ФЕДЕРАЦИЯ РАКЕТОМОДЕЛЬНОГО СПОРТА РОССИИ
РАКЕТОМОДЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
ЦЕНТРА ДЕТСКОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА «ЮНОСТЬ»
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
МОДЕЛЬ РАКЕТОПЛАНА НА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПОЛЕТА
Разработал: педагог дополнительного образования
Решетников А.Н.
Московская область, г.Сергиев Посад
2010г.
Ракетоплан – летательный аппарат, который поднимается в воздух с использованием тяги ракетного двигателя, а возвращается на землю, планируя с выключенными двигателями – используя аэродинамическую подъемную силу. В ракетомодельной классификации есть три категории ракетопланов – S4,S8,S10. И каждая имеет свои различия. S4 – модель планера с ускорителем, который может отделяться во время полета. S8 – модель радиоуправляемого ракетного планера. S10 – модель ракетоплана с мягким крылом типа «Рогалло».
Модели категории ракетопланов «по возрасту» не уступают парашютным моделям S3.На этапе возникновения и становления ракетомоделизма не было разделения их на самостоятельные категории, существовала лишь одна категория ракетопланов.
В 1966 году Международная авиационная федерация (ФАИ), а точнее ее комиссия по ракетно-космическим моделям, разработала спортивный кодекс, в котором все ракетопланы подразделялись на четыре класса и имели птичьи названия: «Воробей», «Стриж», «Орел» и «Кондор».
По измененному в 1975 и 1989 годах кодексу ФАИ произошло разделение ракетопланов на категории и классы, в зависимости от суммарного импульса двигателей и стартовой массы. Классов стало пять, а с 2001 года – шесть, и были уточнены требования к каждой категории.
В данной работе мы поговорим о категории ракетопланов S4 – моделей планеров с ускорителем на продолжительность полета. Она подразделяется на 5 классов. Наиболее популярен класс S4А – чемпионатный. Технические требования к данным спортивным «снарядам» такие: минимальная стартовая масса – 18г., максимальная – 60г. В полете двигатель может отделяться от модели только в контейнере и приземляться на ленте, но можно этого и не делать. Последним дополнением к этому классу стала минимальная масса планирующей части – 18г. То есть модель в планирующем состоянии с отработанным двигателем должна весить не менее 18г.
С момента зарождения моделей ракетопланов данная категория всегда выделялась обилием схем и конструкций. Именно в ней идет постоянно поиск оригинальных технических решений, именно в ней есть место для творческой мысли моделиста-конструктора.
В 1982 году на Всесоюзных соревнованиях была представлена оригинальная модель ракетоплана, разработчиками которой явились московские спортсмены под руководством тренера В.И. Минакова. В данной конструкции проглядывались технические идеи – это складывание консолей и поворотное крыло. Именно эта схема ракетного планера, так называемая «московская», и сегодня широко применяется моделистами. В сложенном виде при взлете ракетоплан напоминает обычную ракету – крыло располагается вдоль фюзеляжа. После срабатывания вышибного заряда крыло под действием резинок поворачивается, и раскрываются его консоли, превращая модель в обычный планер. Этой схеме ракетопланов и сегодня отдают предпочтение большинство спортсменов моделистов. В этой работе речь пойдет об этой схеме ракетоплана, которую я много лет усовершенствовал и, на мой взгляд, добился оптимальных размеров и устойчивых результатов на соревнованиях различного уровня. Работа предназначена в первую очередь руководителям кружков, спортивных секций, отдельным моделистам, интересующихся изготовлением моделей ракетопланов и делающим первые шаги в познании «секретов» ракетомодельного спорта. На последующих страницах методического пособия я попробую «расшифровать» стандартный набор технологического описания постройки ракетоплана рассчитанного на опытного руководителя (спортсмена), и сделать его доступным начинающему моделисту.
Технология изготовления
1. Изготовление фюзеляжа и контейнера.
