Легкий автожир ДАС-2М.
Разработчик: В.Данилов, М.Анисимов, В.Смерчко
Страна: СССР
Первый полет: 1987 г.
Впервые автожир ДАС поднялся в воздух в безмоторном варианте, буксируемый автомобилем «Жигули». Произошло это на одном из аэродромов сельхозавиации под Тулой. Но потребовались еще годы, в течение которых конструкторы работали над двигателем, прежде чем опытнейший летчик-испытатель ЛИИ В.М.Семенов после всего одной пробежки поднял ДАС-2М в воздух. Это событие было отмечено в дальнейшем на смотрах-конкурсах СЛА специальным призом ОКБ имени М.Л.Миля. Аппарат, по мнению летчика-испытателя, имеет хорошие летные характеристики и эффективное управление.
Конструкция.
Фюзеляж — ферменный, трубчатый, разборной конструкции. Основным элементом фюзеляжа является рама, состоящая из горизонтальной и вертикальной (пилона) труб диаметром 75 x 1, выполненных из стали 30ХГСА. К ним крепятся буксировочное устройство с замком и приемником воздушного давления, панель приборов, сиденье пилота, снабженное привязным ремнем, устройство управления, трехколесное, с носовым управляемым колесом шасси, установленный на мотораме силовой агрегат с толкающим винтом, стабилизатор, киль с рулем направления, шаровой шарнир несущего винта. Под килем установлено вспомогательное хвостовое колесо диаметром 75 мм. Пилон совместно с подкосами диаметром 38 x 2 длиной 1260 мм, трубчатыми балками главных колес диаметром 42×2 длиной 770 мм, выполненными из титанового сплава ВТ-2, и раскосами диаметром 25 x 1 длиной 730 мм из стали 30ХГСА образуют пространственный силовой каркас, в центре которого размещается пилот. С горизонтальной трубой фюзеляжа и шаровым шарниром несущего винта пилон соединяется с помощью титановых косынок. В районе установки косынок в трубках установлены бужи из дюралюминия В95Т1.
Силовой агрегат — с толкающим винтом. Он состоит из двухцилиндрового оппозитного двухтактного двигателя рабочим объемом 700 см3 с редуктором, толкающим винтом и электростартером, фрикционной муфты сцепления системы предварительной раскрутки несущего винта, бензобака емкостью 8 литров и электронной системы зажигания. Силовой агрегат размещается за пилоном, на моторной раме.
Двигатель снабжен дублированной электронной бесконтактной системой зажигания и настроенной выпускной системой.
Толкающий деревянный винт приводится в движение с помощью клиноременного редуктора, состоящего из ведущего и ведомого шкивов и шести ремней. Для снижения неравномерности крутящего момента на редукторе установлены демпферы.
Несущий винт диаметром 6,60 м -двухлопастный. Лопасти, состоящие из стеклопластикового лонжерона, пенопластового заполнения и покрытые стеклопластиком, установлены с одним горизонтальным шарниром на втулке, размещенной на пилоне. У концов лопастей расположены неуправляемые триммеры для регулировки соконусности несущего винта. На оси несущего винта установлены ведомая шестерня редуктора предварительной раскрутки и датчик тахометра несущего винта. Привод редуктора осуществляется с помощью карданно-шлицевых валов, углового редуктора, установленного на пилоне, и фрикционной муфты сцепления, расположенной на двигателе. Фрикционная муфта сцепления состоит из ведомого резинового ролика, закрепленного на оси карданно-шлицевого вала, и ведущего дюралюминиевого барабана, находящегося на оси двигателя. Управление фрикционной муфтой осуществляется с помощью рычага, установленного на ручке управления.
Изменения по крену и тангажу осуществляются ручкой, влияющей на положение нижней вилки управления, связанной тягами с верхней вилкой, что, в свою очередь, приводит к изменению наклона плоскости вращения несущего винта.
Путевое управление осуществляется рулем направления, соединенным тросовой проводкой с педалями, которыми управляется и носовое колесо. Для компенсации шарнирного момента руль направления снабжен компенсатором рогового типа. Руль направления и киль симметричного профиля выполнены наборными из 16 фанерных нервюр толщиной 3 мм, сосновых стрингеров 5 x 5 мм, обтянуты перкалем и покрыты нитролаком. Киль установлен на горизонтальной трубе фюзеляжа с помощью анкерных болтов и двух тросовых расчалок.
Шасси автожира — трехколесное. Переднее управляемое колесо размерами 300 x 80 мм связано с педалями с помощью зубчатого редуктора, имеющего передаточное отношение 1:0,6, и снабжено стояночным тормозом барабанного типа диаметром 115 мм.
