Авиамодельный реактивный двигатель

Прошлое и будущее авиамоделизма

 Доронин Роман Александрович

План:

1.     Введение.

2.     Краткая история авиамоделизма.

3.     Использование достижений большой авиации в моделизме. Реактивные двигатели.

4.     Бесколлекторные двигатели.

5.     Материалы в моделизме.

6.     Заключение. Настоящее и будущее авиамоделизма.

7.     Источники информации.

1.Введение:

Эту тему я выбрал не случайно. Я сам являюсь авиамоделистом, хожу в секцию, запускаю модели на поле, строю, участвую в соревнованиях и т.д. Поэтому эта тема мне близка, и я неравнодушен к вопросам и проблемам моделизма. Сегодня не так много детей и подростков занимаются в секциях и кружках авиамоделирования. Но, несмотря на небольшую заинтересованность людей к этому виду спорта, мне нравится заниматься моделизмом, в кружке приобретаешь начальные навыки работы с материалами, умение обращаться со станками, да даже банальное «закрутить лампочку»! А какое это чувство, когда модель, сделанная тобой, лично тобой, когда эти бруски и рейки, листы фанеры и рулоны пленок, превратившиеся в  красивый самолет, взмывают в небо под твоим управлением! Тогда ты испытываешь совершенно необыкновенные чувства!

Из-за того, что я занимаюсь в секции, я непосредственно на себе ощущаю недостаток финансирования и отношение властей к техническому творчеству. Но, тем не менее, это очень увлекательное дело, поэтому я хотел бы кратко осветить историю авиамоделизма, с чего все начиналось и что дало развитию настоящего летного искусства.

2. Краткая история авиамоделизма.

Человек с давних пор старался покорить небо. Он наблюдал за птицами, следил  за их полетом и мечтал  когда-нибудь взмыть ввысь  как они.

Но, наконец, в 1871 году игрушка, сделанная из нескольких реек, кусочков вощеной бумаги и резиновых нитей пролетела 45 метров. Эта игрушка стала первой авиамоделью, а ее создатель – Альфонс Пено – «крестным отцом» авиамоделизма. Это событие стало стартовой точкой развития авиамоделизма. Авиамоделизм шел в ногу с развитием большой авиации. Совершенствовались конструкции больших самолетов – и  авиамодели, подражая своим «старшим братьям», улучшали свои летно-технические характеристики, становились все совершенней и красивей. Но и большая авиация тоже началась с игрушки. Однажды двум малышам их отец, американский священник, подарил небольшую авиамодель – деревянный планер. Этот человек даже во сне не мог представить, что эти два ребенка вырастут и станут теми самыми братьями Райт - основоположниками большой авиации, которые создадут свой знаменитый «Флайер 1» и дадут толчок к развитию всей большой авиации. Но все большое начинается всегда с малого. Итак, в самом начале единственным видом авиамоделизма были свободнолетающие модели: планера или, резиномоторные модели (тогда единственным видом мотора был резиномотор), но вот в 1914г. создали первый авиамодельный бензиновый двигатель. Модель, оснащенная этим мотором, пролетела 51 секунду. Это был прорыв! Этот рекорд был побит только спустя 18 лет.

Позже, в 30-х годах параллельно над  проектированием и созданием  поршневых авиамодельных двигателей работали сразу несколько   изобретателей самоучек. Особенно стоит отметить Билла Брауна – основателя знаменитой на сегодняшний день  компании по продаже авиамодельных моторов – «Brown Junior». Маленькому Биллу, которому тогда было 7 лет, отец подарил книжку о авиамоделях. Мальчик очень увлекся созданием модели-копии двухмоторного самолета, но по чертежу на модели должны были стоять два резиномотора, а на настоящей машине были  ДВСы. Биллу очень хотелось, чтобы у этой модели были настоящие маленькие моторчики, как у оригинала.  Изучать конструкцию бензинового мотора он начал со старого отцовского лодочного мотора. Затем, во время своей юности он не мог этим заниматься, т.к. его юность пришлась в период Великой Депрессии, и ему приходилось перебиваться случайными заработками. Постройку он начал уже в старших классах технической школы.  Мотор  же решил делать двухтактным – большая простота изготовления и эксплуатации. Каждую свободную минуту  Билл проводил в мастерской отца на первом этаже дома. Самодельными были все детали двигателя. Даже миниатюрные свечи зажигания Браун сделал сам, на основе конструкции настоящих авиационных свечей. Изоляторы свечей он изготовил из слюды, а также собственноручно отливал все миниатюрные детали. И, наконец, его полностью самодельный двигатель завелся!