Для изготовления фюзеляжа ракетоплана потребуется конусная оправка длиной 500 мм с переменным сечением 7 мм и 2 мм на концах. Оправка нагревается в сушильном шкафу до температуры примерно 90º. Затем на нее равномерно наносится разделительный слой (мастика для полов «Эдельвакс»). Оправка готова к намотке. Следующим важным компонентом является грамотное изготовление выкроек из стеклоткани и углеткани. Выкройка представляет собой вытянутую трапецию, боковой поверхностью которой является длина, а основаниями соответственно является ширина (при этом надо учитывать диаметры на концах оправки). Стелоткань при этом рассчитывается на 3 слоя намотки, углеткань на один. Сейчас я еще для усиления прочности и уменьшения эффекта «раскручиваемости» фюзеляжа добавил слой алюминиевой фольги – ее выкройка равна выкройке углеткани.
Фольга должна быть ровной без вмятин, толщиной 15 мкм (подойдет пищевая фольга для запекания), вырезать ее лучше обычными ножницами.
После необходимо приготовить стекло, на котором будет осуществляться пропитка наших выкроек. Оно должно быть чистым и соответствующего размера. Для пропитывания выкроек используется эпоксидная смола немецкого производства LF-2, если таковой нет, то подойдет и русская ЭД-20, которую необходимо будет разбавить спиртом метанол до жидкого состояния. Разводим смолу. Если это немецкая смола – то это лучше делать на весах в пропорции 100:40, где 100 – смола и 40 отвердитель. Если русская – соотношение отвердителя к смоле 1:10 и после перемешивания разбавить метанолом. Для изготовления фюзеляжа понадобится примерно 2 г. разведенной смолы. Сначала мы пропитываем стеклотканевую выкройку на стекле, делая это равномерно и не теряя конфигурацию. Затем накладываем углетканевую выкройку поверх стеклотканевой таким образом, чтобы один слой стеклоткани намотался на оправку без угля, для этого отступаем необходимые длины по краям. И, соответственно, пропитываем ее. Потом накладываем выкройку фольги, отступая от переднего края 5 мм. Далее берем оправку и накладываем ее на наши выкройки. Подцепляя модельным ножиком стеклоткань, аккуратно прилепляем ее к оправке по всей длине. Потом аккуратно наматываем пропитанные выкройки на оправку, делая это в натяг и избегая морщин, где это необходимо добавляя смолу. Для хорошей обжимки детали необходимо обмотать полученное «изделие» магнитофонной пленкой. Очень хорошо подходит пленка от кассет. Намотать ее нужно равномерно, без пробелов, чтобы она полностью закрыла наше «изделие». Делать это лучше с низу вверх, т.е с маленького диаметра к большому. У магнитофонной пленки есть магнитный слой, его можно определить, поскоблив пленку ножом. Лучше чтобы он не попал на изделие – в этом ничего страшного нет, просто это добавит работы при шлифовке фюзеляжа. Чтобы пленка впоследствии лучше снималась - наматывать ее нужно через тряпку, пропитанную машинным маслом. Работа по намотке на этом заканчивается. Вышедшую смолу в результате обмотки пленкой необходимо убрать. Затем оправку помещаем в предварительно разогретый сушильный шкаф примерно на 5 минут, чтобы произошла обжимка «изделия» (пленка при температуре сжимается), но главное не допустить вскипания смолы. После обжимки убираем вышедшую смолу и оставляем все на сутки до полного высыхания.
На следующий день разматываем магнитофонную пленку с изделия и помещаем в сушильный шкаф до нагрева и снимаем с оправки полученный фюзеляж. По такой же технологии наматывается контейнер для двигателя на прямой цилиндрической оправке диаметром 10,25-10,3 мм.
Эту работу нужно выполнять заранее, чтобы полученные «изделия» полежали несколько месяцев. Качество будет значительно выше. Секрет тут прост. Фактически после полимеризации через 24 часа эпоксидная смола имеет прочность не более 70 – 80%. Со временем ее жесткость усилится. В нашем случае есть еще эффект «раскручиваемости». Это происходит из-за того, что при обжимке магнитофонной пленкой создается напряжение и со временем фюзеляж раскручивается. В дальнейшем фюзеляж и контейнер шлифуются и полируются.
Вторым этапом в этой работе является заполнение фюзеляжа бальзовыми бобышками, выточенными на токарном станке. Одна – на расстоянии 145-150 мм от переднего среза для «грибка» крепления крыла, вторая – на расстоянии 90 мм от переднего среза для усиления места крепления крючка возвратной резинки. В носовую часть вклеивается бальзовая бобышка, внутренняя часть длиной 25 мм и наружняя часть 10мм, которая по диаметру будет продолжением балки. Впоследствии она будет иметь вид, как показано на чертеже, но это надо делать после приклеивания пилона и контейнера.