Панель приборов расположена на ферме буксировочного устройства. На приборной панели установлены указатель скорости, вариометр, высотомер, соединенные с приемником воздушного давления, тахометры несущего и толкающего винтов. На ручке управления находятся тумблер экстренной остановки двигателя и рукоятка управления фрикционной муфтой. Рычаги управления дроссельной заслонкой карбюратора и устройством принудительного разобщения шестерен редуктора системы предварительной раскрутки установлены на сиденье пилота слева. Справа размещен выключатель зажигания. Слева от приборной доски находится тормозной рычаг стояночного тормоза. Привод всех механизмов автожира осуществляется с помощью тросов с боуденовскими оболочками.
Диаметр несущего винта, м: 6,60
Макс. взлетный вес, кГс: 280
Вес пустого автожира, кГс: 180
Вес топлива, кГс: 7
Удельная нагрузка, кГс/м2: 8,2
Силовая установка,
-мощность, л.с.: 52
-макс. обороты винта, об/мин: 2500
-диаметр винта, м: 1,46
Скорость, км/ч,
-взлетная: 40
-посадочная: 0
-крейсерская: 80
-максимальная: 100
Скороподъемность, м/с: 2,0.
Автожир ДАС-2М.
Можно без преувеличения сказать, что главное в планёре-автожире -это несущий винт. От правильности его профиля, от массы, точности центровки и прочности зависят лётные качества автожира. Правда, безмоторный аппарат на буксире за автомобилем поднимается всего на 20 – 30 м. Но и полёт на такой высоте требует обязательного соблюдения всех ранее высказанных условий.
Лопасть (рис. 1) состоит из главного, воспринимающего все нагрузки элемента – лонжерона, нервюр (рис. 2), промежутки между которыми заполнены пластинами из пенопласта, и задней кромки, изготовляемой из прямослойной сосновой рейки. Все эти части лопасти склеиваются синтетической смолой и после надлежащего профилирования оклеиваются стеклотканью для придания дополнительной прочности и герметичности.
Материалы для лопасти: авиационная фанера толщиной 1 мм, стеклоткань толщиной 0,3 и 0,1 мм, эпоксидная смола ЭД-5 и пенопласт ПС-1. Смола пластифицируется дибутилфталатом в количестве 10 – 15%. Отвердителем служит полиэтиленполиамин (10%).
Изготовление лонжерона, сборка лопастей и их последующая обработка производятся на стапеле, который должен быть достаточно жёстким и иметь прямолинейную горизонтальную поверхность, а также одну из вертикальных кромок (их прямолинейность обеспечивается строжкой под линейку типа лекальной, не менее 1 м длиной).
Стапель (рис. 3) делают из сухих досок. К вертикальной продольной кромке (прямолинейность которой обеспечена) на время сборки и склейки лонжерона крепятся винтами металлические установочные пластинки на расстоянии 400 – 500 мм друг от друга. Верхний край их должен возвышаться над горизонтальной поверхностью на 22 - 22,5 мм.
1 – лонжерон (фанера, склеенная со стеклотканью); 2 – накладка (дуб или ясень); 3 – задняя кромка (сосна или липа); 4 – планка (сосна или липа); 5 – заполнитель (пенопласт); 6 – обшивка (2 слоя стеклоткани s0,1); 7 – триммер (дюралюминий марки Д-16М s,2 шт.); 8 – нервюра (фанера s2, слой вдоль)
Для каждой лопасти следует заготовить 17 полос фанеры, раскроенных по чертежу лонжерона наружным слоем вдоль, с припусками на обработку по 2 – 4 мм на сторону. Поскольку размеры листа фанеры 1500 мм, в каждом слое неизбежна склейка полос на ус не менее чем 1:10, а стыки в одном слоедолжны отстоять от стыков в другом, следующем за ним на расстоянии 100 мм. Отрезки фанеры располагаются так, что первые стыки нижнего и верхнего слоёв отстоят от комлевого торца лонжерона на 1500 мм, второго и предпоследнего слоёв – на 1400 мм и т. д., а стык среднего слоя будет на расстоянии 700 мм от торца комлевой части лопасти. Соответственно будут распределяться вдоль лонжерона вторые и третьи стыки заготовляемых полос.
Кроме того, нужно иметь 16 полос стеклоткани толщиной 0,3 мм и размерами 95×3120 мм каждая. Предварительно они должны подвергнуться обработке для удаления замасливателя.
Склеивать лопасти нужно в сухом помещении при температуре 18 – 20°С.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОНЖЕРОНА
Перед сборкой заготовок стапель выстилается калькой, чтобы к нему не прилипали заготовки. Затем укладывается и выравнивается относительно установочных пластин первый слой фанеры. Его прикрепляют к стапелю тонкими и короткими гвоздями (4-5 мм), которые вбивают у комля и у конца лопасти, а также по одному с каждой стороны стыков для предотвращения смещения отрезков фанеры по смоле и стеклоткани в процессе сборки. Поскольку они останутся в слоях, их вколачивают вразброс. Гвозди вбивают указанным порядком и для закрепления всех последующих слоёв. Они должны быть из достаточно мягкого металла, чтобы не повреждать режущие кромки инструмента, употребляемого для дальнейшей обработки лонжерона.