Поршневые авиамодельные двигатели все совершенствовались – стали появляться как двухтактные – так и четырехтактные моторы. Двухтактные работают на топливе – смеси касторового масла и метанола, четырехтактные же, как правило, на бензине (бывают и четырехтактные калильные моторы, но они гораздо прожорливей, чем бензиновые). Преимущества двухтактных моторов очевидны – разнообразный спектр размеров, что позволяет их устанавливать как на небольшие модели – с размахом до метра – так и на более тяжелые модели – с размахом 1.5м и более. Но они, по мнению многих моделистов, грязны и неэкологичны. Четырехтактники же из-за невозможности сделать их компактными, устанавливаются, как правило, на большие самолеты более двух метров.  Они экономичнее,  бензин дешевле и доступнее специального топлива для двухтактников, но из-за небольшого разнообразия размеров, их применение ограничено моделями размахом только более 2 метров. У четырехтактных двигателей  еще и меньшие максимальные обороты, и, как следствие, – меньшая мощность.

Таково было начало развития и совершенствования авиамодельных поршневых моторов…

 Но Вторая Мировая, а следом и Великая Отечественная война в нашей стране, прервала практически всю авиамодельную работу, прекратились массовые соревнования, закрылись лаборатории авиамоделирования, прекратили свою работу дворцы пионеров, станции юных техников. Но люди не бросили занятия авиамоделизмом. В 1943 году, вскоре после снятия блокады Ленинграда, в городе были проведены спортивные соревнования. Через некоторое время такие же соревнования были проведены  в Москве. И в 1945 соревнования данного рода проходили почти во всех районах Советского Союза. Этот факт показывает то, что даже во время тяжелейших испытаний для страны авиамоделисты не бросали любимое дело, и продолжали этим заниматься,  несмотря на то, что не хватало не только   древесины и  металла, но и куска хлеба. Мало того,  они не просто строили модели, а еще и устанавливали на них рекорды! Так, например, моделист из Новосибирска Юрий Захаров  добился  полета сухопутной модели на 1502 метра!      Во время  войны  вчерашние мальчишки – авиамоделисты из СЮТов, ДЮТов и прочих кружков проходили первоначальное обучение и становились летчиками, многие из которых потом получали ордена и медали за героизм в  тяжелейших сражениях. Вообще, в советские времена, в мирные и особенно военные профессия летчика была легендарной, овеянной романтикой и героизмом. Этому способствовали и знаменитые летчики-герои военных лет В. Талалихин, И.Кожедуб, А.Покрышкин, Д. Калараш, и герои мирного времени В.Чкалов, М.Раскова, П.Осипенко, М.Водопьянов и другие. С авиамодельного кружка начали путь в авиастроении легендарные генеральные конструкторы: Павел Сухой и создатель знаменитого российского истребителя СУ-27 Михаил Симонов. Увлекались построением планеров Олег Антонов, создатель ракетной техники Петр Грушин (генеральный конструктор зенитно-ракетного комплекса С-300), легендарный «главный конструктор» Сергей Королев, первый космонавт Юрий Гагарин и другие.

3. Использование достижений большой авиации в моделизме. Реактивные двигатели.

Особый интерес у авиамоделистов вызывали новые достижения в авиационной технике. Все новое моделисты сейчас же старались переносить в авиамодельную практику. В работах авиамоделистов, таким образом, нашло свое отражение и появление реактивных самолетов. Правда, еще в довоенные годы моделисты строили модели, снабженные пороховыми ракетами, а затем и модели с жидкостными реактивными двигателями. Практика, однако, показала, что пороховые ракеты как источник энергии мало пригодны для широкого использования в авиамоделизме, не говоря уже о том, что самодельные ракеты взрываются в самый неподходящий момент. Непригодными для массового моделизма показали себя и жидкостные ракетные двигатели: они требовали весьма осторожного обращения и ряда дефицитных, малодоступных для авиамоделистов материалов. Можно поэтому смело сказать, что действительное возникновение реактивного авиамоделирования и массовой постройки летающих моделей с реактивными двигателями надо отнести к моменту появления пульсирующих реактивных двигателей (ПРД).

