Хвостовой двигатель


Малютка Piccolo

Автор - {author_info()}

Введение

Малютка Piccolo - этот вертолет создан уже более 3 лет назад фирмой Ikarus. Впервые серийная модель вертолета имела массу около 165 грамм и ротор диаметром всего 500 мм. Изначально, модель проектировалась с ротором фиксированного шага и оснащалась двигателем со странным названием "295" и неизвестными параметрами. Однако, год назад в связи с конкурентной борьбой для этой модели появилась новая модификация ротора и автомата перекоса - с общим шагом, которая позволила выполнять просто невероятный пилотаж.

Для упрощения механической части вертолет оснащен дополнительным двигателем на хвосте, которая позволяет значительно упростить конструкцию общего шага хвостового ротора. С другой стороны, это повлекло за собой создание фирмой Ikarus специальной бортовой электроники для этой модели. Зато, одним из достоинств данной модели можно считать, что в случае использования ротора с фиксированным шагом, потребность в специальной вертолетной аппаратуре отсутствует. Подойдет простейший 4-канальный FM-передатчик.

Ко мне в руки попался Piccolo сразу с 2 вариантами ротора: фиксированным и общим шагом.

Основные параметры модели:

  • диаметр ротора 50 см
  • аккумуляторы 7-8 банок ААА
  • автомат перекоса с общим шагом 90 градусов
  • пластиковые лопасти для фиксированного шага и деревянные для общего шага
  • пластиковая рама
  • все нагруженные элементы - углепластиковые

Что в комплекте?

Ко мне попал самый полный комплект, который только можно приобрести в Москве без апгрейда.

Состав:

  • модель Piccolo с двигателем G310, фиксированный шаг
  • ротор с общим шагом
  • Piccoboard (приемник и гироскоп и т.д.)
  • модуль удержания хвостовой балки (Heading Hold)
  • аккумулятор Sanyo 7 банок 250 ма/ч
  • рулевые машинки GWS Pico 3 шт
  • дополнительный двигатель G310
  • учебные шасси

Комплект великолепно упакован в картонный кейс, в котором позже можно будет осуществлять переноску собранной модели. К сожалению инструкция создана людьми, которые явно экономили свое время, полное отсутствие фотографий, рисунки низкого качества. В инструкции указаны номера деталей, но как их использовать при сборке - совершенно не понятно, так как они больше нигде не обозначены: ни на пакетиках с деталями ни на самих деталях. Поэтому сборка может напоминать процесс собирания пазла, но с меньшим количеством частей.

Все детали изумительного качества. Других проблем пока не видно, поэтому приступим к сборке.

Основной ротор.

Как уже упоминалось, для данного вертолета существуют 2 конструкции основного ротора: с фиксированным и коллективным шагом.

Фиксированный шаг

Конструкция ротора с фиксированным шагом удивительно проста. Она состоит всего из 5 элементов и при этом снабжена великолепного качества подшипниками, что положительно сказывается на ресурсе модели. Лопасти выполнены из пластика, который не боится ударов и великолепно гнется.

Коллективный шаг

Логическим продолжением развития этой модели стала новая модернизация несущего ротора, оснащенная коллективным шагом. Данная модернизация позволяет производить более экстремальное пилотирование модели и даже осуществлять такие маневры, как: бочки, петли, инверсный полет, а также всевозможные фигуры 3D пилотажа. Надо признать, что конструкторы фирмы Ikarus значительно потрудились, чтобы осуществить идею 3D полета на этой модели. Они решили множество конструкционных моментов и создали уникальный автомат перекоса ротора. К его особенностям можно отнести:

  • использование стандартной схемы для подключения аппаратуры и использование одной машинки для управления общим шагом
  • живучесть ротора во время падений
  • повышенный ресурс, износостойкость, т.к. во всех ответственных узлах установлены подшипники.

Автомат перекоса настолько мал, что основные детали запросто помещаются в коробок от спичек.

Лопасти ротора имеют асимметричный профиль и выполнены из бальзы с нагрузочными вставками из свинца. Обклеивать их прилагаемой пленкой надо самостоятельно.

Хвостовой ротор

Компенсационный хвостовой ротор выполнен с приводом от отдельного электродвигателя. Данная конструкция имеет как положительные моменты, так и отрицательные.

К положительным качествам можно отнести:

  • простота конструкции
  • ударопрочность
  • износостойкость
  • возможность использования в качестве хвостовой балки практически любых конструкционных материалов; например, в случае использования дюралевой хвостовой балки возможен ремонт простым выпрямлением ее руками
  • великолепная возможность для конструирования полукопийных моделей, т.к. возможен перенос хвостового ротора в любое диктуемое прототипом место расположения

Негативные качества:

  • большая инерционность
  • большая масса, вынесенная на хвост, компенсируется соответствующим выносом аккумулятора
  • использование дополнительного двигателя и соответственно дополнительной электроники.

Насколько эта конструкция хороша для данной модели, сказать трудно.

Сборка.

Приступаем к сборке. Возможно, я осуществляю сборку не совсем в том порядке, в котором нам диктует инструкция, однако, на мой взгляд, так удобнее.

Учебное шасси.

Начнем со сборки учебного шасси: конструктивно шасси выполнено из углепластиковых палочек и шариков от настольного тенниса с отверстиями. Крепление шариков происходит за счет силиконовых трубочек натянутых на карбоновые палочки.

Шасси производит впечатление надежной конструкции, хотя оно при этом очень легкое. О прочности конструкции говорит то, что за одну палочку можно поднять весь вертолет. Все-таки карбон не зря считается лидирующим материалом для легких и прочных конструкций.

Рама модели вертолета

Сборка рамы не составляет особого труда, надо лишь помнить про то, что длина углепластиковых стержней в конструкции шасси не одинакова справа и слева. Это сделано для компенсации дрейфа при взлете. В раму вставляется 2 подшипника для основного ротора, вал ротора - углепластиковая палочка. Затем закрепляем нижнюю шестерню, после чего уже монтируем двигатель. Подшипники я вставлял на локтайте (жидкость для фиксации резьбовых и других соединений, позволяет в дальнейшем производить их разборку).

При сборке очень аккуратно работаем с циакрином и проклеиваем только те места, которые указаны в инструкции!

Сборка ротора

Ротор с коллективным шагом рассмотрим поподробнее. Начинаем сборку со слайдера общего шага.

Данная конструкция осуществляет изменения коллективного шага. На фотографии мы видим 2 компенсатора из силиконовой трубки. Эта деталь является самой ненадежной и легко ломается при падении модели.

Далее устанавливается чашка автомата перекоса. Она выполнена из пластика очень хорошего качества и собрана на подшипнике. К недостаткам можно отнести отсутствие шарика, но это легко исправляется.

Далее собираются 2 смесителя. Обратите внимание на то, что они выполнены на 2-ух (!!!) подшипниках.

При этом я вставлял их на локтайте.

Затем собираем голову ротора (самое удивительное, что цапфы так же комплектуются двумя подшипниками).

Монтируем управляющие лопатки, при этом обращаем внимание на то, что они должны совершенно свободно вращаться вместе с валом относительно головы.

После этого автомат перекоса устанавливаем на шасси и ставим муфту. Она так же является больным местом этой модели. К сожалению, во время падений она разрушается одной из первых, и подшипники приходится искать по всей квартире (по всей площадке).

Далее собираем весь механизм и устанавливаем тяги. Получается вот такая симпатичная конструкция.

Теперь собираем лопасти и не забываем, согласно инструкции, вклеить свинцовые грузики, после чего обтягиваем лопасти пленкой и балансируем.

Рассматривать детально сборку ротора с фиксированным шагом не будем, поскольку она значительно проще и все интуитивно понятна. Вы сможете легко собрать эту деталь самостоятельно по рисункам, приведенным в инструкции. Вы также можете ориентироваться на фотографии ротора с коллективным шагом, так как конструкция очень похожа.

Piccoboard (Мозг и мозжечок)

Одной из самых замечательных разработок фирмы Ikarus можно считать уникальный интегрированный набор бортовой электроники. В состав данного борта (Piccobard+) включено:

  • 6 канальный FM приемник
  • гироскоп с возможностью подключения дополнительного модуля, реализующего функцию удержания хвостовой балки (Heading Hold)
  • 1 силовой регулятор с функцией BEC
  • 1 регулятор для двигателя привода хвостового винта

Также к бортовой электронике относится:

  • 3 машинки Pico GWS
  • 1 силовой двигатель G310
  • 1 двигатель хвостового ротора
  • 1 аккумулятор 250 ма/ч Sanyo

Piccoboard конструктивно представляет сборку из 2х плат, стянутых через двойной мягкий скотч термоусадкой. При этом видно, что 6-канальный FM приемник смонтирован на одной плате, а все остальное на другой. При большом желании можно использовать приемник в других целях. Тем более, что он оборудован всеми 6 разъемами.

Мой набор комплектовался модулем HH (Heading Hold, удержание хвостовой балки). Этот модуль устанавливается очень просто. Согласно инструкции, достаточно вставить микросборку в разъем и этого достаточно.

Я не приклеивал машинки на циакрине, как сказано в инструкции, а просто прикрепил их на хорошем двойном скотче - этого оказалось достаточно для выполнения обычных полетов. Включение бортовой электроники производится просто втыканием разъема питания аккумулятора.

Монтаж Piccoboard не представляет особых проблем, единственно надо обратить внимание на пару моментов:

  • При приклеивании Piccoboard надо следить, чтобы он был перпендикулярен основанию (и параллельно оси ротора). Это сильно сказывается на качестве работы гироскопа.
  • На плате приемника нет ключей для разъемов машинок, приходится обращать особое внимание на полярность и вставлять разъемы согласно инструкции.
  • На плате отсутствует информация о назначении переменных резисторов. Надо действовать исключительно согласно инструкции.
  • Необходимо следить за тем, чтобы провода не попали в движущиеся части.

Настройка

Настройка модели довольно сильно зависит от того, какой в данный момент установлен ротор, но можно воспользоваться следующим нехитрым алгоритмом:

  1. Монтируем рулевые машинки.
  2. Подключаем их к борту.
  3. Включаем аппаратуру и ставим ручки в среднее положение (двигатели должны быть отключены, а на аппаратуре не должны быть включены какие-либо микшеры и т.п.)
  4. Подбираем качалки, которые при установке на вал машинки фиксируются под углом 90 градусов к соответствующей тяге.
  5. Качалки берем по инструкции, или подбираем такие, чтобы при расходах, равных 100 процентов ход тяги составлял так же 100 процентов - или ход, регламентированный инструкцией.
  6. ЕСЛИ НЕОБХОДИМО, добиваемся перпендикулярности чашки вала, подгибая тяги.

В Piccoboard установлена компенсация вращательного момента, вызванного вращением основного ротора. Поэтому ОБЯЗАТЕЛЬНО отключите микшер газа и хвостового винта в аппаратуре! Модуль HH не требует никакой настойки.

В случае модели с коллективным шагом, вам необходимо использовать специализированную вертолетную аппаратуру и выполнить дополнительные действия:

  1. Установить третью машинку.
  2. Отрегулировать канал 6 как канал шага ротора.
  3. Установить кривые газа и шага (углов) для разных режимов полета.

Полеты

Пилотирование модели вертолета очень сильно меняется в зависимости от типа установленного ротора, поэтому рассмотрим поведение модели oтдельно для каждого ротора. Но, прежде всего - общие моменты.

Включать модель только в такой последовательности: аппаратура, затем модель, а выключать вначале модель, а затем аппаратуру! Не должно быть ситуации с включенной моделью и выключенным передатчиком, потому, что в этой ситуации приемник начнет принимать помехи и соответственно все будет двигаться в произвольном порядке. Перед включением установите ручку газа в положении малого газа, а тумблер Idle, если он используется, в положение Normal.

Этим вы обеспечите безопасность модели и отсутствие травм.

Бортовые регуляторы выполнены таким образом, что даже если вы случайно включите борт при установленной ручке газа в среднем положении, ротор не будет крутиться. Если вы переведете ручку в положение малого газа, то мотор будет включен. Лично я настоятельно рекомендую вам этого не делать. После данной операции у регулятора хвостового винта и гироскопа начинаются проблемы! Включайте модель только при ручке газа установленной в минимум!

Для правильной инициализации гироскопа ни в коем случае не трогайте модель, пока на Piccoboard мигает лампочка.