Бобышки изготавливаются на токарном станке, размеры их очень легко установить, начертив бобышки на оправке в тех местах, где вы разметили их на фюзеляже. Расстояния могут поменяться в зависимости от размеров крыла. Приоритетом здесь является заднее плечо – расстояние от центра крыла до передней кромки стабилизатора. В своих моделях я придерживаюсь такого правила – это расстояние должно быть равно половине длины крыла, что обеспечивает хорошее и устойчивое планирование.
В контейнер вклеивается обтекатель оживальной формы, который предварительно изготавливается на токарном станке. Обтекатель должен иметь цилиндрическую часть, длиной 7 мм, которая вклеится в контейнер. Также необходимо сделать в нем поднутрение диаметром 6-8 мм.
2. Изготовление основных частей модели.
Стабилизатор и киль изготавливаются из бальзовой пластины толщиной 1,5 мм. Лучше использовать бальзу, удельный вес которой равен или меньше 0,1 г/см3. Это очень существенно влияет на вес. Чем менее он будет в хвостовом оперении, тем меньше придется загружать носовую часть модели, добиваясь оптимальной центровки. Детали вырезаются острым ножом по размерам, указанным на чертеже. Затем они симметрично профилируются. На стабилизаторе нужно очень четко по угольнику отметить центр, опуская высоту к основанию. Эта линия очень важна будет при приклеивании его к фюзеляжу.
Крыло изготавливается из бальзовой пластины толщиной 3 мм. Также лучше использовать легкую бальзу, желательно правильно напиленную («рыбий глаз»). Пластина профилируется под плоско-выпуклый профиль, с наибольшей толщиной 3 мм, расположенной на 1/3 ширины от передней кромки. Толщина задней кромки – 0,5 мм. Далее делается разметка и обрезка деталей. Делается это так: изначально нужно устроить развесовку заготовки, т.е. найти ее центр тяжести, ведь заготовка имеет размеры с запасом; разметку лучше вести с того края, который будет большим от центра, т.е легким, чтобы тяжелая часть максимально была отрезана; размечаем по угольнику длину консоли на плоской части заготовки и отрезаем ее с небольшим запасом 0,5 мм на обработку; далее обрабатываем торцы на приспособлении (ровная прямоугольная площадка с отфрезированным под 7º торцем), соблюдая размеры по чертежу; далее размечаем центроплан, обязательно, поделив его по центру линией и, делая запас на обработку другого торца 0,5 мм, обрезаем; далее обрабатываем точно также на приспособлении торцы и обрезаем по размеру вторую консоль; полученные консоли обрезаем по форме и равномерно уменьшаем по толщине к краю до 2мм; далее восстанавливаем профиль на консолях и профилируем законцовки. Такая тщательная разметка и обработка позволяет очень точно сохранить размеры крыла, что впоследствии будет влиять на его качество. Единственным недостатком является трудоемкость. Можно сразу вырезать заготовку по форме крыла и профилировать, но при обрезке и обработке торцев консолей можно потерять конфигурацию и перепад ширины на торцах. Крепление консолей к центроплану – шарнирное, выполнено из капроновой ленты шириной 20 мм. Заготовки необходимо разметить, отступая по 10 мм от края. Размеченные под приклеивание участки необходимо покрыть одним слоем лака НЦ и слегка отшлифовать. Приклеивать капрон лучше клеем «Момент кристалл», предварительно разбавив его ацетоном. Приклеивается капрон сначала к центроплану. Затем, совместив центроплан и консоль, приклеивается вторая половинка. Для улучшения качества склейки необходимо еще раз промазать жидким клеем всю полоску капрона. Полученное крыло необходимо оставить для сушки на ровной поверхности на сутки. К середине нижней поверхности центроплана приклеиваем на эпоксидной смоле пилон – бальзовую пластина, шириной 8мм, толщиной – 6мм, скругленная по краям. Здесь используем очень твердую бальзу, так как он будет подвергаться постоянному трению при развороте крыла. После того как смола высохнет делаем установочный угол. По передней кромке толщина пилона - 4мм, по задней - 1,5мм. Для этого предварительно снимаем рубанком, далее подгоняем плоским напильником.