Слои фанеры обильно смачивают при помощи ролика или кисти смолой ЭД-5. Затем последовательно накладывают на фанеру полосу стеклоткани, которую разглаживают рукой и деревянной гладилкой, пока на её поверхности не покажется смола. После этого на ткань кладут слой фанеры, у которого сначала смазывают смолой ту сторону, которая ляжет на стеклоткань. Набранный таким образом лонжерон покрывают калькой, укладывают на него рейку размерами 3100x90x40 мм. Между рейкой и стапелем струбцинами, расположенными на расстоянии 250 мм друг от друга, по всей длине рейки производят обжатие набранного пакета, пока его толщина не сравняется с верхними кромками установочных пластин. Излишки смолы надо удалить до её затвердения.
Заготовка лонжерона снимается со стапеля через 2-3 суток и обрабатывается до ширины 70 мм в профильной части, 90 мм – в комлевой, а также длины между торцами – 3100 мм. Необходимое требование, которое следует соблюсти на этом этапе, – обеспечение прямолинейности поверхности лонжерона, образующей в процессе дальнейшего профилирования переднюю кромку лопасти. Поверхность, к которой будут приклеиваться нервюры и заполнитель из пенопласта, должна быть также достаточно прямолинейной. Обрабатывать её следует рубанком и обязательно с ножом из твёрдых сплавов или в крайнем случае драчёвыми напильниками. Все четыре продольные поверхности заготовки лонжерона должны быть взаимно перпендикулярными.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
Разметку заготовки лонжерона производят так. Её кладут на стапель и на концевом торце, передней и задней плоскостях наносят линии, отстоящие от поверхности стапеля на расстоянии 8 мм (~Ун мах). На концевом торце, кроме того, вычерчивают с помощью шаблона (рис. 4) полный профиль лопасти в масштабе 1:1. Особой точности при изготовлении этого вспомогательного шаблона не требуется. С наружной стороны шаблона наносят линию хорды и на ней у носка профиля и в точке на расстоянии 65 мм от него сверлят два отверстия диаметром 6 мм. Глядя сквозь отверстия, совмещают линию хорды шаблона с линией, проведённой на концевом торце лонжерона, чтобы нанести на нём линию, определяющую границу профилирования. Во избежание сдвигов шаблон крепится к торцу тонкими гвоздями, под которые в нём сверлятся произвольно расположенные по их диаметру отверстия.
Обработку лонжеронов по профилю производят простым рубанком (грубая) и плоским драчёвым напильником. В продольном направлении её контролируют линейкой. Завершив обработку, приклеивают нервюры к задней поверхности лонжерона. Точность их установки обеспечивается тем, что на них в ходе изготовления наносят линию хорды, которая совмещается с линией хорды, нанесённой на задней плоскости заготовки лонжерона, а также визуальной проверкой прямолинейности их расположения относительно вспомогательного шаблона. Его снова крепят для этой цели к концевому торцу. Нервюры располагают на расстоянии 250 мм друг от друга, причём первая выставляется в самом начале профиля лонжерона или на расстоянии 650 мм от торца комлевой его части.
СБОРКА И ОБРАБОТКА ЛОПАСТИ
После затвердения смолы между нервюрами вклеиваются пластины пенопласта, соответствующие профилю задней части лопасти, по выступающим концам нервюр делают пропилы в рейке образующей заднюю кромку. Последнюю приклеивают на
смоле к нервюрам и пластинам из пенопласта.
Далее производят черновую обработку пенопластовых пластин, кривизна которых подгоняется под кривизну нервюр, а также удаляют излишек древесины с рейки для образования задней кромки с некоторым припуском для последующей точной обработки по основному шаблону (рис. 5).
Основой шаблон изготовляется вначале с припуском, 0,2 – 0,25 мм на указанные в шаблоне величины Ув и Ун, чтобы получить профиль меньшего, чем окончательный, размера под оклейку стеклотканью.
При обработке лопасти с помощью основного шаблона за базу берётся её нижняя поверхность. С этой целью выверяется лекальной линейкой прямолинейность её образующей на расстоянии Хн= 71,8 мм, где Ун= 8,1 мм. Прямолинейность можно считать достаточной в том случае, если в середине линейки длиной в 1 м имеется зазор не более 0,2 мм.
Затем к длинным сторонам хорошо отрихтованной дюралюминиевой пластины размерами 500x226x6 мм крепятся направляющие рейки из твёрдого дерева или дюралюминия высотой 8,1 мм. Расстояние между ними для верхней половины основного шаблона должно быть равно ширине лопасти, или 180 мм. Последнюю укладывают на стапеле на 3 – 4 подкладках, толщина которых равна толщине плиты приспособления, и прижимают струбцинами. Благодаря этому от-рихтованная пластина может передвигаться между стапелем и нижней поверхностью лопасти по всей длине в прямолинейной плоскости, чем обеспечивается постоянство толщины лопасти и соответствие её поверхности заданному профилю.