С фиксированным шагом

Модель с фиксированным шагом поразила меня своей простотой управления. Благодаря скосу шасси, при взлете почти полностью отсутствует дрейф модели и в случае отсутствия воздушных потоков модель висит совершенно спокойно. При этом любое убегание очень просто компенсируется легким движением ручки на аппаратуре. Любые маневры совершаются неторопливо и спокойно, мощности нового мотора G310 хватает на все, что только можно выполнить с данным ротором. Время полета с одной зарядкой NiCd аккумулятора составляет 3-4 минуты (с NiMH 720ма-7-8 мин). Шелест лопастей очень мягкий и приятный. Полеты я проводил в комнате с летной площадью 3 на 4 метра. Хвостовая балка удерживается гироскопом очень хорошо, но я не совершал никаких резких маневров.

Полет с учебными шасси я не производил, т.к. при отрыве модели от земли наблюдалась чудовищная вибрация. Очень похоже на то, что шасси входило в автоколебания с моделью.

С общим шагом

Когда поднимаешь модель в данной комплектации, на ум приходит лишь одно слово - ураган. Модель элементарно отрывается от поверхности земли. Висит стабильно, но малейшее движение ручкой - и модель тут же прыгает и кренится. Удержать можно, но довольно проблематично! При этом модель успешно сопротивляется небольшому ветру. Полеты на маленькой площади практически исключены, так как модель притягивается практически любыми предметами: стены и т.п. Удержать модель очень сложно. В небольшом зале или в тихую погоду - раздолье. С небольшого разгона модель выполняет петлю. Другие фигуры не пробовал из-за своей неопытности. Гироскоп при прямом полете работает нормально, при выполнении петли тоже не было замечено никаких проблем. Модуль HH великолепно удерживает хвостовую балку при любых маневрах. Единственное - обнаруживается недостаток конструкции хвостового ротора при совершении полетов хвостом вперед. В первый момент вертолет пытается развернуться из-за того, что хвостовой ротор не успевает раскрутиться, но затем все приходит в порядок.

Ремонт

К сожалению, полеты на маленькой площади чреваты авариями. Где-то висят штора и люстра, стоит мебель и, конечно, можно просто не справиться и уронить модель.

Самыми страшными вещами для этой модели являются: углы мебели, ножки стульев и шторы. Мебель, понятное дело, жесткая, а шторы чем виноваты? Шторы просто засасывает в ротор, и при этом, самое худшее, что если мебель просто стоит на месте, штора коварно подкрадывается к модели.

Несмотря ни на что, модель показала себя удивительно живучей. Притом, что аварии происходили, когда ротор крутился вовсе не на холостых оборотах, серьезных повреждений не было. Перечислю те узлы, которые в страдают больше всего.

Фиксированный шаг:

  1. Лопасти немного царапаются, но не разрушаются.
  2. Постепенно разрушается втулка крепления ротора
  3. Обеспечен постоянный поиск подшипников по квартире.

Общий шаг:

  1. Бальзовые лопасти разрушаются, но легко поддаются многократной склейке.
  2. Постепенно разрушается втулка крепления ротора.
  3. Разрушается слайдер коллективного шага (немного несовершенная конструкция).
  4. Обеспечен регулярный поиск подшипников.

Upgrade (Апгрейд)

Как и для большинства моделей, для Piccolo существует огромное количество апгрейдов. В основном, к этим апгрейдам относится замена пластмассовых деталей на дюралевые. При этой замене так же устраняются некоторые дефекты конструкции.

Существуют и более серьезные апгрейды, которые существенно улучшают модель вцелом. Речь идет о замене мотора на бесколлекторный. Чаще всего устанавливают бесколлекторные двигатели от Haсker или Astroflight, с регулятором Schulze Future 18be или аналогичным. Данное изменение требует значительных капиталовложений, сопоставимых со стоимостью модели в сборе, однако оно приводит к ощутимому улучшению летных характеристик. Попутно увеличивается время полета до 12 минут (на NiMn 720 ма/ч), и очень заметно повышается энерговооруженность модели. Очень интересной особенностью является использование специальных 3-фазных регуляторов с функцией гувернера (функция поддержания постоянных оборотов). Эта функция позволяет избежать основной проблемы электрических вертолетов - потери оборотов по мере разряда аккумуляторов, но плата за это - деньги.

При этом, особой переделки производить не надо. Регулятор подключается параллельно стандартному (это связано с тем что для компенсации хвостового ротора гироскопу нужен канал газа). Для этого удобно сделать переходничек.

Очень большое значение имеет масса модели вертолета. С этим борются всеми доступными средствами, начиная от укорачивания проводов рулевых машинок, до использования сверхлегких углепластиковых рам и тяг. На этом удается сэкономить до 20 грамм, что очень значительно для этой модели.

Одним вариантом апгрейда является замена аккумуляторных батарей. Самый простой вариант - это установка бортового питания из 8 банок(9.6в) вместо 7 банок (8.4 в). Это приносит значительное увеличение резкости в полете модели. Однако, любители подобных апгрейдов должны иметь в виду, что желательно также будет заменить регулятор хвостового двигателя на более высокочастотный. В противном случае, хвостовой двигатель будет очень быстро выходить из строя по причине выгорания щеток. Дело в том, что стандартные регуляторы работают на частоте около 3 килогерц, а индуктивность обмоток хвостового двигателя слишком мала, чтобы сгладить эти пульсации. В итоге, через обмотки хвостового привода начинают проходить большие импульсы тока, которые становятся особенно пагубными при питании от 8 банок.

Помимо увеличения количества банок, имеет смысл перейти на NiMH аккумуляторы. Они имеют меньший удельный вес, и при той же массе NiMH батарея для Piccolo имеет емкость 720 ма/ч вместо 250 ма/ч для NiCd. Справедливости ради, стоит отметить, что NiMH имеют большее внутреннее сопротивление, поэтому из-за тепловых потерь ожидать троекратного увеличения времени полета не приходится. Тем не менее, это время возрастает весьма заметно, до 7-8 минут на стандартном моторе.

Тем, кто хочет максимального увеличения времени полетов, есть смысл купить литий-полимерные батареи. Тут, однако, надо быть очень внимательными:

  • Не путайте литий-полимерные батареи с литий-ионными. Последние имеют в два раза меньшие максимальные разрядные токи, и не выдержат необходимого режима работы
  • Апгрейд мотора на бесколлекторный становится уже не опцией, а необходимостью, так как надо понижать потребляемый ток. Токи, которые потребляют обычные двигатели, будут для литий-полимерных аккумуляторов немного великоваты.
  • Литий-полимерные батареи требуют отдельного зарядного устройства, так как очень чувствительны к перезаряду, и стандартные зарядники для NiCd не подойдут.
  • Необходимо контролировать степень разряда батарей, по таймеру, или бортовым индикатором, так как переразряд батарей выводит их из строя практически мгновенно.

Тем не менее, несмотря на все сложности с литий-полимерными аккумуляторами, модель после апгрейда получается совершенно изумительная, способная без проблем отлетать 20 минут.

Пределов совершенствованию нет. И даже в такой маленькой модельке стоимость некоторых узлов составляет огромные цифры. Владелец должен самостоятельно решать, что стоит улучшить в своей модели, а что - не обязательно.

Резюме

Плюсы и минусы модели:

+ Маленький размер модели
+ Использование стандартной 4-канальной аппаратуры (фиксированный шаг)
+ При изготовлении использован великолепный пластик
+ Применено большое количество подшипников
+ Хвостовая балка может быть легко отремонтирована
+ Пластиковые лопасти отличаются отменной живучестью (фиксированный шаг)
+ Отсутствие сложной механизации хвостового ротора
- Непрочная конструкция втулки крепления ротора
- Непрочная конструкция слайдера коллективного шага
- Большая инерционность хвостового ротора
- Неинформативная инструкция

Летные характеристики данной модели очень сильно зависят от варианта основного ротора.

Фиксированный шаг:

Модель подходит для начинающего пилота, или просто для человека, который хочет пробовать полетать. При этом огромного опыта пилотирования не требуется. Ударопрочная и устойчивая модель, совершенно не требовательная к управляющей аппаратуре.

ВНИМАНИЕ. Это не игрушка для детей младшего возраста!! Перед полетами в любом случае нужны тренировки на симуляторе!

Общий шаг:

Модель для опытного человека, которому хочется продолжать экстремальный пилотаж не только на улице, но и в закрытом помещении, или возле дома. При этом пилот получает изумительные летные качества модели при достаточно надежной конструкции. Огромные возможности по апгрейду и совершенствованию летательного аппарата.

Дополнительную информацию вы можете посмотреть здесь:

http://www.precisionmodelproducts.com - широкий выбор апгрейдов и запчастейhttp://www.pgoelz.com/piccolo1.html - очень большая коллекция ответов на вопросы и описание переделок

На сайте HeliHobby можно найти инструкции по вертолету и хорошую подботку видео.

Обсудить на форуме

www.rcdesign.ru

Схемы расположения двигателей - Sukhoi Superjet 100

Caravelle

В авиации применяются несколько схем расположения крыла относительно фюзеляжа (низкоплан, центроплан, высокоплан) и двигателей (например: под крылом, в хвосте)

В современных реактивных пассажирских лайнерах наибольшее распространение получила схема низкоплана с двигателями под крылом. Конечно, любая компоновка — это совокупность плюсов и минусов, но преимущества этой схемы перевешивают её недостатки. Боинг исследовал множество вариантов и остановился именно на ней для своих самолетов Б737, 747 и т. д.

Размещение двигателя в задней части фюзеляжа дает возможность повысить аэродинамическую чистоту крыла, уменьшить шумность в салоне и снизить аэродинамические эффекты от обтекания фюзеляжа реактивной струей. Так же меньше дестабилизирующий момент при отказе двигателя.

Но при этом возникают свои проблемы. Итак, несколько слов о компоновке «Двигатель в хвосте»

«Свой» писал:1. Есть такая пакость у движков на хвосте — попадание самолёта в так называемый затяжной, «замкнутый» срыв при выходе самолёта на закритические углы атаки в 25-30° и выше. Самолет как бы «запирался»в этом положении с задранным носом, терял скорость, сваливался в штопор. Выход на закритические углы случался при попадании самолёта в мощный восходящий поток, порыв воздуха. Такие мощные порывы на больших высотах весьма редки, но каждый самолёт, как правило, в них попадает. Однако, как выяснилось, только самолёты с двигателями на хвостовой части фюзеляжа оказались неустойчивыми на этом режиме. На закритических углах атаки с крыла срывается спутная струя воздуха, которая попадает на ВЗ двигателей (что приводит к помпажу) и на горизонтальное оперение (рули высоты), делая его неэффективным.Печальный пример:

А горизонтальное оперение у компоновки двигатели на хвосте, как известно, располагается на вершине киля (если его устанавливать на фюзеляже, то оно попало бы в струю газов из сопла двигателей). Так называемое Т-образное хвостовое оперение ещё и тяжелее обычного. Существенное утяжеление конструкции является значительным недостатком самолётов с двигателями на хвосте. Кроме тяжёлого хвостового оперения, самое большое утяжеление имеет фюзеляж, на котором крепится силовая установка, загружающая его. Как оказалось, на самолётах с двигателями на хвосте преимущества «аэродинамически чистого» крыла снижались за счёт увеличения аэродинамического сопротивления, обусловленного взаимовлиянием (интерференцией) мотогондол и хвостовой части фюзеляжа.

2. Ко всему прочему, расположение двигателей в хвосте - отбирают часть салона, этим увеличивая общую длину фюзеляжа. Сравните длину 5-рядного SSJ (29,94 м, 98 пассажиров в 19.5 рядов) и 6-рядного Ту-334 (31,26 м, 102 пассажира в 17 рядов).

3. Существует и недостаток, связаный с близостью расположения двигателей друг к другу (а так же компактностью топливопроводов в хвосте): в случае пожара одного мотора шансы, что огонь повлияет и на второй (третий) двигатель (или подачу топлива к ним) - много выше, чем у самолетов с широко разнесёнными двигателями (под крылом).

4. Если двигатель подвешен под крылом, то его вес частично уравновешивается подъемной силой крыла(в полете). А если он в хвосте - вес ничем не уравновешивается, окромя как прочностью конструкции фюзеляжа и (крыла тоже). Или, если сказать по другому, двигатели на крыльях хорошо разгружают и само крыло - подъемная-то сила стремится задрать крыло вверх.

