
Консоль и центроплан.
Узел стыковки крыла. Сервомашнки я разместил в центроплане, чтобы исключить электроразъемы в консолях. Лонжерон – карбоновая трубка 5 мм.
Этот самолет я решил сделать с винглетами. Я хочу сравинить, как он летает с ними и без них – есть ли существенная разница. Узел крепления позволяет складывать винглеты под крыло для компактной транспортировки.
Вот такая получилась трехмерная модель.
Примерил окраску. Рисовал прямо пальцем на телефоне, не очень удобно и точно, зато просто и быстроB)
Добавил окраску в Solidworks.
В таком виде самолет выполнит свой первый полет.
3. Изготовление
3а. Печать деталей
Весь пластик, что я использовал, от фирмы Бестфиламент.
Фюзеляж, видеомодуль, корпус АКБ и задняя крышка выполнена из Watson (прозрачный SBS), поскольку он легче ПЕТГ, менее хрупкий и более упругий, хоть и имеет меньшую межслоевую адгезию. Он хорошо зарекомендовал себя на коптере Longshot, как прочный и легкий пластик.
Узлы консолей, винглетов, моторама и фурнитура сделаны из ПЕТГ ввиду его высокой прочности и жесткости.
Носовой обтекатель напечатан из упругого BFlex.
К сожалению, у меня нет отдельного его фото.
Сборка каркаса и узлов выполнена на цианакрилате с активатором.
Вот в таком виде крыло больше походит на космический корабль, чем на самолет:D
3б. Панели крыла
Для обеспечения легкости конструкции, я решил использовать потолочку – простой и доступный материал. Мне надоело все обтягивать скотчем, поскольку это довольно муторно, а результат выглядит не очень красиво из-за стыков. Поэтому я взял листы для ламинирования А3 формата, распустил и покрыл ими все поверхности. В элевоны встроил дополнительную планку из углепластика, к которой крепится кабанчик, для уменьшения скручивания при отклонении.
Результат превзошел все ожидания, детали стали очень прочными и жесткими, оставаясь относительно легкими.
Масса всех пенопластовых деталей.
3в. Электроника
В целом, набор электроники стандартный для небольшого летающего крыла:
Мотор: 2205 Gartt 1850 kv, пропеллер 6х3.
Регулятор: RaceStar 30A
Сервы: EMAX Es9051 4.5 г
Полетный контроллер: Matek F411SE. Прошивка INAV 2.6.0 с тремя ЮАРТ портами( на Кроссфаер, GPS и OSD DJI)
В универсальном видеомодуле: раздетый Air Unit, приемник Crossfire Nano RX и Immortal T-Antenna.
Самая трудоемкая операция – проложить жгут питания и сигнальный шлейф до видеомодуля.
Всю электронику я покрыл компаундом ПК-68 для защиты от влаги.
3д. Сборка
Приклеил пенопластовые детали к печатным, с помщью UHU Por, установил сервы, винглеты.
Настроил полетник, прошивка INAV, подробно не буду на этом останавливаться- полно мануалнов в сети уже есть. Приклеил декали.
Крыло перед первым полетом.
Для попадания в ЦТ, пришлось добавить 10 г свинца в нос. Пересмотрю трехмерные модели, чтобы скорректировать центровку без свинца.
Итоговая масса получилась 495 г, что больше предварительного значения. Расчетная нагрузка на крыло составила 27,5 г/дм2, что все равно является неплохим результатом.
4. Облет
Т.к. на момент окончания постройки была зима, нужно было дождаться хорошей погоды.
Но как назло, то были морозы за -20, то снег, то ветер:devil:
И вот, в одно из воскресений, ветер слегка ослаб, температура – 3 градуса, шел снег. Мы с друзьями, несмотря на не очень подходящую погоду, все же выехали в поле на первый запускB)
После облета, я совершил еще несколько полетов, настроил расходы, оттримировал, подкрутил ПИДы – крыло стало лететь значительно лучше, его перестало потряхивать.
В общем и целом, я очень доволен проделанной работой, крыло выглядит отлично и хорошо летает, компактно и относительно простое в изготовлении.
При желании, вместо DJI и Crossfire можно встроить аналоговый видеопередатчик с камерой и любой подходящий приемник радиоуправления.
Конечно, есть некоторые недостатки, вроде не самого оптимального расположения антенн приемника, но пока крыло справляется с поставленной задачей, в будущем я доработаю его.
Все материалы по изготовлению будут в свободном доступе, ссылки будут на моем Ютуб канале и в Телеграм, когда я сделаю документацию и устраню недочеты по деталям.
Тема по коптеру Longshot будет создана в соответствующем разделе, но несколько позже.
Благодарю за внимание!😃
Впечатляет проделанная работа.