Верхнюю поверхность лопасти можно считать обработанной, если верхняя половина шаблона перемещается по всей её длине без зазора по профилю и в местах соприкосновения шаблона с направляющими. Нижнюю поверхность лопасти проверяют полностью собранным шаблоном, обе половины которого жёстко соединены вместе. Верхнюю и нижнюю поверхности профилируют с помощью драчёвых напильников с грубой и средней насечкой, а впадины и неровности заделывают по шаблону шпаклёвкой из смолы ЭД-5, смешанной с древесной мукой, и снова опиливают по шаблону.
ОКЛЕЙКА ЛОПАСТИ
Следующей операцией является оклейка профильных и комлевых частей лопастей стеклотканью толщиной 0,1 мм в два слоя на смоле ЭД-5. Каждый слой представляет собой сплошную ленту стеклоткани, который накладывается своей серединой на переднюю кромку лопасти. Основное требование, которое необходимо соблюдать при этом, – излишки смолы после того, как ткань хорошо ею пропитается, должны быть тщательно выжаты с помощью деревянной гладилки в поперечном направлении от передней кромки к задней, чтобы под тканью не образовались воздушные пузыри. Ткань нигде не должна подворачиваться или морщиться во избежание ненужных утолщений.
Оклеив лопасти, их зачищают наждачной бумагой, а заднюю кромку доводят до толщины, близкой к окончательной. Проверяют также профиль носка лонжерона. Пока это делают с помощью основного шаблона с некоторыми припусками, как указывалось выше, чтобы убедиться в качественности профилирования верхней и нижней поверхностей.
Основной шаблон доводят до требуемого размера и с его помощью производят окончательную подгонку профиля с применением шпаклёвки, причём за основу опять берётся нижняя поверхность лопасти, для чего с помощью лекальной линейки снова проверяется прямолинейность её образующей на расстоянии Хн= 71,8 мм от носка. Убедившись в её прямолинейности, лопасть кладут на стапель нижней поверхностью вниз на подкладках высотой 42 мм (эта величина представляет собой округлённую разницу между высотой нижней половины шаблона и Ун= 8,1 мм). Одна из подкладок ложится под комлевую часть лопасти, которая в этом месте прижимается к стапелю струбциной, остальные вдоль лопасти на произвольных расстояниях друг от друга. После этого верхняя поверхность лопасти промывается ацетоном или растворителем и покрывается по всей длине тонким слоем шпаклёвки из смолы ЭД-5 и зубного порошка такой густоты, чтобы она легко распределялась на поверхности и не стекала по кривизне профиля (консистенция густой сметаны). Прочно скреплённый основной шаблон медленно и равномерно продвигается вдоль лопасти фаской вперёд по движению так, чтобы его кромка всё время опиралась на горизонтальную поверхность стапеля. Снимая излишнюю шпаклёвку на выпуклых местах профиля и оставляя нужное её количество во впадинах, шаблон обеспечивает таким образом доводку профиля. Если окажется, что впадины в некоторых местах не заполнились, то эта операция повторяется после нанесения на них более толстого слоя шпаклёвки. Излишняя шпаклёвка должна периодически удаляться, когда она начинает свисать с передней и задней кромок лопасти.
При выполнении этой операции важно перемещать шаблон без перекосов и перпендикулярно к продольной оси лопасти, двигая его безостановочно, чтобы избежать неровностей поверхности лопасти. Дав шпаклёвке достигнуть полной твёрдости и сгладив её слегка наждачной бумагой, операцию окончательной шпаклёвки повторяют на нижней поверхности, пользуясь подкладками высотой 37 мм.
ОТДЕЛКА ЛОПАСТЕЙ
Сделав лопасти, их обрабатывают наждачной бумагой средней зернистости, обращая особое внимание на формирование носка профиля, промывают ацетоном или растворителем и покрывают грунтом № 138, кроме места крепления триммера (рис. 6). Затем все неровности заделывают нитрошпаклёвкой, следя, чтобы на профилированных поверхностях не образовалось излишних утолщений.
Окончательные отделочные работы, состоящие в осторожном снятии водоупорной наждачной бумагой разной зернистости излишков шпаклёвки, проводят, сообразуясь с продвижением сомкнутого шаблона вдоль поверхностей лопасти без излишней качки и зазоров (не более 0,1 мм).