5. Двигатели "под крылом" ГОРАЗДО удобнее обслуживать. Из интервью Жака Декло: Я хотел бы подчеркнуть, что низкое положение двигателя является огромным преимуществом для техобслуживания. Благодаря такому его расположению мы способны заменить любое оборудование в течение 20 минут, для замены двигателя потребуется менее двух часов. А стоимость техобслуживания является одним из важнейших критериев для авиакомпании-заказчика. Подробное описание проблемы, сравнение доступа к двигателям, много фото

6. Ещё один недостаток связан с большой разбежкой центровки самолетов. Расположенные сзади двигатели приводят к смещению назад центра тяжести (ЦТ) самолета. Смещается назад и крыло. В результате фюзеляж и пассажирская кабина оказываются разделёнными крылом на неравные части — длинную носовую и короткую хвостовую. При этом наличие коммерческой нагрузки (пассажиры, багаж, груз) перемещает ЦТ вперед относительно крыла, а её отсутствие (перегоночный вариант, неполная загрузка) приводит к перемещению ЦТ самолета назад. В итоге расстояние между крайними положениями ЦТ превысило у самолетов с «высоким движком» все ранее известные пределы. Как решить эту проблему? Первые создатели таких самолетов — конструкторы «Каравеллы» и Ил-62 — решили идти привычным путём. Пусть истинная разбежка огромна, но летать самолёт должен только при умеренном её значении, характерном для прежних самолетов с двигателями на крыле, следовательно, необходимо компоновать крыло и главные стойки шасси относительно переднего положения ЦТ (полная загрузка). Что же будет, когда пассажиры выйдут и ЦТ переместится назад? Самолёт перевернется на хвост? Чтобы этого избежать, на Ил-62 применили дополнительную хвостовую стойку шасси, на которую опирается пустой самолёт. Как-то во время испытаний Владимир Коккинаки забыл убрать хвостовую опору перед взлётом и при разбеге сломал ее. Он комментировал это происшествие так: «Отлетает всё, что не нужно самолету». Пилоты не любят непонятных усложнений… У «Каравеллы» роль хвостовой опоры играл бортовой пассажирский трап в хвостовой части фюзеляжа (после высадки пассажиров самолет опирается на него, пока топливозаправщик не зальет горючее в крыльевые баки). Это на земле, а как лететь, если ЦТ переместится назад и самолет окажется неустойчивым в полёте? На Ил-62 предусмотрен балластный бак в носовой части фюзеляжа, в который при отсутствии коммерческой нагрузки заливается вода. Ведь топливо не следует размещать в фюзеляже по соседству с пассажирской кабиной — это пожароопасно. На «Каравелле» в перегоночном полёте в носовые багажники грузят балласт. Это, если можно так сказать, решение проблемы «по-французски». Оно связано с эксплуатационными трудностями, опасностями ошибиться при использовании балласта. В крейсерском полёте самолёт летает при малых разбежках центровки, что требует меньших балансировочных нагрузок на горизонтальное оперение и меньших его размеров.

Вставший на хвост самолет

Ещё примеры севших на хвост самолетов и сравнение их компоновок

7. Итак, двигатели "под крылом" работают на устойчивость самолёта и на его хорошую весовую культуру (при прочих равных такой самолёт весит меньше тех, у кого движки расположены по-другому), т.е. самолёт везёт больше комм.нагрузки.

Вероятно, указанные выше ограничения не устраивали английских создателей VC-10, DH-121, ВАС 111. Они захотели решить проблему кардинально — обеспечить возможность полёта при всех имеющихся огромных разбежках центровки. При этом надо компоновать крыло и главные стойки шасси относительно заднего положения ЦТ (самолет без нагрузки). В этом случае самолет никогда не перевернётся на хвост и всегда будет устойчивым в полёте. Но проблема возникает при полной загрузке самолета. Она состоит в том, что огромное плечо главных стоек шасси относительно ЦТ затрудняет отрыв передней стойки шасси при взлете самолета. Трудно и балансировать самолёт в полёте: требуются большие усилия на горизонтальном оперении и углы его отклонения, что увеличивает сопротивление в полёте. Эти проблемы решаются только за счёт существенного увеличения площади (и массы) горизонтального оперения. Для примера сравним близкие по размерам самолеты: скомпонованный «по-французски» Ил-62 имеет площадь горизонтального оперения, составляющую 14,7% от площади крыла, а скомпонованный «по-английски» VC-10 — 23%.

Возможных компоновок двигателя для пассажирского лайнера сегодня, фактически, всего две — на хвосте и под крылом (у верхнего крыла глюков ещё больше). Естественно, выбирая между мифической опасностью «засосать в движок мусор с полосы» и хорошо известным авиаторам гемороем…

Про движки на хвосте можно сказать ещё то, что известно об одной катастрофе и двух «инцидентах» связанных с попаданием на взлёте в движки ледяной корки с крыльев. Виновата, само собой, аэродромная служба — но факт остается фактом. «Под крылом» такого не может случиться в принципе.

А расскажите так же и про минусы компоновки «движок под крылом»

  1. Движок под крылом несколько портит аэродинамику
  2. Движок под крылом шумит на уровне салона
  3. Движок под крылом вынуждает делать высокие шасси, а значит — самолёт для высадки и посадки пассажиров нуждается в трапе, плюс большое шасси — это лишний вес.

Выводы по пунктам:

  1. Движок портит аэродинамику ВЕЗДЕ . Ну, разве только сунуть его в сам фюзеляж. Но это неприемлимо потому, что он, гад, шумит, занимает место, в случае поломки может устроить пожар или мясорубку. А на пилоне — на пожар можно смотреть и идти на аварийную посадку, либо просто сбросить. (они сбрасываются, правда)
  2. Вкусовщина, можно перетерпеть. А в случае «двигатель под крылом» — само крыло экранирует шум мотора.
  3. С ростом размера самолёта значение этого фактора теряется. Если в авиетке бизнес-класса движки под крылом просто сунуть некуда, там высота от крыла до бетонки метр максимум, то на Ил-96 шо так, шо этак — все равно из салона не выпрыгнешь.

Соответсвенно, выбор конструктора пляшет именно от размера самолета. В среднем классе — или встроенный трап и геморой с ЦТ, или движки под крыло — но получается дверь на большой высоте.

Вот какую штуку нашел. Полюбуйтесь, как извращаются люди, лишь бы не ставить двигатель на хвост!!!

Валерий Попов писал: … У самолётов с размещением двигателей в хвосте есть ещё одна проблема — нелокализованное разрушение двигателя. Вероятность поражения обломками двигателя коммуникаций, генераторов, гидронасосов, элементов системы управления значительно выше, чем при размещении двигателей под крылом. Сертифицировать самолёт в такой схеме можно, но уровень безопасности будет заведомо ниже, чем для альтернативного варианта. То же отностится к пожару двигателя (читайте Ершова). Причём это нелокализованное разрушение, в отличие от попадания в двигатель посторонних предметов, реальная опасность. За последние 3-4 года в России было 2 случая — Як-42 и Ту-154. В то время, как по попаданиям посторонних предметов — проблем не припомню…

Drozdov Vadim пишет: Добавлю, что на самом распостранённом ныне Ту-154 проблему пытались решить также наклонив назад стойки основного шасси (ось тележки при этом сдвигается назад относительно заднего лонжерона). Но получили дополнительную проблему в виде необходимости усиления задней части фюзеляжа из-за появления эффекта «ножниц» при касании земли. Если посмотрите на фюзеляж за крылом — видны серьёзные усиливающие накладки. Тем не менее избавиться от проблемы полностью не удалось и перегрузка на посадке ограничена до 2,0. Это довольно небольшая величина, и усугубляет ситуацию инертное поведение машины в продольном канале, особенно при передних центровках. Поэтому требования к технике пилотирования этого самолёта весьма высоки, а цена жёсткой посадки довольно большая.

Lukas писал: двигатель под крылом — разгружает крыло. Т.е. в весовом отношении со схемой двигатель в хвосте проигрываем дважды: и крыло тяжелее, и хвост начинает весить как чугунный мост.

Экзот: Разница в топливной системе близка к принципиальной. Расходные баки/отсеки располагаются у «двигатель по крылом» также в баках или рядом с ними. И, при необходимости, топливо оттуда может поступать даже при отказе самолётных подкачивающих насосов. При расположении двигателей на хвостовой части фюзеляжа это очень сложно.

При расположении двигателей под крылом двигатели продолжают работать даже при невероятном отказе всех СПН. Если же Вы предполагаете отказ всех СПН вероятным (например, умерла вся электросистема), то даже в этом случае силовая установка продолжит работать. Чего нельзя сказать о компоновке «двигатель в хвосте».

http://www.aviaport.ru/conferences/32061/181.html#p371475

20.06.2015 Vetrogonov пишет:

16:59 tomashomecat пишет:чистое крыло и меньший разнос (крутящий момент) движков это для Вас пустой звук?

Совершено пустой. Они не компенсируют большое количество недостатков жопомоторов.Это понятно каждому, кто в состоянии представить прохождение сил в полете по каркасу.

21.06.2015 tomashomecat пишет:

20.06.2015 Vetrogonov пишет:Это понятно каждому, кто в состоянии представить прохождение сил в полете по каркасу.

1. насколько я знаю главная причина всеобщего переноса движков под крыло в 60х годах был вес тогдашних движков нужной мощности, сейчас такой проблемы нет.1. с точки зрения геометрии центр силы тяги "жопомотора" почти идеально совпадает с центром лобового аэродинамического сопротивления что облегчает работу каркаса, чего совсем нельзя сказать про движки под крылом низкоплана. их момент на кабрирование нужно тоже как-то компенсировать конструкцией фюзеля плюс частичной потерей эффективности крыла.2. "жопомотор" не должен создавать никаких проблем для конструкции каркаса современного пасс-самоля с мощной палубой посреди фюзеля.

21.06.2015 Посторонним В пишет:Котик, ты бы лучше в историю авиации не вдавался! ;)В 60-е годы как раз шло массовое "перемешивание" двигателей в хвост - по примеру "Каравеллы". Даже Боинг после В-707 создал 727-й по таккой схеме. И главным фактором было уменьшение шума в пассажирском салоне.

21.06.2015 asp пишет:

09:51 aosta63 пишет:главная причина переноса движков под крыло - масса возникающих плюсов. Крыло разгружается от действующей подъемной силы, и его масса становится ниже. Хвостовая часть фюзеляжа тоже становится легче так как не должна воспринимать тягу. Доступ к двигателям проще.и еще я смутно помню, что двигатель под крылом играет роль своеобразного противофлаттерного грузана вход в двигатель не попадают возмущения с крыла и он не затеняется. все это способствует устойчивости работы двигателей.

… а еще на мотогондолы работают как запасное шасси, и после поездок на них самолет можно использовать снова :-)

21.06.2015 Посторонним В пишет:

К плюсам компоновки "двигатель под крылом" можно отнести и то, что при увеличении тяги возникает дополнительный кабрирующий момент - в отличие от компоновки "двигатели в хвосте", где в той же ситуации наоборот - создаётся пикирующий момент.Вспоминается Туношна…Понятно, что не из-за этого, но, может, именно этой малости и не хватило… (

21.06.2015 B_A_K пишет:

tomashomecat,Я так вижу, вы прям всезнайка в авиации :) И где только таких делают?

"В плюс" схемы "двигатели в хвосте" можно отнести, по большому счёту, только "чистое крыло" и меньшую шумность в передней части салона. Во всём остальном эта схема проигрывает традиционной начисто!

Работа силовой схемы фюзеляжа (а не каркаса!) на растяжение-сжатие далеко не самое главное. Я бы сказал, несущественное. Основное нагружение фюзеляжа - это изгиб. Эпюра изгибающих моментов, действующих на фюзеляж, определяется разносом масс. Чем весомей некий агрегат (двигатель, к примеру) и чем дальше он расположен от точки приложения аэродинамических сил от крыла (1/4 САХ), тем большеизгибающий момент, тем больше металла вы туда заложите. Размещение двигателей в хвосте приводит к заметному перемещению центра тяжести конструкции. Как следствие - уменьшается плечо горизонтального и вертикального оперения. Вряд ли вы знаете, что в горизональном установившемся полёте статически устойчивого самолёта стабилизатор создаёт отрицательную подъёмную силу. Это нужно для парирования момента, создаваемого парой сил: вес самолёта и подъёмная сила. Поскольку плечо стабилизатора уменьшилось, силу на стабилизаторе приходится увеличивать, что, соответственно, сказывается на ЛТХ самолёта в целом.Как справедливо было отмечено выше одним из авторов, выдвинутые вперёд двигатели при установке их на крыле служат противофлаттерными грузами. Вкупе с разгрузкой крыла это позволяет применить более тонкие профили, что, как учили нас в институтах, снижает аэродинамическое сопротивление (со всеми вытекающими последствиями).Есть ещё масса нюансов, например, увеличение веса топливной системы, бОльшая трудоёмкость обслуживания и, не поверите, двигатели в хвосте охотнее собирают с ВПП всякую бяку. Так что поменьше гонора в суждениях, есть резоны, про которые не пишут в "мурзилках", и только разработчик самолёта, прикидывая хрен к носу, определяет, чем он может пожертвовать, а чем нет, чтобы его самолёт покупали.