        Первый «народный» летающий двигатель разработал праотец всех микротурбин Курт Шреклинг в Германии. Начав больше двадцати лет назад работать над созданием простого, технологичного и дешевого в производстве реактивного двигателя, он создал несколько образцов, которые постоянно совершенствовались. Повторяя, дополняя и улучшая его наработки, мелкосерийные производители уже сформировали нынешний вид всех современных реактивных двигателей, которые сейчас мы можем видеть на полках авиамодельных магазинов.

 Модели с такими двигателями первоначально делали на кордах – двух тонких стальных нитях, одни концы которых шли на модель, а другие – на ручку управления. Таким образом, модель летала по кругу, надежно удерживаемая двумя прочными тросами. Иначе было нельзя – модель с реактивным двигателем имела очень большую скорость и единственным средством для обеспечения безопасности полетов на тот момент было использование кордов. К слову,   модели того времени с ТРД выглядели необычно, они отличались от известных компоновок и пропорций стандартных авиамоделей: фюзеляж – трубка (в такой легче было поместить двигатель), крыло у них было маленькое и жесткое, профиль был тонкий, ибо, как нам известно, из аэродинамики, чем тоньше профиль – тем меньше лобовое сопротивление. А аэродинамика для этих моделей была ой как важна – подчас они носились со скоростями, превышающие 150-200 км/ч! Затем, с изобретением радиоуправления, реактивный двигатель начали устанавливать на самолеты, управляющиеся при помощи радиосигналов. Самолеты, оснащенные таким двигателем, приходилось делать из композитных материалов, таким образом, достигалась жесткость обшивки – ведь на таких скоростях жесткость крыла играет крайне важную роль. Для улучшения аэродинамики шасси стали изготавливать убирающимися – при помощи сервоприводов. Зачастую такие самолеты авиамоделистам и раньше, и сейчас содержать невыгодно – слишком большой расход топлива, высокий  уровень шума, повышенная опасность для окружающих. Но несомненный плюс таких типов самолета - копийность - не видя модель, можно подумать, что над тобой пролетает настоящий реактивный истребитель.

4. Бесколлекторные двигатели.

Отдельно стоит упомянуть использование в моделизме асинхронного (бесколлекторного) электродвигателя.

До изобретения бесколлекторника  моделисты использовали обыкновенный коллекторный мотор, какой можно встретить, разобрав любую машинку или робота на пульте управления. Но моделисты использовали повышающий редуктор для увеличения скорости вращения винта (и, как следствие – большая тяга). Использовать эти моторы было невыгодно: тяга двигателя, даже с редуктором, была крайне мала (по сравнению с ДВСами), поэтому эти моторы устанавливались только на небольшие самолеты (размахом до 1 метра). Положение усложнялось еще и тем, что химическая промышленность еще не достигла таких высот, как сейчас, и поэтому на авиамоделях использовались сборки из NiMH аккумуляторов – из тех аккумуляторов, которые мы можем увидеть, опять же разобрав радиоуправляемую машинку. Основными недостатками этих аккумуляторов были большой вес и небольшой ток разряда. Но все изменилось при изобретении асинхронного двигателя и литий-полимерных аккумуляторов. По правде говоря, прототип асинхронного трехфазного двигателя был изобретен еще Николой Теслой, но потом его наработки забыли и широко применяться асинхронные двигатели начали только в конце ХХ – начале ХХI веков. Как оказалось, бесколлекторные двигатели являются настоящей находкой для авиамоделизма (да и не только). У бесколлекторного двигателя отстутствуют трущиеся части, что ограничивает ресурс работы мотора только ресурсом подшипников. Также они развивают намного большую тягу, а вкупе с использованием  литий-полимерных аккумуляторов, которые способны отдавать ток, в несколько раз больше чем NiMH аккумуляторы, делают идеальным вариантом в качестве ВМГ (Винто-Моторная Группа) для радиомодели.  Если раньше электромотоустановке пророчили недолгую жизнь, то теперь, при появлении асинхронных моторов модели с ними способны тягаться даже с большими моделями на ДВСах (до 3 метров).