После оклейки лопастей стеклотканью толщиной 0,1 мм и до их покрытия грунтом на комлевую часть лопастей сверху и снизу на смоле ЭД-5 приклеивают пластины из дуба или ясеня размерами 400x90x6 мм, которые состругиваются так, чтобы лопасти приобрели установочный угол, заключённый между хордой и горизонтальной плоскостью и равный 3°. Его проверяют с помощью несложного шаблона (рис. 7) относительно передней поверхности комля, а также контролируя параллельность образующихся при этом поверхностей снизу и сверху комля.
На этом заканчивается формирование комля лопасти, и он обклеивается стеклотканью 0.3 мм на смоле ЭД-5 для придания лопасти герметичности. Готовая лопасть, кроме комля, окрашивается нитроэмалью и полируется.
Советы относительно определения фактического положения центра тяжести лопастей, их балансировки и сопряжения со втулкой читайте в следующих номерах журнала.
СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА
В предыдущем номере журнала был подробно описан технологический процесс изготовления лопастей несущего винта автожира.
Следующим этапом является балансировка лопастей по хорде, сборка и балансировка несущего винта по радиусу лопастей. От точности установки последних зависит плавность работы несущего винта, в противном случае будут возникать повышенные нежелательные вибрации. Поэтому к сборке надо отнестись очень серьёзно – не спешить, не начинать работу, пока не будет подобран весь необходимый инструмент, приспособления и не подготовлено рабочее место. При балансировке и сборке надо постоянно контролировать свои действия – лучше семь раз отмерить, чем один раз упасть хотя бы с малой высоты.
Процесс балансировки лопастей по хорде в данном случае сводится к определению положения центра тяжести элемента лопасти.
Основная цель, вызывающая необходимость балансировки лопасти по хорде, – уменьшить тенденцию к возникновению колебаний флаттерного типа. Хотя у описываемой машины возникновение этих колебаний маловероятно, однако помнить о них нужно, и при регулировке следует приложить все усилия для того, чтобы ЦТ лопасти находился в пределах 20 – 24% хорды от носика профиля. Профиль лопасти NACA-23012 имеет очень малое перемещение центра давления (ЦД – точка приложения всех аэродинамических сил, действующих на лопасть в полёте), который находится в тех же пределах, что и ЦТ. Это позволяет совместить линии ЦТ и ЦД, что практически означает отсутствие пары сил, вызывающих закручивание лопасти несущего винта.
Предлагаемая конструкция лопасти обеспечивает требуемое положение ЦТ и ЦД при условии изготовления их строго по чертежу. Но даже при самом тщательном подборе материалов, соблюдении технологии весовое несоответствие может возникнуть, в связи с чем и выполняются балансировочные работы.
Определить (с некоторыми допустимыми погрешностями) положение ЦТ изготовленной лопасти можно, выполнив лопасти с припуском на концах 50- 100 мм. После окончательной опиловки припуск отрезается, на лопасть ставится законцовка, а отрезанный элемент подвергается балансировке.
1 – ограничитель углов (Д16Т); 2 – ось несущего винта (30ХГСА); 3 – нижняя пластина втулки (Д16Т, s6); 4 – ферма втулки (Д16Т); 5 – ось главного шарнира (30ХГСА); 6 – втулка (бронза оловянистая); 7 – шайба Ø20 – 10, 5 – 0,2 (сталь 45); 8 – корпус подшипников (Д16Т); 9 – отверстие под шплинт; 10 – крышка корпуса подшипн. (Д16Т); 11 – корончатая гайка М18; 12 – шайба Ø26 – 18, 5 – 2 (сталь 20); 13 - винт крепления крышки М4; 14 – радиально-упорный подшипник; 15 – радиально-сферический подшипник № 61204; 16 – болт крепления лопасти (30ХГСА); 17 – накладка лопасти (s3, 30ХГСА); 18 – шайба Ø14 – 10 – 1,5 (сталь 20); 19 – самоконтрящаяся гайка М10; 20 – винт М8; 21 – буж (Ø61, L = 200, Д16Т); 22 – пилон (труба Ø65×2, L=1375, липа)
На трёхгранную, горизонтально расположенную призму своей нижней поверхностью кладут элемент лопасти (рис. 1). Его плоскость сечения по хорде должна быть строго перпендикулярна ребру призмы. Передвижением элемента лопасти вдоль хорды добиваются его равновесия и замеряют расстояние на носке профиля до ребра призмы. Это расстояние должно составлять 20 – 24% от длины хорды. Если ЦТ выйдет за этот максимальный предел, на носик профиля в концевой части лопасти надо будет навесить противофлаттерный груз такого веса, чтобы ЦТ сместился вперёд на необходимую величину.
Комель лопасти усилен накладками, которые представляют собой стальные пластины толщиной 3 мм (рис. 2). Они крепятся к комлю лопасти пистонами диаметром 8 мм и заклёпками впотай на каком-либо клее: БФ-2, ПУ-2, ЭД-5 или ЭД-6. Перед установкой накладок комель лопасти зачищается грубой наждачной бумагой, а сама накладка обрабатывается пескоструйным аппаратом. Склеиваемые поверхности деталей, то есть комель лопасти, накладки, отверстия под пистоны и сами пистоны, обезжиривают и тщательно смазывают клеем. Затем расклёпывают пистоны и ставят заклёпки (по 4 штуки на каждую накладку). После этой операции лопасти готовы к разметке для установки их на втулку.