21.06.2015 Engineer_2010 пишет:

Krendel V.M. пишет: …задачей про пластинку бесконечного размаха на крутильной пружинке проблема флаттера не исчерпывается ))

Это точно, если учесть, что ко всем крутильно-машущим колебаниям консолей ОЧК ещё добавляется возбуждающий фактор от поперечно-вертикальных колебаний мотогондол. Кстати, на ролике про частотные испытания SSJ наглядно можно увидеть, как на определённых частотах начинают «мотыляться» движки: http://www.youtube.com/watch?v=mIUUncpPnyMЯ слышал от спецов по флаттеру из ЦАГИ, что в своё время, как на Ил-86 (или 96, точно не помню), так и на Ту-204, пришлось изрядно попотеть над решением проблем взаимодействия крыло-мотогондола. По их же рассказам, китайские товарищи сознательно выбрали для своего «пробного шара» в лице ARJ-21 компоновку с двигателями в ХЧФ, чтобы не связываться с этой непростой задачей.p.s. Кадры с «трясучкой» мотогондол примерно на 5 мин 45 сек.

Читайте также:

20 Jun 2012 14:07 (опубликовано: skydiver000)

Если вам понравилась статья, не забудьте поставить "+"

Читайте далее

  • Примеры севших на хвост самолетов - Судя по фотографиям на сайте airlines.net большая часть севших на хвост самолётов имеет расположение двигателя в хвосте. Только 3 самолёта имеют расположение двигатель-под-крылом, и причины у них довольно уважительные: Двигатели под крылом самолёт...… (+5)
  • Обсуждение темпов выпуска и композитов - О темпах выпуска Barbudos писал: Удивляет что? То, что Боинг имеет мощностя такие, что может выделить из своих многотысячных заказов 50 новых 737-х для России только за 4 (!) года. На фоне того, что мы слепили за 4-5 лет всего 28 Суперджетов...… (+20)
  • Сравнение CSeries 100 и SSJ100 - V_teme писал: CS100 даже в текущем (бумажно-идеальном) виде никакой не конкурент RRJ95B. Разница в MTOW составляет 12,271 кг при разнице в паксовместимости в стандартной конфигурации всего в 12 паксов (1,224 кг). Расчетная дальность CS100 с MTOW при...… (+19)
  • Сравнение цены двигателя SaM-146 с конкурентами - Цена двигателя SaM-146 равна $2,7 млн (в 2010-м году). Цифры из ежеквартального отчёта ГСС (страница 79, сверху): Дата совершения сделки: 29.04.2010 Вид и предмет сделки: Заказ № PO/340-RRJ-PJк Рамочному договору Поставки № DDC-RRJ-SCA-PJ-026 от...… (+11)
  • Обсуждение количества инцидентов - На одном форуме произошел небольшой спор о большом количестве инцидентов с Суперджетом. Цитаты: вовчек: за 2012 год 24 инцидента c SSJ. Соотнесите эти цифры с налетом парка, а так же с заявлениями должностных лиц разного ранга о том что для...… (+11)
  • Сравнение самолетов в сегменте 100-149 мест | 10.08.2012 - Статья не закончена: Требуется вычитка и оформление (проверьте перевод) Требуется свести все данные из картикнок в одну удобную таблицу. Ну или большинство данных. Исследование, опубликованое изданием AirInsight, утверждает, что рынок самолетов...… (+11)

Случайные статьи

  • Стоимость обслуживания Д-436-148 - Владимир Ломазов: У меня ощущение (цифрами не подкреплённое, но взятое из опыта экплуатации импортной техники, не только автомобильной, но и станков и оборудования) хорошая, но в эксплуатации дорогая, что часто делает её менее выгодной в сравнении с нашей техникой худшей по качеству и...… (+4)

Использование материалов сайта разрешается только при условии размещения ссылки на superjet100.info

superjet.wikidot.com

В погоне за скоростью : alternathistory

История авиации характеризуется непрекращающейся борьбой за повышение скорости полета самолетов. Первый официально зарегистрированный мировой рекорд скорости, установленный в 1906 году, составлял всего 41,3 километра в час. К 1910 году скорость лучших самолетов возросла до 110 километров в час. Построенный на Русско-Балтийском заводе еще в начальный период первой мировой войны самолет-истребитель РБВЗ-16 обладал максимальной скоростью полета — 153 километра в час. А к началу второй мировой войны уже не отдельные машины — тысячи самолетов летали со скоростями, превышавшими 500 километров в час.

Один из самых скоростных предвоенных самолетов — истребитель МиГ-3

Из механики известно, что мощность, необходимая для обеспечения движения самолета, равна произведению силы тяги на его скорость. Таким образом, мощность растет пропорционально кубу скорости. Следовательно, чтобы увеличить скорость полета винтомоторного самолета в два раза необходимо повысить мощность его двигателей в восемь раз. Это ведет к возрастанию веса силовой установки и к значительному увеличению расхода горючего. Как показывают расчеты, для удвоения скорости самолета, ведущего к увеличению его веса и размеров, нужно повысить мощность поршневого двигателя в 15…20 раз, но примерно с уровня скорости полета 700…800 километров в час и по мере приближения ее к скорости звука сопротивление воздуха увеличивается еще более резко. Кроме того, коэффициент полезного действия воздушного винта достаточно высок лишь при скоростях полета, не превышающих 700-800 километров в час. С дальнейшим ростом скорости он резко снижается. Поэтому, несмотря на все старания авиаконструкторов, даже у лучших самолетов-истребителей с поршневыми моторами мощностью 2500-3000 лошадиных сил максимальная скорость горизонтального полета не превышала 800 километров в час.

Для освоения больших высот и дальнейшего увеличения скорости был нужен новый авиационный двигатель, тяга и мощность которого с увеличением скорости полета не падали бы, а возрастали. И такой двигатель был создан. Это – авиационный реактивный двигатель.

Изобретение реактивного авиационного двигателя предопределило резкий скачок в развитии авиации. Новые самолеты с реактивными силовыми установками были значительно быстрее и мощнее свих аналогов, оснащенных поршневыми авиамоторами.

Реактивный двигатель позволил самолетам преодолеть звуковой барьер, что было практически неосуществимо при использовании поршневых авиамоторов. Современные реактивные самолеты способны двигаться со скоростями, в несколько раз превышающими скорость звука.

В наш век бурного развития авиации мы часто забываем, что все достигнутое в последние годы в области создания авиационных силовых установок является в основном результатом воплощения очень старых идей — их практического применения на базе более высокого уровня развития техники.

Считается, что первые реактивные самолеты поднялись в воздух около 70 лет тому назад. Однако, это не совсем так, сама идея самолета с реактивным двигателем насчитывает более полутора веков, а впервые реактивная тяга оторвала самолет от взлетной полосы … в 1910 г.

 

Первый реактивный самолет "Коанда-1910"

Однако только в 30-х годах настоящего столетия реактивные двигатели стали серьезно рассматриваться как основные силовые установки для самолетов. Реактивные двигатели нельзя приписать одному изобретателю, их создание является результатом исследований и экспериментов, начатых одновременно и независимо в ряде стран. Тем не менее история первого реактивного самолета начинается с того, что румынскому инженеру Анри Коанда в 1910 году удалось создать и испытать самолет Coanda-1910 на котором стоял мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель.

Мотокомпрессорный ВРД – двигатель, у которого для привода компрессора используется поршневой двигатель. Воздух входит через специальное отверстие в передней части фюзеляжа в трубу переменного сечения, где поджимается компрессором, который приводится в движение поршневвым авиамотором, одновременно выполняющим функцию камеры сгорания. Затем поток сжатого воздуха омывает этот поршневой мотор воздушного охлаждения и несколько нагревается. Перед поступлением в камеру сгорания воздух смешивается с выхлопными газами от этого мотора. В дополнительной (форсажной) камере сгорания, куда впрыскивается топливо, в результате его сжигания температура воздуха повышается еще больше. Газовоздушная смесь, вытекающая из сопла в хвостовой части фюзеляжа, создает реактивную тягу этой силовой установки. Площадь выходного сечения реактивного сопла регулируется посредством конуса, способного перемещаться вдоль оси сопла.

Идея мотокомпрессорного двигателя принадлежит нашему соотечественнику инженеру Горохову, а уже чуть позже, независимо от него, такую же идею высказал французский инженер Рене Лорэн (Lorin), который в 1908 г. предложил конструкцию своего двигателя.

Реактивный двигатель — это двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в реактивном двигателе могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Реактивный двигатель (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов, например таких, как воздушный винт.

Хотя создатель первого реактивного самолета Анри Коанда по образованию был инженером-артиллеристом, он больше интересовался проблемами воздухоплавания. В 1905 году он сконструировал самолёт для румынской армии. В 1907—1908 годах он продолжил обучение в Институте Монтефиори в Льеже, где познакомился с Джанни Капрони. В 1908 году Коанда вернулся в Румынию для прохождения службы офицером во Втором артиллерийском полку. Однако вскоре он обратился за разрешением выйти в отставку, и, после получения разрешения, совершил автомобильный рейд в Исфахан и далее в Тибет. По возвращении в Европу поступил в Париже во вновь открывшуюся Высшую национальную школу инженеров и авиаконструкторов (сейчас Высшая национальная школа авиации и космоса). В 1910 году он закончил её, став первым в своём классе и получив специальность авиаконструктора.

При поддержке инженера Гюстава Эйфеля и математика и пионера авиации Поля Пенлеве, Коанда начал эксперименты по аэродинамике. В 1910 году в мастерской Джанни Капрони Коанда сконструировал первый прототип реактивного самолёта — самолет Coandа-1910 с мотокомпрессорным двигателем — и представил его на Втором воздухоплавательном салоне в Париже. Самолёт использовал четырёхцилиндровый 50-сильный бензиновый мотора Clerget, нагнетавший воздух в две камеры сгорания, расположенные по бокам фюзеляжа, в которых воздух смешивался с топливом и сгорал, создавая реактивную тягу. Коанда запатентовал эту технологию во Франции в 1910 году и в Великобритании и Швейцарии в 1911 году (В некоторых источниках информация о работе Анри Коанда (Coanda), дает несколько другое наименование аэроплана, оснащенного реактивной установкой  "Турбо-Пропульзер" (Turbo-Propulseur).

 

МкВРД самолета "Соанда-1910" тягой 220 кГс

Аппарат совершил свой первый и последний полёт в октябре 1910, при огромном стечении публики (ранее в этом же месяце Коанда продемонстрировал своё изобретение на Парижском авиасалоне). За штурвалом находился сам конструктор. Для защиты хвоста от выхлопа двигателя Коанда применил закругленные дефлекторы. В полете дефлекторы отклонили пламя из двигателя на хвост самолёта. Хвостовое оперение сгорело и потерявший управление самолёт врезался в амбар. По легенде Коанда тогда впервые обратил внимание на это явление, названное впоследствии "эффектом Коанда". К сожалению дальнейшие работы по самолету были прекращены, автор сосредоточился на разработке обычных самолетов и исследованиях открытого им явления.

Идея создания пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД) была запатентована в 1906 г. русским инженером В.В. Караводиным, а год спустя его француз Марконне (Marconnet) сформулировал основную идею и приобрел патент на реактивный двигатель с внешним компрессором. В 1913 году, незадолго до Первой мировой войны, во французском журнале "Ле Аэрофиль" (Le Aerophile) появилась статья инженера Рене Лорэна (Lorin). Он описывал гипотетический летательный аппарат с двигателем, не имевшим каких-либо движущихся частей и состоявшим из впускного диффузора с примыкающей камерой сгорания и следующим за ней реактивным соплом. Рене Лорэн предположил, что скорость такого самолета будет лежать за пределами звукового барьера. В то время такое предположение выглядело фантастическим; сегодня же это устройство, известное как прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), находит широкое практическое применение в виде форсажной камеры сгорания в сочетании с турбореактивным двигателем (ТРД). В 1944 году немецкий инженер профессор Ойген Зенгер (Eugen Senger) предложил подобное усовершенствование для двигателей Me 262, в результате чего их мощность могла кратковременно повышаться.