Немного похвастаюсь, на моей аватарке как раз момент запуска MicroLight. На крайнем фото в посте видно как за крылом летит моя “испытательная лаборатория” (фпв метроид).
У меня только претензии к эффективности. По необъективным данным она ниже чем у моего метроида, НО ждем спокойной погоды для анализа эффективности на разных скоростях, оборотах, разных пропеллерах. Вполне окажется, что StarShot эффективнее на некоторых режимах, так как лобовое и индуктивное сопротивление у него должно быть меньше.
Немного похвастаюсь, на моей аватарке как раз момент запуска MicroLight. На крайнем фото в посте видно как за крылом летит моя “испытательная лаборатория” (фпв метроид).
У меня только претензии к эффективности. По необъективным данным она ниже чем у моего метроида, НО ждем спокойной погоды для анализа эффективности на разных скоростях, оборотах, разных пропеллерах. Вполне окажется, что StarShot эффективнее на некоторых режимах, так как лобовое и индуктивное сопротивление у него должно быть меньше.
На самом деле, все понятно, почему у Метроида выше эффективность ,у тебя меньше нагрузка на крыло, больше удлинение,плоско-выпуклый профиль,крейсерская скорость ниже, а как известно,чем выше скорость,тем больше энергии нужно,чтобы ее достигнуть и поддерживать.кроме того,у тебя нет жрущего 11 вт видеопередатчика,ты подобрал оптимальный режим работы мотора,который совпал с макс. эффективным режимом самолета.
Говорить об эффективности конкретно Старшота пока рановато,поскольку я еще не до конца определил оптимальный угол атаки и нужно попробовать разные пропеллеры.
На данный момент,мотор на крейсерской скорости~45 км/ч(или близкой к ней) потребляет 35-40 вт и 11 вт на электронику.
нет жрущего 11 вт видеопередатчика
по амперметру на 3S вся электроника без мотора в режиме планирования потребляет около 8-10 ватт (0.75 А). Ну и метроид тихоход. Нужны сличительные испытания в штиль 😃
По умолчанию картинки почему-то в виде ссылок. Для нормального отображения нужно нажать на кнопку «показать картинки» справа вверху поста.
По умолчанию картинки почему-то в виде ссылок
Firefox 85.0.2 (64-битный) все отображается нормально
У вас используется один аккумулятор как для двигателя, так и для видео?
У вас используется один аккумулятор как для двигателя, так и для видео?
Да,я использую один бортовой аккумулятор для всех потребителей. Его можно ставить как на коптер,так и на самолет
Крыло перед первым полетом.
😃 Великолепная работа !!! Восхищён!!! Мягких посадок.
Сергей, интересная работа, спасибо за пост. Мне много лет по душе ЛК и в частности Хортены. Сделал 3 или 4 модели из бальзы от 600 до 2000 мм в размахе, но ни разу не получил результатов, которые бы меня удовлетворили. Хортены сложны в изготовлении - крутку нужно соблюсти, трудоемкость также увеличивается при настройке модели, которая очень чувствительна к положению ЦТ и отвратительно рулится на малой скорости. Особенно трудно научить летать Хортен с малой стреловидностью. Кстати в эту зиму сделал Prandtl на основе американских студенческих разработок, буду пробовать как планер.
И также пришел на практике к выводу, что на моделях ЛК лучше применять KF профили, коих тоже построил немало и все они летали без проблем и с минимальными настройками. У меня появилась идея бойцовку с KF профилем сделать, а вдруг?
Сергей, интересная работа, спасибо за пост. Мне много лет по душе ЛК и в частности Хортены.
Спасибо, разделяю ваш интерес:)
Сделал 3 или 4 модели из бальзы от 600 до 2000 мм в размахе, но ни разу не получил результатов, которые бы меня удовлетворили. Хортены сложны в изготовлении - крутку нужно соблюсти, трудоемкость также увеличивается при настройке модели, которая очень чувствительна к положению ЦТ и отвратительно рулится на малой скорости.
Я делал свои первые Хортены, в том числе, опираясь на PRANDTL, даже с его автором немного общался. Да, технологически они сложнее и по тангажу капризнее, чем нынешнее мое крыло, но тем не менее, два года я летал на них и был весьма доволен.
Насчет руления на малой скорости- я пришел к выводу, что нужно больше элевоны делать и как можно меньшую нагрузку на крыло, чтобы скорость сваливания была ниже.
И также пришел на практике к выводу, что на моделях ЛК лучше применять KF профили, коих тоже построил немало и все они летали без проблем и с минимальными настройками. У меня появилась идея бойцовку с KF профилем сделать, а вдруг?
Бойцовые крылья существуют, мое крыло очень, очень маневренно, по крену 310 град/сек, по тангажу 120
Поэтому проблем не вижу, удачи в постройке:)
Теперь можно скачать файлы и инструкцию для сборки летающего крыла Starshot