Несущий винт автожира (рис. 3) состоит из двух лопастей, втулки, оси винта с подшипниками качения, корпуса подшипников горизонтального шарнира и ограничителя углов отклонения оси несущего винта.
Втулка состоит из двух деталей: П-образной фермы и нижней пластины (рис. 4). Ферму желательно делать из поковки. При изготовлении её из проката надо обратить особое внимание на то, чтобы направление проката было обязательно параллельно продольной оси фермы. Такое же направпение проката должно быть и на нижней пластинке, которая делается из листа дюралюминия марки Д16Т толщиной 6 мм.
Обработка фермы ведётся по операции в следующем порядке: сначала фрезеруют заготовку, оставляя припуск по 1,5 мм на сторону, затем ферму подвергают термической обработке (закалке и старению), после чего производится окончательная фрезеровка согласно чертежу (см. рис. 4). Потом шабером и наждачной бумагой на ферме выводятся все поперечные риски и наносится продольный штрих.
Ось (рис. 5) крепится на пилоне на двух взаимно перпендикулярных осях, которые позволяют ей отклоняться от вертикали на заданные углы.
На верхнюю часть оси насажены два подшипника качения: нижний -радиальный № 61204, верхний -радиально-упорный № 36204. Подшипники заключены в корпус (рис. 6), который своим нижним внутренним бортиком воспринимает в полёте всю нагрузку от веса автожира. При изготовлении корпуса надо обратить особое внимание на обработку сопряжения бортика с цилиндрической частью. Подрезы и риски в месте сопряжения недопустимы. В верхней части корпус подшипников имеет два ушка, в которые запрессованы бронзовые втулки. Отверстия во втулках обрабатываются развёртками после их запрессовки. Ось втулок должна проходить через ось вращения корпуса строго перпендикулярно ей. Сквозь отверстия в ушках корпуса подшипников и втулки, которые запрессованы в щёки фермы, проходит болт (рис. 7), являющийся горизонтальным шарниром несущего винта автожира, относительно оси которого лопасти совершают маховые движения.
Угол отклонения оси и соответственно изменение положения плоскости вращения диска ограничиваются пластиной, закреплённой на пилоне (рис. 8). Эта пластина не позволяет отклоняться несущему винту сверх допустимых углов, обеспечивающих управляемость автожиром по тангажу и крену.
Б. БАРКОВСКИЙ, Ю. РЫСЮК
Долгие годы автожиры считались очень опасными летательными аппаратами. Да и сейчас 90% летающих полагают, что автожиры смертельно опасны. Самое популярное высказывание об автожирах: "Они соединяют в себе недостатки самолетов и вертолетов". Конечно же, это не так. Достоинств у автожиров достаточно.
Так откуда же мнение о колоссальной опасности автожиров?
Сделаем короткий экскурс в историю. Автожиры были изобретены в 1919 году испанцем де ла Сиервой. Сделать это, по легенде, его побудила гибель его друга в самолете. Причиной катастрофы стало сваливание (потеря скорости и потеря подъемной силы и управляемости). Именно желание сконструировать ЛА, не боящийся сваливания, и привела его к изобретению автожира. Выглядел автожир Ла Сиервы вот так:
По иронии судьбы, Ла Сиерва сам погиб при крушении самолета. Правда, пассажирского.
Следующий этап связан с Игорем Бенсеном, американским изобретателем, который в 50-е годы придумал конструкцию, легшую в основу практически всех современных автожиров. Если автожиры Сиервы были, скорее, самолетами с установленным ротором, то автожир Бенсена был абсолютно другим:
Как видим, тракторное расположение двигателя сменилось на толкающее, а конструкция радикально упростилась.
Вот это радикальное упрощение конструкции и сыграло злую роль с автожирами. Они стали активно продаваться в виде китов (наборов для самостоятельной сборки), делаться "умельцами" в гаражах, активно облетываться без какого-нибудь инструктажа. Результат понятен.
Смертность на автожирах достигла небывалых отметок (примерно в 400 раз выше, чем на самолетах - даю по английской статистике нулевых годов, в нее как раз попали ТОЛЬКО автожиры бенсеновского типа, различного рода самоделки).
При этом особенности управления и аэродинамики автожира толком изучены не были, они оставались экспериментальными аппаратами в самом худшем смысле этого слова.
В результате при их конструировании часто допускались серьезные ошибки.
Посмотрите на этот аппарат:
Вроде бы, внешне похож на современные автожиры, фотографии которых я приводил в первом посте. Вроде бы, да не похож.