В 1916 году еще один француз Огюст Рато (Rateau) создал турбокомпрессор. Устройство представляло собой турбину, которая приводилась в действие выхлопными газами. Использовалось оно поначалу в качестве высотного воздушного нагнетателя на с поршневым двигателем. Разработки Рато "довел до ума" американец д-р Стэнли Мосс (Moss). 19 июня 1918 года двигатель "Либерти" с "турбокомпрессором доктора Мосса" на соответствующей высоте показал повышенную мощность - 366 л.с. вместо обычных 230 л.с. Стоит отметить, что компрессор реактивного двигателя Jumo 004 производства фирмы Юнкерс также появился в результате исследовательских работ над турбокомпрессором для поршневого двигателя.

И, наконец, в 1921 года изобретение состоялось окончательно: опять-таки во Франции Максим Гийом (Guillaume) подал заявку на получение патента на двигатель, который обладал всеми признаками современной турбореактивной силовой установки. Гийом поместил камеру сгорания между ступенчатым компрессором и многоступенчатой турбиной. Струя нагретого воздуха, вырываясь из камеры, приводила в движение турбину и связанный с ней турбокомпрессор. Правда, на рисунке патента нельзя рассмотреть реактивное сопло; возможно, Гийом предполагал построить двигатель, известный сегодня под названием "турбовинтовой". Таким образом, уже к 20-м годам XX века появилась (пока еще в форме патентов) возможная альтернатива поршневым авиационным моторам. В Германии была сделана попытка построить реактивный двигатель еще одного вида - ракетный. Основываясь на работах Макса Валье (Valier), Александр Липпиш (Lippisch) разработал самолет типа "утка", оснащенный твердотопливным ракетным двигателем (ТТРД) или, проще говоря, пороховым двигателем пиротехника Зандера (Sander). 11 июня 1928 года в районе Рена Фрицу Штамеру (Stamer) удалось осуществить первый пилотируемый полет на ракетоплане. Правда, очень скоро выяснилось, что ракетный двигатель в соединении с планером не имеет никаких преимуществ перед поршневым мотором, и до сих пор область применения ракетного двигателя в авиации ограничивается лишь несколькими специальными областями.

В Англии в середине 20-х годов XX в. реактивным двигателем занимался А. А. Гриффит (Griffith) из управления RAF (Королевских воздушных сил). А в 1930 году офицер британских ВВС Фрэнк Уиттл (Whittle) подал заявку на изобретение турбореактивного двигателя и получил патент за номером 347206, однако его проект поначалу также не был замечен.В середине 30-х годов XX в. явно обозначился кризис винтовой авиации. С 30 сентября по 6 октября 1935 года в Риме под председательством Алессандро Вольта (Volta) проходил международный конгресс "Высокая скорость в авиации" ("Le alte velocite in aviazione"). Этот так называемый "Конгресс Вольта" представлял собой научную конференцию по вопросам о возможностях сверхзвуковых самолетов. На нем, среди прочего, профессор Адольф Буземанн (Busemann) в качестве средства для уменьшения сопротивления при высоких скоростях предложил свой проект стреловидного крыла. Но главное, на этой конференции каждому ученому стало ясно, что самолету с поршневым двигателем никогда не удастся перешагнуть звуковой барьер.А всего лишь через месяц после конгресса, 10 ноября 1935 года, доктор наук Геттингенского университета Ганс Йоахим Пабст фон Охаин (von Ohain) получил секретный патент за номером 317/38 на турбореактивный двигатель, который он разработал еще в период своего обучения. В апреле 1936 года авиапромышленник Эрнст Хейнкель приглашает фон Охайна к себе и обеспечивает его всем необходимым для успешной работы.

 Схемы ТРД из патентов Ф. Уиттла и Г. фон Охайна

Не умаляя роли передовых промышленных стран, таких как Германия и Англия, следует отметить достойный вклад русских ученых и инженеров в создание и развитие авиационной газотурбинной техники.

Основополагающими теоретическими разработками в области реактивного движения и лопаточных машин были еще дореволюционные труды ученых И.В. Мещерского, Н.Е. Жуковского, К.Э. Циолковского. К началу XX века относятся первые проекты ГТД русских инженеров: П. Кузьминского (1900 г.), В. Караводина (1906 г.), Н. Герасимова (1909 г.), А. Горохова (1911 г.), М. Никольского (1914 г.). Изготовление опытного турбовинтового (турборакетного) двигателя мощностью 160 л.с. по проекту М. Никольского было начато в 1914 году на Русско-Балтийском заводе для замены немецкого поршневого двигателя «Аргус» мощностью 140 л.с. на самолете «Илья Муромец». 22 мая 1919 г. в ЦАГИ создано винтомоторное отделение во главе с инженером-механиком Б.C. Стечкиным. Уже в 1929 г. Б.C. Стечкин разработал и опубликовал теорию BPД, получившую всеобщее признание в нашей стране и за рубежом.

B 1923 г. инженер-конструктор B.И. Базаров подал заявку на вполне современную схему одно — вального ТPД с центробежным компрессором. В 1925 г. преподаватели МBТУ Н.Р. Бриллинг и B.B. Уваров обосновали возможность создания мощного авиационного ТBД.

    

 Конструктивная схема ТРД : а – М.Н. Никольского, б – В.И. Базарова

В Великобритании в марте 1936 года основывается фирма "Пауэр Джетс лтд."; цель предприятия - строительство газовой турбины для летательного аппарата по проекту Фрэнка Уиттла. В то же время в магдебургском филиале фирмы "Юнкереc Моторенверке Дессау АГ" профессор Герберт Вагнер (Wagner) излагает свои предложения относительно реактивного двигателя, а в Мюнхене на фирме "БМВ" и ее филиале в Шпандау специалисты приступают к разработке проектов таких двигателей. Успех будет достигнут, но только к концу войны. В середине марта 1937 года фон Охайн и его сотрудники испытывают модель двигателя на водородном топливе - Не S2. Конструктор Хейнкель увеличивает темпы разработок. Его цель — скорейшая постройка и испытания реактивного самолета.

Англичанин Фрэнк Уиттл не отстает от немцев: 12 апреля 1937 года он проводит первое испытание своей конструкции. А третьими в этом ряду стали французы Сансо де Лаво (Sensaud de Lavaud) и Бруне (Brunet), которые на своем небольшом опытном двигателе добились силы тяги в 100 кгс. Но начало войны и скорое поражение Франции помешало завершению работы. Что касается других стран, то в 1937 году их было не слишком много: точнее, только в Советском Союзе А. М. Люлька занимался созданием осевого турбореактивного двигателя, его работы также прекратились с началом войны в 1941 году, и только в августе 1945 года первый советский реактивный двигатель был построен. Таким образом, во второй половине 1930-х годов авиаконструкторы ведущих авиационных держав не только обратили, наконец, более пристальное внимание на идею реактивного двигателя, но и приступили к практическим разработкам этой идеи на самолетах.

Хейнкель He.176 — немецкий реактивный самолёт. Первый в мире самолёт, приводившийся в движение лишь жидкостным реактивным двигателем. Пилотируемый Эрихом Варзитцем (Erich Warsitz), он совершил свой первый полёт 20 июня 1939 года около Варнемюнде. Реактивный самолёт был частным проектом компании «Хейнкель», её директор Эрнст Хейнкель делал акцент на развитие высокоскоростных технологий. Работа над He.176 не была особо выдающейся, но заложила основные принципы развития ракетной техники. Он был оснащен сбрасываемой носовой частью.

Переход к реактивным двигателям действительно был революционным событием в военной авиации. Кризис поршневого мотора наметился уже в 30-е гг. Рекордные самолеты тех лет наглядно продемонстрировали "потолок" развития поршневой авиации. Увеличение мощности двигателя не приводило к пропорциональному увеличению скорости, давая прирост скорости всего на 50-60 км/час. Рекордный самолет "Bf.109V13" 11 ноября 1937 г. достиг средней скорости 610,95 км/час.

Полтора года спустя  30 марта 1939 г.  творение фирмы "Эрнст Хейнкель АГ" "Не.100 V8" превысил это достижение более чем на 130 км/час, достигнув 746,606 км/час. Вилли Мессершмитт поднял эту перчатку, и в предпоследний месяц, когда было еще актуально регистрировать рекорды  в июле 1939 г., рекордный "Me.209V1" летал со скоростью 755,14 км/час. Рекордных скоростей удавалось достичь только резким наращиванием мощности двигателя. Мотор "DB-601R-III", установленный на "Bf.109V13", развивал мощность 1700 л. с., a "DB-601R-V" на двух других самолетах 2770 л. с.

Расчеты показали, что для одноместного истребителя, развивающего скорость 1000 км/час, необходим мотор мощностью 12 200 л. с.! Только масса самого двигателя составила бы свыше шести тонн, а вес всей машины  15 тонн. Проблема была в резко снижающемся на больших скоростях КПД винта. Альтернативой винту была реактивная тяга. Это было понятно еще в то время, когда в бой шли бипланы и самолеты с гофрированной обшивкой. Поэтому задолго до Второй мировой войны началась гонка за создание боевого реактивного самолета. Уже в конце 1938 г. Вилли Мессершмитт получил официальный контракт на истребитель с реактивным двигателем.

Заметим, что в 1938 г. не существовало ни одного летающего реактивного самолета, а опытный реактивный двигатель "HeS 2A" Ханса фон Охайна развивал на стенде «могучую» тягу в 80 кг. Только год спустя в воздух поднялся первый в истории летающий реактивный самолет  одноместный "Не.178", оснащенный двигателем "HeS 3B" с тягой 510 килограммов. Первый исторический полет состоялся в пять утра в воскресенье, 27 августа 1939 г. Он был засекречен настолько, что итальянцы, подняв в воздух в августе 1940 г. реактивный самолет "Капрони-Кампини", громко заявили о своем приоритете в создании реактивной авиации на весь мир.

 

Однако итальянский самолет был реактивным в современном понимании этого слова весьма условно. Компрессор, нагнетавший воздух в камеры сгорания, приводился в действие поршневым мотором, а не газовой турбиной. По тому же пути пытались идти в СССР. Самолет "И-250" ОКБ Микояна и Гуревича, а также "Су-5" ОКБ Сухого оснащались двигателем "ВК-107Р" с приводом на воздушный винт и компрессор реактивного двигателя.

 

Но для военных самолетов, тем более тогда, это был тупик. Комбинация двух двигателей делала силовую установку тяжелой и неэкономичной. Задачей конструкторов реактивных двигателей тех лет было создание системы, в которой компрессор приводится в действие газовой турбиной, стоящей на пути исходящих из камеры сгорания газов. Такой двигатель, подобно Мюнхгаузену, тащил себя из болота за волосы и требовал раскрутки компрессора от внешнего источника только в период запуска. Фактически, решить надо было две задачи,  создать эффективную газовую турбину и реактивный двигатель в целом. Для материаловедения и технологии того времени, задачи были очень сложными. Достаточно вспомнить какие трудности вызвало освоение турбонадува поршневых моторов, а это существенно более простая задача.

   

Двигатель HeS3B с тягой 450 кгс

Общим для обоих энтузиастов, создававших первые в мире работающие ТРД, было то, что первые расчеты и проекты они сделали еще в студенческие годы — Ф. Уиттл в возрасте 22 лет на четвертом курсе колледжа Королевских ВВС в Крэнуэлле, а затем на курсах инструкторов летной школы в Уиттеринге (1928.29 г.г.), а Г. фон Охайн, также в возрасте 22 лет, при окончании Геттингенского университета (1933 .34 г.г.).

Г. фон Охайна с 3 апреля 1936 г. работал по контракту с Э. Хейнкелем. 27 августа 1939 г. на самолете Hе-178 с двигателем его конструкции —  HeS3B, был совершен успешный полет. Несмотря на это Г. фон Охайну так и не удалось создать массовый серийный ТРД.

Наибольших успехов при создании первого массового серийного реактивного двигателя (Юмо-004) добился другой немецкий конструктор австрийского происхождения — Анслем Франц.

Начатую Ф. Уиттлом в инициативном порядке программу создания и развития английских ТРД можно считать (как и немецкую программу Юмо-004) весьма успешной. Уиттл принял удачную концептуальную идею разработки ТРД — центробежный компрессор с П*К = 4 и двухсторонним входом. Это позволило значительно повысить лобовую тягу двигателя.