Таким образом, предсказания пессимистичных моделистов не оправдались – модели с электродвигателями получают все большее распространение, и в отличие от ДВСов имеют несколько неоспоримых преимуществ:

1.     Они более экологичны. Модель после полетов не приходится протирать тряпкой для удаления продуктов сгорания топлива.

2. Нне нужно  тратить время, чтобы    завести  двигатель. Достаточно двинуть ручку на пульте – и мотор завелся сам. Особенно это актуально в морозы.

3.     Возможность применения на небольших самолетах. Как говорилось выше, невозможно сделать ДВС на модель размахом меньше метра, а тем более – на комнатную модель.

Правда, главный недостаток «электричек» - высокая стоимость ВМГ по сравнению с ДВСами.

5. Материалы в моделизме. Технологии изготовления моделей.

Если самые первые модели самолетов строились из незамысловатых материалов: сосновые рейки, папиросная бумага, казеиновый клей, фанера, то в наше время в авиамоделизме в качестве основных конструкционных материалов применяют различные стеклопластики, углепластики, пенопласты разных марок, различные сорта фанеры и древесины. Особенно котируется у моделистов бальза – крайне легкая (p=120кг/м3) древесина светло - кремового оттенка. Это дерево широко применяется в моделизме. Бальзу чрезвычайно просто обрабатывать. При одном и том же весе конструкции из бальзы получаются более жесткими, чем, например, из сосны (т.е. у бальзы большая удельная жесткость). Советские моделисты, наверное, помнят времена, когда бальза ценилась чуть ли не на вес золота, а владевший бальзовым бруском приравнивался чуть ли не к небожителям. Жесточайший дефицит бальзы был связан с тем, что это дерево произрастает только в Южной Америке, а, как мы знаем из истории, в ту пору  СССР был отделен от остального мира «железным занавесом», а поэтому бальза поставлялась крайне редко и в небольших количествах. Сейчас «железный занавес» исчез, бальза появилась на прилавках всех модельных магазинов и теперь ее может купить любой рядовой моделист. Еще один материал, пенопласты, используют для заполнения пустот, как связующее звено между силовыми элементами (например, в крыле) и т.д.

Сейчас все большую популярность набирает потолочная плитка, вид экструдированного пенопласта. Этот материал удобен тем, что он легко обрабатывается, у него низкая плотность, а также доступность и легкость постройки моделей. Из  этой воздушной плитки в домашних условиях   коробчатую конструкцию из листового материала построить куда легче, чем, например, взять пенопластовый брус, а затем  делать фюзеляж из цельного куска.

 По технологиям постройки модели делятся на наборные   и формованные. Особенность наборных моделей – каркас из дерева (как правило из бальзы, сосны и фанеры) и мягкая обшивка (авиамодельные пленки, папиросная бумага etc). Формованные или композитные же модели делаются путем формования в матрице стеклоткани с полиэфирной смолой. Иногда используется углеткань. Композитные модели делать выгодно при мелкосерийном производстве, т.к. изготовление матрицы, ее доработка, шлифовка – дела крайне трудоемкие. Но при серийном производстве это окупается – модели из форм выходят одинаковые, красивые, к тому же, модель можно покрасить прямо в форме, что облегчает ее изготовление. Наборные конструкции больше подходят для одиночного производства, они эстетичные (хотя это мое субъективное мнение, возможно, кого-то больше привлекают формованные модели).

6. Заключение. Настоящее и будущее авиамоделизма.

К сожалению, в наше время интерес к авиамодельному спорту значительно снизился. Многие считают его днем вчерашним. Практически он держится на энтузиазме небольшого количества людей, которые и не дают ему умереть, практически все соревнования и мероприятия организовываются за счет спортсменов и их спонсоров.

Во времена  СССР авиамоделизму оказывалось большое внимание: в каждом городе было по несколько ДЮТов, СЮТов и т.д., в  кружках каждому мальчишке выделялось необходимое количество материалов, горючее, в каждом крупном городе было несколько кордодромов  для запуска моделей. Сейчас финансирование прекратилось, а площадки для запуска авиамоделей давно проданы властями под гаражи и автостоянки. Но и современные мальчишки с удовольствием мастерят своими руками воздушных змеев и самолеты и сами же зарабатывают деньги на необходимые материалы - торгуют моделями собственного изготовления. А запускать модели ездят за город, благодаря помощи бывалых спортсменов.