После покрываем крыло в 2 слоя лаком НЦ, с добавлением красителя (я использую родомин) с последующим шлифованием мелкой наждачной бумагой.
Площадку на фюзеляж по размерам делаем такую же, как на крыло. Нижнюю ее поверхность профилируем в виде желоба по балке.
Пилон для контейнера изготавливается из бальзовой пластины толщиной 6 мм и размерами 12х30мм. Он делается так, чтобы слои бальзы были поперек, т.е. к фюзеляжу и заостряется по форме рыбки спереди и сзади. Потом на нем делаются желобки для приклейки к фюзеляжу и к контейнеру круглыми напильниками 6 и 10мм соответственно.
Крючки изготавливаются из стальной проволоки диаметром 0,6 мм. Крючки для резинки на крыле имеют форму буквы S, нижняя часть которой вклеивается в бальзу, обеспечивая хорошую прочность склейки. Крючки поворота крыла имеют форму буквы Г, основание которой на 1/3длины имеет 2 слоя проволоки, для усиления вклейки. Упор в пилоне крыла делается из стальной проволоки толщиной 1,5 мм.
Грибок толщиной 3мм для крепления крыла вытачивается на токарном станке. Внутри его нарезается резьба М2. Длина его подбирается по модели.
3.Сборка модели.
К фюзеляжу приклеивается сначала стабилизатор. Очень помогает при этом заранее размеченная линия центра. Приклеиваем его на ПВА и кладем на ровную поверхность до высыхания, потом промазываем. Киль предварительно подгоняем и приклеиваем на ПВА, внимательно контролируя по оси симметрии. Бывает так, что фюзеляж выгибает при изготовлении. Тогда стабилизатор располагают так, чтобы кривизна фюзеляжа проходила по бокам, но, ни в коем случае, вверх или вниз, потому что тогда стабилизатор будет расположен под углом и будет «рулить», что особенно на взлете даст отрицательный результат. Киль же в этом случае приклеивается так, чтобы его проекция четко совпадала с центром фюзеляжа спереди. После высыхания еще раз контролируется. Затем также промазывается по контуру приклейки. После этого стабилизатор и киль окрашиваются и шлифуются.
Посадочная площадка для пилона крыла приклеивается на фюзеляж на эпоксидной смоле таким образом, чтобы центр ее четко совпадал с центром разметки на фюзеляже.
После этого обе площадки и на фюзеляже и на крыле тщательно подгоняются друг к другу, чтобы крыло устанавливалось параллельно стабилизатору. Далее размечаем и сверлим отверстия диаметром 3 мм по центру крыла и по центру площадки на фюзеляже. Делать это нужно особенно точно. В фюзеляж вклеивается грибок таким образом, чтобы он впоследствии не выходил из крыла на 1 мм – это нужно для прижатия крыла к фюзеляжу. Отверстие в крыле промазывается эпоксидной смолой и после высыхания немного разворачивается обратной стороной сверла для хорошей посадки. Если этого не сделать, то со временем бальза потеряет прочность и крыло будет болтаться на фюзеляже. В пилон крыла вклеивается упор, на фюзеляже в этом месте, куда он будет приходить– усиление из целлулоида. Изначально подгоняется все так, чтобы крыло было под прямым углом к фюзеляжу, в дальнейшем не исключено подпиливание усиления или увеличение его толщины, чтобы обеспечить перекос крыла для регулировки виража модели.
Крючки в крыло на открытие консолей вклеиваются на эпоксидной смоле на расстоянии 30-40 мм друг от друга. Перед этим необходимо установить крыло на фюзеляж и посмотреть не будут ли они мешать его развороту. Один из крючков на консоли, которая при повороте крыла окажется вверху, имеет выступ упор, для того, чтобы ровно установить крыло на фюзеляж и при последующей зарядке модели облегчить фиксацию крыла на взлете. Места касания резинок усиливаем, делая бугорки из эпоксидной смолы (чтобы они не растекались необходимо делать их уже густой смолой). Крючки поворота крыла также вклеиваем на эпоксидной смоле.