От первого запуска экспериментального ТРД Ф. Уиттла W.U. (Whittle Unit), состоявшегося 12 апреля 1937 г., до первого полета однодвигательного реактивного самолета Глостер Е28/39  с ТРД W.1 15 мая 1941 г. прошло четыре года. За это время решалось много проблем. Но главной была проблема создания надежной камеры сгорания, которая претерпела ряд изменений — от кольцевой до трубчатой противоточной, а затем и до трубчатой прямоточной.

 

alternathistory.livejournal.com

Авиаликбез - prostomayak

Пока сегодня копался в куче авиаинформации, наткнулся сегодня на весьма простой ликбез, который может быть занятен обычному обывателю.

Вопросы любознательного пассажира самолёта

1. Почему у одних самолётов двигатели под крыльями (Боинг-767 и т.д.), а у других – в хвосте (Як-40)?

2. Почему посадка пассажиров в авиалайнер идёт по очереди (в носовую часть, среднюю и т.д.)?

3. Зачем самолёту Т-образный хвост?

4. Надо ли останавливать колёса шасси самолёта перед уборкой в фюзеляж?

5. Почему «просаживается» самолёт после взлёта?

6. Разумно ли поддерживать в салоне самолёта нормальное давление?

7. Зачем пассажиру конфета-леденец?

8. Можно ли открыть двери во время полёта?

9. Чьим командам подчиняется большую часть времени самолёт?

10. Велика ли вероятность столкновения самолётов?

11. Для чего самолёту фары?

12. Для чего применяют сдвоенные колёса шасси?

13. Чему примерно равна посадочная скорость крупного авиалайнера?

14. Чем тормозит авиалайнер?

15. Есть ли у него «воздушные» тормоза?

16. Что такое АВС (АБС)?

17. Опасно ли «идти на грозу»?

18. Какие неприятности бывают в атмосфере?

19. Почему «дымят» колёса при посадке?

20. Какой длины достигает посадочная полоса?

21. Кто (что) посадит самолёт?

22. Для чего ставят на лайнер 3–4 двигателя?

23. Почему лётчики не любят птиц?

24. Какие двигатели на современных самолётах?

25. Какое отличие между ТРД и ТВД?

26. Зачем самолёту небольшие метёлки на крыльях?

27. Нужен ли пилоту штурвал?

28. Из чего делают самолёты?

29. На чём мы будем летать в ближайшие 10-15 лет?

30. Почему профиль крыла не плоский, а выпуклый?

31. Как возникает подъёмная сила крыла самолёта?

32. Какие разделы физики важны для авиации?

33. Кто изобрёл самолёт?

Ответы:

1. Ответ далеко не прост, как это кажется. Компоновка двигателей в хвосте уменьшает уровень шума в салоне, двигатели стоят выше и реже «засасывают» посторонние предметы с взлётно-посадочной полосы, при отказе одного из двигателей самолёт сохраняет управляемость. Но и минусы есть. Затруднён доступ к двигателям, особенно, если они в фюзеляже самолёта (Ту-154, МД-10).

Поэтому в современных самолётах двигатели стараются располагать под крыльями, упрощается их обслуживание, за счёт равномерного распределения нагрузки можно облегчить крыло.

2. У самолётов типа Ил-62 центр тяжести смещён далеко назад. Поэтому пассажиры сначала занимают переднюю часть салона, иначе есть риск опрокидывания самолёта назад.

3. Т-образный стабилизатор улучшает управление лайнером при заднем расположении двигателей.

4. Остановка колёс шасси перед уборкой в фюзеляж крайне необходима, в противном случае гироскопический эффект быстро выведет механизм шасси из строя.

5. Самолёт «просаживается» из-за уменьшения подъёмной силы крыла. При взлёте она больше, а в крейсерском режиме меньше.

6. Салон самолёта герметичен и в нём поддерживают давление 0,75 атм. А почему нельзя обеспечить нормальное давление? Пробовали в 1950-56 гг., но когда без видимых причин четыре самолёта «De Havilland Comet» развалились в полёте на фрагменты не более 1 м, то наддув до 1 атм был отменён. Причина: перепад давлений изнутри и снаружи создаёт напряжения в металле, и самолёт разрушается. Кстати, так же лопается резиновый шарик при чрезмерном наддуве.

7. Конфета-леденец заставляет пассажира сделать ряд глотательных движений, автоматически выравнивая давление в системе ухо–горло–нос, что избавляет от неприятных ощущений.

8. Нет. Обычные двери для пассажиров надёжно закрыты, а двери аварийных выходов (они открываются внутрь) ещё надёжнее блокирует перепад давлений.

9. Большую часть времени авиалайнером командует автопилот.

10. Вероятность столкновений самолётов невелика, но она есть. Поэтому есть жёсткий регламент по высоте, в Европе работает система безопасности полётов TCAS. Катастрофа над Баденским озером случилась потому, что хотя система TCAS выдала правильный сигнал о сближении самолётов, диспетчер ошибочно дал команду на снижение башкирскому экипажу. Произошла трагедия. Увы, человеческий фактор непредсказуем!

11. Основное назначение фар – отпугивание птиц. Столкновение с птицами ежегодно приносят ущерб в $ 1 млрд долларов (данные IСАО – Международной организации гражданской авиации).

12. Сдвоенные шины широко применяются на тяжёлых самолётах. Они надёжнее одиночных.

13. Посадочная скорость лежит в пределах от 220 до 270 км/ч.

14. Авиалайнер оснащён несколькими тормозными системами: тормоза шасси, реверс двигателя и другое.

15. «Воздушные тормоза» – специальные аэродинамические щитки, которые резко увеличивают трение о воздух и скорость самолёта падает.

16. АВС (АБС) – автоблокировочная система. Неравномерное торможение может привести к заносу и сходу с посадочной полосы и аварии. Из авиации АВС пришла в автомобилестроение.

17. Хотя любой самолёт имеет грозозащиту, попадание молнии отнюдь не подарок. Удар молнии может разбить обтекатель антенны или вызвать появление в кабине пилотов или салоне шаровой молнии. Пилоты стараются миновать грозовые фронты.

18. Неприятностей хватает. В атмосфере грозового фронта авиалайнер может потерять за десяток секунд 4–5 км высоты. Но даже в тихую погоду в тропиках или при пересечении границы суша–океан бывают подобные случаи. Такие происшествия, понятно, не радуют пассажиров. Лайнеры теперь имеют локатор для определения плотности воздуха, что позволяет избежать «воздушных ям».

19. Колёса лайнеров «дымят» при посадке от сильного нагрева. К шинам предъявляют очень высокие требования по прочности. Шины бескамерные с давлением 0,6–0,8 МПа и чаще всего сдвоенные.

20. Времена, когда самолёт мог приземлиться на любой поляне, прошли. Взлётно-посадочная полоса – это сложное инженерное сооружение длиной от 2 до 4,5 км. Кадры из кинофильма «Приключения итальянцев в России», где авиалайнер садится на шоссе, вызывают улыбку специалистов. Как говорил учитель М.Л.Галлая – летчик Козлов: «Главное в умении летать – взлетать и садиться!»

21. Посадку производит пилот или автопилот, но во втором случае она будет жёсткой. Автопилот всё держит в пределах допуска по высоте, скорости и т.д.

22. Установка 3-4 двигателей повышает безопасность полётов. При отказе 1-2 двигателей лайнер может сесть на ближайший аэродром.

23. Птица может разбить лобовое стекло кабины пилотов, но всего страшнее попадание птицы в сопло двигателя. Двигатель глохнет и авария неизбежна. Особенно плохо, если самолёт едва оторвался от взлётной полосы.

24. На самолёты ставят ТРД (турбореактивные двигатели) и ТВД (турбовинтовые двигатели).

25. ТРД даёт только реактивную тягу, а ТВД имеет привод на воздушный винт и реактивную тягу.

26. Метёлки снимают с самолёта избыточный электрический заряд.

27. На самолётах последнего поколения (А-380, RRJ, Ан-148) штурвал отсутствует. Его заменяет джойстик.

28. Многие помнят фразу: «Алюминий – крылатый металл». Но алюминий успешно вытесняют композитные материалы.

29. Основные марки самолётов (А-350, А-380, Boeing-767, Ил и Ту) будут летать ещё 10–15 лет. Они могут получить другие двигатели, более совершенную электронику, но облик машин не изменится.

30. Профиль крыла выпуклый и этот фактор создаёт подъёмную силу.

31. Подъёмную силу создаёт перепад давлений из-за различия скоростей сверху и снизу крыла.

Профиль крыла тщательно рассчитывают под данный самолёт.

32. Очень трудно указать разделы физики, которые не применяются в авиации. Механика, теплотехника, оптика, радиофизика и многое-многое другое требуется авиаторам.

33. Самолёт изобретали более ста лет учёные-энтузиасты, а первый полёт совершили в декабре 1903 г. братья О. и У.Райт (США).

prostomayak.livejournal.com

Микровертолеты и FPV: BLHeli - прошивка регуляторов

Недавно получил новый регулятор MX-3A для бесколлекторного хвоста вертолета WLToys V977 и решил подробно описать процесс его прошивки и настройки, а заодно и регулятора MX-10A. Для чего нужно прошивать регулятор? Для этого надо немного обратиться к истории. Как известно, регуляторы бесколлекторных моторов умеют понимать сигнал PPM, идущий с приемника. С тех пор, как появился первый классический микровертолет Blade mSR и его ближайщий последователь Nine Eagles Solo Pro V2, а далее WLToys V911, были неоднократные попытки установить на эти модели бесколлекторный двигатель, так как стоковый коллекторный мотор довольно быстро приходил в негодность. Коллекторный мотор управлялся сигналом ШИМ (PWM) через силовой транзистор. Соответственно для управления бесколлекторным мотором необходимо было преобразовать сигнал ШИМ в PPM. Для этого изготавливался конвертер сигнала, в тестировании которого я принимал непосредственное участие. Все было хорошо до тех пор, пока не возникла необходимость использовать бесколлекторный мотор и на хвосте модели. Возникла проблема - задержка преобразования сигнала ШИМ в PPM через конвертер была столь велика, что регулятор не успевал отрабатывать сигнал с гироскопа модели. Из-за этого хвост вел себя неадекватно. Прошло некоторое время, все уже почти смирились с невозможностью установки бесколлекторного мотора на хвост, как появляется сообщение на зарубежном форуме о том, что удалось сделать прошивку для регуляторов на базе чипа Silabs F330, способную понимать сигнал ШИМ. Так появился проект BLHeli. Прошивка регулятора снижала до минимума задержку в обработке сигнала. Проект BLHeli очень быстро стал популярным. С появлением новых моделей микровертолетов с коллективным шагом, таких как Blade mCPx, Walkera Genius CP и других, возникла необходимость в установке и на них бесколлекторных моторов, что позволило обрасти проекту BLHeli дополнительными функциями, например гувернером. Теперь проблем с установкой бесколлекторного мотора на хвост уже не было. Достаточно грамотно подобрать регулятор, его параметры, мотор и хвостовой винт.

В первую очередь, я аккуратно отпаял все провода и разъем от регулятора MX-3A. Пока что проку в них никакого. Провода от хвостового двигателя к регулятору идут внутри хвостовой балки и проходят в отверстие в раме, куда вставляется хвостовая балка. Так что делать на этих проводах разъем не имеет смысла. Если потребуется отделить хвост от рамы, то такой разъем придется отпаивать. С таким же успехом можно отпаять провода и прямо от регулятора.

Для прошивки регуляторов я использую самый простой и доступный программатор.

От программатора к регулятору нужно подвести всего три провода. Для соединения программатора и регулятора MX-3A, к последнему нужно припаять дополнительный разъем. Необходимые разъемы можно использовать от любого из этих удлинителей: 30мм, 60мм, 120мм или найти на Ebay по запросу "micro jst 1.0mm 3-pin". Следующий вопрос: куда подпаивать разъем? Для этого нужно обратиться к документации прошивки BLHeli. В документации есть фотографии всех поддерживаемых регуляторов с точками подключения для программатора. Исходя из этого имеем такую картину: Провод, идущий в комплекте с программатором, предназначен для прошивки регулятора MX-10A. Для регулятора MX-3A можно сделать такой же порядок выводов на разъеме. Так как я уже знаю, как будут стоять регуляторы на модели, то и выводы для программатора делаю так, как будет удобно. Для жесткости выводы сделаны из обычного эмалированного провода в термоусадке. Выводы закрепил клеем к плате регулятора, иначе есть вероятность оторвать пятаки, к которым подпаяны провода. Такое уже случалось ранее. Собственно, установка регуляторов не представляет проблем. На фотографии все видно. Я как бы "пришил" регуляторы суровой ниткой, чтобы они не отваливались от двухстороннего скотча при нагреве. Регуляторы обязательно нужно устанавливать силовыми ключами наружу. Иначе от перегрева они могут сгореть. Разъем для программирования у регулятора MX-3A прихватил к раме капелькой клея. Можно приступать к прошивке.