Сейчас налицо процесс превращения авиамоделизма – разновидности технического творчества, в котором слагаемыми успеха являются не только личные качества, но и характеристики техники – в вид спортивного развлечения. В данный момент появляется такая тенденция, что любой желающий покупает в магазине самолет и лишь учится на нем летать, не отдавая свое время и силы на постройку, доводку модели до идеала – теперь это за него сделал производитель модели. Не знаю, хорошо это или плохо, но, на мой взгляд, это явление отходит от понятия «авиамоделизм». Сегодня моделизм постепенно становится частью индустрии развлечения. Это связано, прежде всего, с тем, что авиамоделизм утратил функцию прямой профориентации. Ведь раньше все авиационные заводы и КБ имели свои авиамодельные лаборатории, где воспитывали будущих инженеров и высококвалифицированных рабочих для авиационных предприятий. Отменены льготы для поступления в авиационные вузы для детей, увлеченных авиамоделизмом: абитуриенты, владеющие знаниями по истории авиации, авиамоделизма и имеющие определенную инженерную подготовку (все-таки, чтобы создать модель, нужно многое знать и уметь), поступают на тех же условиях, что и учащиеся, просто разбирающиеся в физике, математике. Как следствие – в моем городе Хабаровске во времена СССР было 16(!) авиамодельных кружков, а теперь осталось только 2, отменились льготы при поступлении в МАИ.  Внимание властей к авиамоделизму снизилось, не понимается значение технического творчества для страны в целом. Я считаю, что для того чтобы исправить ситуацию с моделизмом в нашей стране, во-первых, необходимо финансировать  СЮТЫ и прочие кружки на государственном уровне. Также необходимо выделить средства для постройки кордодромов и специализированных авиамодельных площадок. Вот так, например, обстоят дела в Америке: Крайне необходимо финансировать спортсменов, уезжающих на международные соревнования – как правило, эти спортсмены сами оплачивают себе и билеты на самолет, и проживание, и питание, а это очень дорого и не все могут позволить.  

При нынешней ситуации исчезновение авиамоделизма как вида технического творчества, пускай и медленно, но неизбежно. А это влечет за собой, я считаю, потерю талантливых и одаренных кадров, нестандартных и гениальных идей. Поэтому все виды технического творчества необходимо поддерживать и финансировать на государственном уровне.

Некоторые из моих авиамоделей.

  - Радиоуправляемая модель самолета. ВМГ - асинхронный бесколлекторный двигатель. В качестве органов управления используются элевоны - два руля, которые могут двигаться в однофазе(таким образом исполняется функция руля высоты), так  и в противофазе(элероны). На модель двигатель пока что временно не установлен.

- Радиоуправляемая модель самолета "Вжик". ВМГ - также бесколлекторный мотор. Самолет выполнен по схеме "летающее крыло". "Вжик" в полете:

- Радиоуправляемая модель самолета "Alula". Планер для парения в динамических потоках. Выполнена по схеме "летающее крыло" с обратнойй стреловидностью. Обратная стреловидность дает преимущество в устойчивости на околосрывных скоростях

7. Источники информации:

1.http://www.f1u.org/articles/other/179-aeromodelling-after-war

2.http://www.rcdesign.ru/articles/engines/fuel_engines_history

3.http://russian-bazaar.com/ru/content/5319.htm

4.http://www.avmodels.ru/articles/retro02.html

5.http://f2b.io.ua/s103846/stranicy_istorii_avimodelizma._god_2002

6.http://www.rcdesign.ru/articles/engines/fuel_engines_history

Производитель: "ЁЁ Медиа"

В книге освещаются конструкция, эксплуатация и элементарная теория пульсирующего ВРД. Книга иллюстрирована схемами реактивных летающих моделей самолетов. Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания 1951 года (издательство`Москва`). В

Издательство: "ЁЁ Медиа" (1951)

ISBN: 978-5-458-38945-7

Купить за 912 грн (только Украина) в