Во-первых, у RAF-2000 не было горизонтального оперения. Во-вторых, линия тяги двигателя проходила значительно выше вертикального центра тяжести. Двух этих факторов хватало, чтобы сделать этот автожир "смертельной ловушкой",
Позже, во многом благодаря катастрофам RAF, люди изучили аэродинамику автожира и нашли "подводные камни" этого, казалось бы. совершенного летательного аппарата.
1. Разгрузка ротора
. Автожир летает благодаря свободно вращающемуся ротору. Что произойдет, если автожир попадет в состояние временной невесомости (восходящий поток воздуха, верхняя точка "бочки", турбулентность и т.д.)? Обороты ротора упадут, вместе с ними упадет подъемная сила... Казалось бы, ничего страшного, ибо такие состояния длятся недолго - доли секунды, секунду максимум.
2. Да, ничего страшного, если бы не высокая линия тяги, которая может привести к силовому кувырку
(PPO - power push-over).
Да, это опять рисовал я;)) На рисунке видно, что центр тяжести (CG) расположен значительно ниже линии тяги (thrust) и что сопротивление воздуха (drag) тоже приложено ниже линии тяги. В результате возникает, как говорят в авиации, пикирующий момент. Т.е., автожир норовит кувыркнуться вперед. В обычной ситуации ничего страшного - пилот не даст. Но в ситуации разгрузки ротора пилот уже не управляет аппаратом, и тот остается игрушкой в руках могучих сил. И кувыркается. Причем происходит это зачастую очень быстро и неожиданно. Только что летел и наслаждался видами, и вдруг БАЦ! и ты уже в неуправляемой жестяной банке с палками падаешь вниз. Без шансов восстановить управляемый полет - это тебе не самолет или дельталет.
3. Кроме того, у автожиров есть еще диковинные штуки. Это PIO (pilot induced oscillations - спровоцированная летчиком продольная раскачка
). В случае с нестабильными автожирами это очень вероятно. Дело в том, что автожир реагирует несколько замедленно. Поэтому может случиться ситуация, в которой пилот устроит этакую "раскачку" - пытаясь погасить колебания автожира, он на самом деле их усиливает. В результате колебания "вверх-вниз" нарастают, и аппарат переворачивается. Впрочем, на самолете тоже возможна PIO - простейшим примером будет известная привычка начинающих пилотов бороться с "козлом" резкими движениями ручки. В результате амплитуда "козла" только увеличивается. На нестабильных автожирах эта самая раскачка очень опасна. На стабильных лечится очень просто - нужно бросить "ручку" и расслабиться. Автожир сам вернется в спокойное состояние.
RAF-2000 был автожиром с очень высокой линией тяги (HTL, high thrust line gyro - автожир с высоким прохождением линии тяги), бенсеновские - с низкой линией тяги (LTL, low thrust line gyro - автожир с низким прохождением линии тяги). И поубивали на пару очень, очень, очень много пилотов.
4. Но даже на этих автожирах можно было бы летать, если бы не другая обнаруженная штука - оказывается, автожиры управляются совсем не как самолеты
! В комментах к прошлому посту я описывал реакцию на отказ двигателя (ручку от себя). Так вот, в нескольких статьях я прочитал о прямо противоположном!!! В автожире при отказе двигателя нужно срочно подгрузить ротор, дав ручку НА СЕБЯ и УБРАВ ГАЗ. Надо ли говорить, что чем опытнее пилот самолета, тем мощнее в его подкорке сидит рефлекс: при отказе ручку от себя и газ на максимум. В автожире, особенно нестабильном (с высокой линией тяги), такое поведение может привести к тому самому силовому кувырку.
Но это не все - у автожиров очень много разных особенностей. Все из них я не знаю, ибо сам еще не прошел курс обучения. Но многие известны - автожиры не так любят "педальки" на посадке (скольжение, с помощью которого "самолетчики" часто "травят высоту"), не переносят "бочки" и много чего еще.
Т.е., на автожире жизненно важно учиться у грамотного и опытного инструктора
! Любые попытки самостоятельно освоить автожир смертельно опасны! Что не мешает огромному количеству людей по всему миру строить и строить свои табуретки с винтом, самостоятельно их осваивать и регулярно на них биться.
5. Обманчивая простота
. Ну и крайний подводный камень. Автожиры очень просто и приятно управляются. Многие совершают самостоятельные вылеты на них через 4 часа обучения (я на планере вылетел на 12-м часу, раньше 10-ти это вообще редко бывает). Посадка гораздо проще, чем на самолете, трясет несравнимо меньше - вот и теряют люди чувство опасности. Думаю, эта обманчивая простота убила не меньше народу, чем кувырки с раскачками.
У автожира есть свой "flying envelope" (летные ограничения), которые необходимо соблюдать. Ровно как и в случае с любым другим летательным аппаратом.