Замечание по регулятору MX-10A. Если между сигнальным и плюсовым выводом стоит резистор, то его необходимо удалить. Он нужен только в том случае, если сигнал для регулятора берется с выхода силового ключа. Это не наш случай.

Небольшое отступление для владельцев альтернативных операционных систем. Прошивку можно установить только в Windows, так что придется использовать виртуальную машину, например VirtualBox. Нужно воткнуть программатор в USB-порт и в свойствах виртуальной машины на закладке "USB" добавить новое устройство "Silicon Laboratories USB Debug Adapter [0100]".

После этого можно работать с виртуальной машиной, как с реальной.

Скачиваем и устанавливаем программу BLHeliSuite для прошивки регуляторов.

Важно соблюдать порядок подключения! Сначала вставляется программатор в USB-порт, затем он подключается к регулятору и в самую последнюю очередь подключается аккумулятор к регулятору. Отключается в обратном порядке. Сначала отключается аккумулятор, затем все остальное. Если не соблюдать это простое правило, то вероятность получить сгоревший регулятор многократно увеличивается.

Запускаем программу BLHeliSuite и подключаем регулятор, как сказано чуть выше. Рядом с кнопкой "Connect" должен появиться серийный номер программатора. Жмем кнопку "Connect".

Если никаких предупреждений не появилось, то связь с регулятором установлена и можно устанавливать прошивку. Для этого жмем кнопку "Flash BLHeli". В новом окне выбираем модель регулятора, тип прошивки и версию прошивки. Для MX-3A по порядку будет: SuperMicro 3.5A, TAIL и последняя доступная версия. Для MX-10A будет: XP7A, MAIN и так же последняя доступная версия. Чуть позже выяснилось, что для хвостового регулятора лучше не ставить прошивку 12-й версии, а откатить ее до 11-й, так как 12-я версия оказалась проблемной. Жмем кнопку "Ok" и видим последнее предупреждение о том, что оригинальная прошивка регулятора будет утеряна безвозвратно. Если все устраивает, то жмем "Yes". Если все прошло без проблем, то появится соответствующее сообщение. Жмем "OK" и можно приступать к настройке прошивки. На сегодняшний момент у меня установлены следующие параметры для MX-3A: И для MX-10A: Это не окончательные параметры, в дальнейшем они могут претерпеть изменения! Не используйте их без проверки.

После завершения процесса настройки, нужно сохранить результат . Для этого нажимаем кнопку "Write Setup" и, в случае успеха, видим соответствующее сообщение.

Все, можно отключать аккумулятор от регулятора, а затем и программатор. Прошивка и настройка закончены.

Если необходимо изменить какие-либо параметры, то снова подключаем регулятор в той же самой последовательности, что описано выше, жмем кнопку "Connect", затем "Read Setup" для получения настроек регулятора, меняем параметры и сохраняем кнопкой "Write Setup". Отключаем, как было описано выше.

Описание всех параметров и рекомендации можно посмотреть в оригинальной документации. Расскажу лишь о некоторых значениях.

Общие параметры:1. Startup Power - мощность импульса при старте мотора.2. Startup RPM - частота вращения мотора при старте.3. Startup Acceleration - ускорение разгона мотора.4. Startup Method - метод старта мотора. Stepped - постепенно, с учетом предыдущих трех параметров, Direct - сразу.5. Throttle Change Rate - частота обработки сигнала газа.6. Programming by TX - разрешить программировать регулятор с пульта. Для хвостового регулятора лучше это не включать, да и для основного не всегда нужно.7. Motor Direction - направление вращения мотора. Если мотор вращается не в нужную сторону, то просто поменять этот параметр. Для хвостового регулятора есть еще значение Bidirectional - это для систем с изменяемым направлением вращения мотора.8. Demag Compensation - защита от срыва синхронизации. Для небольших двигателей не актуально.9. PWM Frequency - частота входящего ШИМ-сигнала. Значение Low- в районе 8кГц, High - в районе 20кГц, Damped и Damped Light - используются для хвоста, описание ниже.10. Motor Timing - тайминг двигателя. Low - 0 градусов, MediumLow - 8 градусов, Medium - 15 градусов, MediumHigh - 23 градуса, High - 30 градусов. Если мотор на низких оборотах начинает дергаться при резком увеличении газа, то можно попробовать увеличить тайминг. 11. Temperature Protection - защита от перегрева.12. Input Polarity - полярность ШИМ сигнала. Если при нулевом газе мотор включает полный газ - значит полярность ШИМ нужно изменить этим параметром.13. Beep Strenght - громкость сигнала.14. Beacon Strenght - громкость сигнала при бездействии.15. Beacon Delay - задержка перед подачей сигнала бездействия.16. PPM Min Throttle - минимальное значение PPM-сигнала.17. PPM Max Throttle - максимальное значение PPM-сигнала.

Параметры, специфичные для регулятора основного двигателя:1. Low Voltage Limiter - ограничение напряжения на банку. Если напряжение на аккумуляторе будет ниже этого значения, то сработает плавная отсечка. Нужно учитывать, что под нагрузкой напряжение проседает довольно значительно.2. Governor Mode - режим гувернера. При значении Off - отключен, режим Tx - гувернер устанавливается полкой газа в передатчике. Режим Setup - гувернер включается при сигнале газа больше половины и задается значением Governor Target RPM, о чем ниже. Режим ARM - отдельный пункт. При этом значение гувернера задается с пульта перед полетом. Это возможно только тогда, когда на регулятор поступает сигнал ШИМ. Если используется PPM, то режим ARM недоступен.3. Governor P-Gain - пропорциональный параметр. Отвечает за более "жёсткое" или "мягкое" изменение оборотов. Увеличение значения даст более агрессивную реакцию, уменьшение значения более плавную. На небольших вертолетах с диаметром ротора менее 1 метра этот параметр не должен превышать 1. На больших диаметрах ротора - можно установить до максимального значения. 4. Governor I-Gain - интегральный параметр. Влияет на скорость, с которой регулятор корректирует изменения оборотов двигателя.5. Governor Range - диапазон тактов гувернера. Гувернер включается в диапазоне 25-100% газа. При значении High - гувернер работает в диапазоне 70000-208000 тактов. При Middle - в диапазоне 39000-156000. При Low - в диапазоне 20000-89000. Последнее значение актуально для инраннеров с малым количеством полюсов.6. Governor Target RPM - задает обороты гувернера, если параметр Governor Mode установлен в значение Setup. Для этой цели в программе предусмотрен калькулятор в блоке Motor/Gear Setup. Значения в этом блоке никак не влияют на работу регулятора, просто помогают подобрать оптимальные обороты для работы гувернера в режиме Setup.7. Spoolup Time - время до стабилизации оборотов двигателя.8. Rearming every Start - выполнять арминг при каждом старте. Используется при входящем ШИМ-сигнале.

Параметры, специфичные для регулятора хвостового двигателя:1. Motor Idle - скорость работы двигателя при отсутствии сигнала.2. Motor Gain - ограничивает максимальную мощность в зависимости от входного сигнала. Работает только при ШИМ-сигнале, при PPM - игнорируется.3. PWM Frequency - Damped и Damped Light. Режимы торможения двигателя. Не все регуляторы имеют поддержку Damped. Это зависит от скорости работы силовых ключей  регулятора. Для хвоста, по возможности, нужно использовать значение Damped.4. Damping Force - как часто нужно обрабатывать сигнал ШИМ. Значение Highest - обрабатывать все сигналы ШИМ. High - 7 из 9. Medium High - 3 из 5, Medium Low - 2 из 5. Low - 1 из 5, Very Low - 1 из 9. Значение подбирается опытным путем. Для этого устанавливается максимальное значение, включается модель и запускается двигатель. Нужно часто-часто трясти хвостом модели, ожидая остановки хвостового двигателя. Если это произошло, то нужно уменьшить значение Damping Force и снова провести эксперимент. Как только хвостовой двигатель перестал останавливаться, значит оптимальное значение найдено.

Если на регулятор подается сигнал ШИМ, то перед стартом двигателя необходимо выполнить арминг регулятора. Делается это с пульта передатчика подачей кратковременного сигнала газа. При этом регулятор пропищит: "Ту-у-у...Ти-и-и". Для регуляторов, использующих сигнал PPM, арминг не требуется. После подачи питания они сразу готовы к работе.

Так что, если устанавливать бесколлекторный двигатель на хвост WLToys V977, то перед стартом надо на короткое время дать газ и одновременно сдвинуть руддер чуть вправо. При этом основной двигатель начнет разгоняться, а регулятор хвостового двигателя пройдет процедуру арминга. После остановки основного двигателя, через три секунды можно будет взлетать. Задержка в 3 секунды между стартами двигателя - способ защиты от случайного старта.

Калибровку газа регулятора MX-10A на WLToys V977 можно сделать следующим способом. У модели есть защита от случайного включения двигателя после подключения аккумулятора. Если стик газа находится не в нулевой позиции или включен режим Idle, то сигнал на регулятор не подается. А для калибровки необходим максимальный сигнал газа перед подачей питания на регулятор. Единственным решением проблемы будет раздельная подача питания на плату модели и регулятор.

Нужно убрать плюсовой провод питания из разъема, идущего от регулятора к плате вертолета, а к плате припаять отдельный дополнительный разъем питания. В настройках регулятора должен быть включен параметр "Programming by TX". Далее сделать так, как на видео:

Сначала подается питание на плату вертолета, потом устанавливается максимальный газ, затем подается питание на регулятор и выполняется калибровка. После этого в регуляторе будут новые значения "PPM Min Throttle" и "PPM Max Throttle". Старые значения были 1.480мс и 1.832мс, а новые значения стали 1.020мс и 1.976мс. То есть стик газа работал не в полном диапазоне.

mcheli.blogspot.ru

Пассажирские самолеты - пути развития

Валентин Киселев, профессор МАИ, лауреат Государственной премии СССР

 

Пионерами в гражданской реактивной авиации стали англичане. В 1952 г. начала выполнять регулярные рейсы на линии Лондон - Йоганнесбург реактивная "Комета". Это было историческое событие в авиатехнике. Даже специалисты находились под впечатлением необычного вида реактивного лайнера -заостренного носа, акулоподобных отверстий воздухозаборников двигателей в корне крыла, отсутствия воздушных винтов... Правда, "Кометам" не повезло. Усталостное разрушение гермокабины в зоне выхлопа из сопел двигателей привело к катастрофе. Причины были обнаружены только после длительных исследований. До их выявления и устранения полеты "Комет" были приостановлены. (Более ранней и более успешной была эксплуатация пассажирских турбовинтовых самолетов "Вайкаунт".)

В 1956 г. на линию Москва - Иркутск вышел первенец отечественных гражданских реактивных самолетов -знаменитый Ту-104. Пассажирские реактивные самолеты первого поколения, конечно, создавались на основе разработок и опыта, накопленного при эксплуатации реактивных военных самолетов. Известно, что Ту-104 являлся модификацией бомбардировщика Ту-16 (коренное отличие состояло в новом фюзеляже с пассажирской гермокабиной). Создатели "Комет", бесспорно, использовали опыт проектирования английских бомбардировщиков серии "V" ("Виктор", "Велиэнт", "Вулкан"). "Комета" имела четыре, а Ту-104 - два двигателя, которые располагались в корне крыла (в месте его сочленения с фюзеляжем) точно так же, как и у перечисленных бомбардировщиков. Но такое удачное компоновочное решение плохо согласовывалось с требованиями комфорта в пассажирской кабине и приводило к значительному шуму и вибрациям в ней. Двигатели, расположенные рядом с бортом пассажирской кабины, могли привести к ее разгерметизации от вероятного разрушения лопаток турбины или компрессора, вызвать пожар. Применение этой компоновки для бомбардировщиков объяснялось лучшей аэродинамикой: двигатели лучше вписывались в крыло, уменьшалось сопротивление самолета. Однако снижение комфорта и безопасности пассажирских самолетов представлялось неприемлемым. Поэтому компоновочные решения, реализованные французами на реактивном пассажирском самолете "Каравелла" (главный идеолог проекта Пьер Сатрэ) и удачно ими разрекламированные, были восприняты как революционные и очень актуальные. У "Каравеллы" не было военных прототипов. Это была оригинальная разработка, но она появилась позже английских и наших первенцев (начало эксплуатации - I960 г.). "Изюминка" была в том, что французы расположили два турбореактивных двигателя в хвостовой части фюзеляжа (по его бокам). В результате крыло получилось "аэродинамически чистым", а пассажирская кабина -выведенной из зоны наибольшего звукового давления двигателей (плоскость вращения турбины, компрессора и область струи газов из сопла). Снижение шума и вибраций кардинально решали проблемы комфорта пассажиров.