Еще один важный момент при сборке – приклеивание контейнера. Этой работе надо уделить большое внимание, так как неправильная установка контейнера повлечет за собой кривой взлет и потерю высоты и результата.
Сначала пилон контейнера приклеивается на фюзеляж. Затем подгоняется расстояние до фюзеляжа. Для этого необходимо найти ровную боковую плоскость. Вставляем в контейнер оболочку отработанного двигателя для придания ему жесткости, прикладываем к фюзеляжу, и все это вместе прикладываем к ровной боковой плоскости и меряем расстояние до центра фюзеляжа в начале и в конце его соответственно. Это расстояние должно быть одинаковым. После этой подгонки приклеиваем контейнер на ПВА, контролируя его и по симметрии и по расстоянию до фюзеляжа. В идеале для этой работы нужно сделать специальное приспособление, но, не имея его, можно приклеить и так, четко все контролируя. После высыхания еще раз все промеряем и контролируем и уже промазываем места склейки клеем «Циакрин». Затем подгоняем верхнюю бобышку на фюзеляже по контурам пилона контейнера и усиливаем место приклеивания контейнера полосками стеклоткани на эпоксидной смоле с двух сторон таким образом, чтобы стеклоткань заходила и на фюзеляж и на контейнер. Далее после высыхания шлифуем и покрываем автомобильным акриловым лаком, придавая хорошую обтекаемую поверхность. В месте крепления обтекателя к контейнеру сверлим сквозное отверстие диаметром 1,5 мм. Оно служит для продевания фиксирующей нитки, удерживающей крыло в сложенном виде для взлета, и способствует стравливанию газов при срабатывании вышибного заряда МРД в конце активного участка полета.
Вот и все – модель готова. Теперь необходимо сделать развесовку и регулировку.
Регулировка и запуск модели
По правилам соревнований планирующая часть должна быть не менее 18г. Поэтому при изготовлении модели идет поэтапно взвешивание отдельных деталей и примерно подгоняется вес с учетом загрузки передней части модели для обеспечения необходимой центровки.
Регулировка модели начинается с установки на нужное место центра тяжести. Одеваем резинки, вставляем сгоревшую оболочку двигателя в контейнер и смотрим в каком месте она оказалась. Опытным путем уже установлено, что центровка модели должна быть примерно 7-9мм от центральной оси вперед. Соответственно загружаем переднюю (как правило) или заднюю часть, подгоняя центровку в нужное место. Взвешиваем модель. Если вес недостаточный – догружаем модель, приклеивая грузик по центру тяжести. Еще один важный момент – это развесовка крыла. Иногда одна половинка крыла получается тяжелей другой из-за неравномерной плотности материала. Модель при этом будет «ложиться» на крыло. Этот дефект необходимо убрать, приклеив на другую сторону плоский свинцовый грузик. Его обязательно надо утопить в консоли, чтобы он не нарушал аэродинамику крыла.
После такой регулировки можно приступать к регулировочным полетам. Сначала необходимо определить в какую сторону у модели есть тенденция к виражу. Для этого необходимо выбрать хорошее возвышение и запустить модель с руки. Но не всегда это удается до конца определить. Для более точной и ясной картины необходимо произвести тренировочные полеты.
Как правило необходимо это делать вечером в нетермичную безветренную погоду.
К полету модель готовим следующим образом. Одеваем резинки, проверяем как все открывается, складываем крыло и фиксируем его ниткой. Для этого продеваем ее через отверстие в контейнере и крючок-фиксатор, расположенный на центроплане крыла и завязываем. Внимательно проверяем не перекосилось ли крыло, если необходимо, то перевязываем нитку. Подготавливаем двигатель, подгоняя его по посадке в контейнер, при необходимости подклеиваем кусочки бумажного скотча. Устанавливаем двигатель в контейнер и контрим его иголкой. Модель готова к полету.
Делаем первый запуск. Внимательно смотрим - какой был взлет и главное, как модель ведет себя в воздухе после перехода ее в планирующий полет. Необходимо увидеть тенденцию к виражу и доворачивать его при необходимости в нужную сторону путем перекоса крыла. Но при этом необходимо учитывать изменение центровки. На практике уже установлено, что необходимо совершить не менее 3-х тренировочных полетов для хорошей регулировки модели и желательно хотя бы один перед ответственными соревнованиями. Удачных вам стартов.