Силу воздействия французского примера можно оценить по тому факту, что почти все самолетостроительные фирмы "клюнули" на это решение и все второе поколение пассажирских реактивных самолетов было создано не без влияния "Каравеллы" - с двигателями на хвостовой части фюзеляжа. Назовем эту компоновку ДнФ (двигатели на фюзеляже). В Англии компоновки ДнФ имели: ВАС 111 (2 двигателя), DH-121 (3 двигателя), "Виккерс" VC-10 (4 двигателя), у нас -Ту-134 (2 двигателя), Ту-154 (3 двигателя), Ил-62 (4 двигателя), Як-40 и Як-42 (3 двигателя). Даже американские проектировщики после очень удачных для своего времени пассажирских Боингов 707 и Дугласов 8 с четырьмя двигателями, расположенными на пилонах по размаху крыла (жизнь показала большую выгоду такой компоновки, назовем ее ДнК -двигатели на крыле), не удержались и отдали дань компоновке ДнФ - Боинг 727 (3 двигателя), ОС-9 (2 двигателя). "Загипнотизированные" французами, не все фирмы должным образом оценили и недостатки, которые, как оказалось, присущи компоновке ДнФ. Поэтому многие из них проявились слишком поздно. По непонятным причинам потерпели катастрофу в полете ВАС 111, Ту-134. Трудные исследования выявили причину: попадание самолета в так называемый , затяжной, "замкнутый", срыв при выходе самолета на за-критические углы атаки в 25-30° и выше. Самолет как бы "запирался"в этом положении с задранным носом, терял скорость, сваливался в штопор. Выход на закритические углы случался при попадании самолета в мощный восходящий поток, порыв воздуха. Такие мощные порывы на больших высотах весьма редки, но каждый самолет, как правило, в них попадает. Однако, как выяснилось, только самолеты с двигателями на хвостовой части фюзеляжа оказались неустойчивыми на этом режиме. На закритических углах атаки с мотогондол срывается спутная струя воздуха, которая попадает на горизонтальное оперение и делает его неэффективным. А горизонтальное оперение у компоновки ДнФ, как известно, располагается на вершине киля (если его устанавливать на фюзеляже, то оно попало бы в струю газов из сопла двигателей). Так называемое Т-образное хвостовое оперение еще и тяжелее обычного. Существенное утяжеление конструкции является значительным недостатком самолетов с ДнФ. Кроме тяжелого хвостового оперения, самое большое утяжеление имеет фюзеляж, на котором крепится силовая установка, загружающая его. Как оказалось, на самолетах с ДнФ преимущества "аэродинамически чистого" крыла снижались за счет увеличения аэродинамического сопротивления, обусловленного взаимовлиянием (интерференцией) мотогондол и хвостовой части фюзеляжа.

Другой недостаток связан с большой разбежкой центровки самолетов с ДнФ. Расположенные сзади двигатели приводят к смещению назад центра тяжести (цт) самолета. Смещается назад и крыло. В результате фюзеляж и пассажирская кабина оказываются разделенными крылом на неравные части - длинную носовую и короткую хвостовую. При этом наличие коммерческой нагрузки (пассажиры, багаж, груз) перемещает цт вперед относительно крыла, а ее отсутствие (перегоночный вариант, неполная загрузка) приводит к перемещению цт самолета назад. В итоге расстояние между крайними положениями цт превысило у самолетов с ДнФ все ранее известные пределы. Как решить эту проблему? Первые создатели таких самолетов - конструкторы "Каравеллы" и Ил-62 - решили идти привычным путем. Пусть истинная разбежка огромна, но летать самолет должен только при умеренном ее значении, характерном для прежних самолетов с двигателями на крыле, следовательно, необходимо компоновать крыло и главные стойки шасси относительно переднего положения цт (полная загрузка). Что же будет, когда пассажиры выйдут и цт переместится назад? Самолет перевернется на хвост? Чтобы этого избежать, на Ил-62 применили дополнительную хвостовую стойку шасси, на которую опирается пустой самолет. Как-то во время испытаний Владимир Коккинаки забыл убрать хвостовую опору перед взлетом и при разбеге сломал ее. Он комментировал это происшествие так: "Отлетает всё, что не нужно самолету". Пилоты не любят непонятных усложнений... У "Каравеллы" роль хвостовой опоры играл бортовой пассажирский трап в хвостовой части фюзеляжа (после высадки пассажиров самолет опирается на него, пока топливозаправщик не зальет горючее в крыльевые баки). Это на земле, а как лететь, если цт переместится назад и самолет окажется неустойчивым в полете? На Ил-62 предусмотрен балластный бак в носовой части фюзеляжа, в который при отсутствии коммерческой нагрузки заливается ... вода. Ведь топливо не следует размещать в фюзеляже по соседству с пассажирской кабиной - это пожароопасно. На "Каравелле" в перегоночном полете в носовые багажники грузят балласт. Это, если можно так сказать, решение проблемы "по-французски". Оно связано с эксплуатационными трудностями, опасностями ошибиться при использовании балласта. В крейсерском полете самолет летает при малых разбежках центровки, что требует меньших балансировочных нагрузок на горизонтальное оперение и меньших его размеров.

Вероятно, указанные ограничения не устраивали английских создателей VC-10, DH-121, ВАС 111. Они захотели решить проблему кардинально - обеспечить возможность полета при всех имеющихся огромных разбежках центровки. При этом надо компоновать крыло и главные стойки шасси относительно заднего положения цт (самолет без нагрузки). В этом случае самолет никогда не перевернется на хвост и всегда будет устойчивым в полете. Но проблема возникает при полной загрузке самолета. Она состоит в том, что огромное плечо главных стоек шасси относительно цт затрудняет отрыв передней стойки шасси при взлете самолета. Трудно и балансировать самолет в полете: требуются большие усилия на горизонтальном оперении и углы его отклонения, что увеличивает сопротивление в полете. Эти проблемы решаются только за счет существенного увеличения площади (и массы) горизонтального оперения. Для примера сравним близкие по размерам самолеты: скомпонованный "по-французски" Ил-62 имеет площадь горизонтального оперения, составляющую 14,7% от площади крыла, а скомпонованный "по-английски" VC-10 - 23%.

Перечисленные сложности и недостатки существенно поколебали привлекательность компоновки ДнФ, и последующее поколение пассажирских реактивных самолетов было создано под лозунгом отказа от нее и перехода к компоновке ДнК. "Застрельщиком" здесь выступила фирма "Боинг", которая следующий за Боингом 727 самолет, причем меньших размеров, выполнила с двумя двигателями, расположенными под крылом (по его размаху). Это был Боинг 737. Фирма сознательно пошла на опасность, связанную с низким расположением воздухозаборников двигателей над поверхностью ВПП. Конечно, все последующие самолеты: гигантский Боинг 747, магистральные Боинг 757, Боинг 767 и самый современный Боинг 777 -имели двигатели на крыле. Для многих конструкторов отказ от компоновки ДнФ в пользу ДнК не был столь однозначным и был связан со многими колебаниями. Так, наш аэробус Ил-86 вначале проектировался с четырьмя двигателями на хвостовой части фюзеляжа, как предыдущий Ил-62 (был построен макет). И только более глубокий анализ весовых и эксплуатационных характеристик, а также пример зарубежных фирм вынудили проектировщиков принять правильное решение: ведь большие размеры аэробуса позволяли безболезненно разместить двигатели на пилонах под крылом. За рубежом также наблюдались колебания и ошибки. Так, англичане вначале решили не участвовать в создании европейского трехсотместного аэробуса А 300, а построить свой ВАС 311 с такими же размерами и характеристиками, но с привычной для фирмы ВАС компоновкой ДнФ, которую имел предыдущий стоместный самолет второго поколения ВАС 111. Худшие весовые характеристики способствовали принятию решения об отказе от проектирования ВАС 311.

Таким образом, если сравнивать две основные компоновки ДнК и ДнФ, то ДнК характеризуется более легкой конструкцией, зато "аэродинамически чистое" крыло обеспечивает ДнФ несколько более высокое аэродинамическое качество. Но нужно учесть, что соотношения преимуществ и недостатков этих компоновок зависят от размеров самолетов и дальности полета. Весовые преимущества ДнК возрастают с увеличением размеров сравниваемых самолетов. С другой стороны, степень утяжеления конструкции самолетов с ДнФ снижается с уменьшением их размеров. Это объясняется тем, что самолеты малых размеров имеют меньшую степень нагруженности конструкции и большие избытки прочности. Поэтому у них увеличение нагруженности фюзеляжа в силу расположения на нем двигателей частично реализуется за счет имеющихся избытков прочности и в меньшей степени, чем у больших самолетов, утяжеляет конструкцию. Влияние аэродинамических преимуществ на экономическую эффективность эксплуатации самолета растет с увеличением дальности полета. Самолет с более высоким аэродинамическим качеством требует меньшей тяги двигателей при прочих равных условиях, а значит, меньшего веса и стоимости потребного топлива. В процессе проектирования выбирается двигатель меньшей размерности. Поэтому существуют области более выгодного применения той или иной компоновки. Например, для многоместного самолета больших размеров, но летающего на средние или малые дальности (аэробус), очевидно, что более выгодной будет компоновка с двигателями на крыле, так как обеспечивает максимальный выигрыш за счет более легкой конструкции, а худшая (чем у ДнФ) аэродинамика существенно не снизит экономичность из-за умеренной дальности полета. Таковы европейский аэробус АЗОО В и наш Ил-86. С другой стороны, небольшие (маломестные), но летающие на большую дальность самолеты, очевидно, более предпочтительны с компоновкой ДнФ, так как при большой дальности аэродинамические преимущества скажутся максимально, а утяжеление конструкции будет невелико из-за малых размеров самолета. Это так называемые административные (деловые) самолеты, которые во всем мире выполняются преимущественно по этой компоновке.

В то же время нельзя заранее отдать предпочтение той или иной компоновке для небольших самолетов малой дальности. В этом случае утяжеление от ДнФ невелико (ограничены размеры), а аэродинамические преимущества при малой дальности существенно не сказываются. Примеры таких самолетов с ДнК: Боинг 737, VFW 614, ВАе 146, I'Emb-145; с ДнФ: Ту-134, Як-40, ДС-9, ВАС 111, F28. Для многоместного самолета больших размеров, летающего на максимальную дальность, трудно априори предпочесть конкретную компоновку, так как если ДнФ будет иметь преимущества за счет более высокого аэродинамического качества, то и утяжеление будет значительным по сравнению с более легкой, но с меньшим качеством компоновкой ДнК. Другими словами, каждая из компоновок использует свои преимущества, то есть они конкурируют "на равных". Практика подтверждает это. Таковы дальние многоместные Ил-62, VC-10 (ДнФ) и Боинг 747, Ил-96, А340 (ДнК). Следует также отметить, что современные успехи в области аэродинамической компоновки двигателей на пилонах под крылом привели к существенному повышению аэродинамического качества самолетов с такой компоновкой и к подавляющему использованию ее для пассажирских самолетов большой и средней дальности (Ту-204; Боинг 757, 767, 777; А310,320,330,340).

В то же время делать вывод, что компоновка ДнФ отжила свой век, по мнению автора, явно преждевременно, особенно для самолетов малых размеров, где только она позволяет поднять двигатели на достаточную высоту над землей.

(Окончание следует)

Today's vast variety of aircraft types in the Russian civil fleet is amazing. The airplanes are of all sorts and sizes, having vastly different designs, performance, number and location of engines. The article gives a historical analysis of passenger airplane development from the first generation designs to the aircraft of today.

aviapanorama.narod.ru


Смотрите также