Игры до добра не доводят:
Ну вот и все ужасы. На каком-то этапе развития автожиров казалось, что все кончено, и автожиры так и останутся уделом энтузиастов. Но случилось совершенно обратное. Нулевые годы стали временем колоссального бума автожиростроения. Причем бума ФАБРИЧНЫХ автожиров, а не самодельных и полусамодельных китов.. Бума настолько сильного, что в 2011 году в Германии было зарегистрировано 117 автожиров и 174 ультралегких самолета/дельталета (соотношение, немыслимое еще в 90-е). Что особенно приятно, лшидеры этого рынка, возникшего лишь недавно, демонстрируют отличную статистику безопасности.
Кто эти новые герои-автожиростроители? Что они такого придумали, чтобы компенсировать, казалось бы, огромные недостатки автожиров? Об этом в следующей серии;)
Для того чтобы начать собирать что-либо своими руками, необходимо разобраться с основами. Что представляет собой автожир? Это летательный аппарат, который отличается сверхлегкостью. Он является винтокрылой воздушной моделью, которая при полете опирается на несущую поверхность, свободно вращающегося в режиме авторотации несущего винта.
Автожир: характеристики
Данное изобретение принадлежит испанскому инженеру Хуану де ла Сиерва. Сконструирован этот летательный аппарат был в 1919 году. Стоит сказать, что в то время все инженеры пытались построить вертолет, но вышло именно это. Конечно, конструктор не решил избавиться от своего проекта, а в 1923 году выпустил первый в мире автожир, который мог летать за счет эффекта авторотации. Инженер даже создал собственную фирму, которая занималась производством этих аппаратов. Так продолжалось до тех пор, пока не были изобретены современные вертолеты. В этот момент автожиры утратили свою актуальность практически полностью.
Автожир своими руками
Будучи когда-то основным летательным аппаратом, сегодня автожир превратился в пережиток истории, который можно собрать своими руками у себя дома. Стоит сказать, что это очень даже неплохой вариант для тех людей, кто очень хочет "научиться летать".
Чтобы сконструировать этот летательный аппарат, нет необходимости покупать дорогостоящие детали. К тому же, для его сборки не понадобится специальное оборудование, большое помещение и т. д. Собрать его можно даже в квартире, если в комнате достаточно места и соседи не против. Хотя небольшое число элементов автожира все же будет нуждаться в обработке на токарном станке.
В остальном же, сборка автожира своими руками - это довольно простой процесс.
Несмотря на то, что аппарат довольно прост, существует несколько видов этой конструкции. Однако, для тех, кто решился создавать его самостоятельно и впервые, рекомендуется начать с такой модели как автожир-планер.
Недостатком этой модели станет то, что для его подъема в воздух понадобится машина и трос, длиной около 50 метров или больше, который можно будет закрепить на автомобиле. Тут необходимо понимать, что высота полета на автожире будет ограничена длиной этого элемента. После того, как такой планер будет поднят в воздух, у пилота должна будет быть возможность сбросить трос.
После отсоединения от автомобиля летательный аппарат начнет медленно планировать вниз под углом примерно в 15 градусов. Это необходимый процесс, так как он позволит пилоту выработать все необходимые навыки пилотирования, прежде чем отправиться в настоящий, свободный полет.
Основные геометрические параметры автожира, имеющего шасси с носовым колесом
Для того, чтобы перейти к настоящему полету, к автожиру своими руками необходимо добавить еще одну деталь - двигатель с толкающим винтом. Максимальная скорость аппарата с таким типом двигателя составит около 150 км/ч, а максимальная высота увеличится до нескольких километров.
Основа летательного аппарата
Итак, изготовление автожира своими руками необходимо начинать с основы. Ключевыми деталями этого устройства будут три дюралюминиевых силовых элемента. Первые две детали - это килевая и осевая балки, а третий - это мачта.
К килевой балке спереди необходимо будет добавить управляемое носовое колесо. Для этих целей можно использовать колесо от спортивного микроавтомобиля. Важно отметить, что эта деталь должна быть оснащена тормозным устройством.
К концам осевой балки с обеих сторон также нужно прикрепить колеса. Для этого вполне подойдут небольшие колеса от мотороллера. Вместо колес можно монтировать поплавки, если планируется использовать автожир как средство для полета на буксире за катером.
Кроме этого, к концу килевой балки нужно добавить еще один элемент - ферму. Фермой называют треугольную конструкцию, которая складывается из дюралюминиевых уголков, а после усиливается прямоугольными листовыми накладками.
Можно добавить, что цена автожира довольно высока, а его изготовление своими руками не только реально, но и помогает хорошо сэкономить.
Элементы килевой балки
Предназначение крепления фермы на килевую балку - это соединение аппарата и автомобиля посредством троса. То есть он надевается именно на эту деталь, которая должна быть обустроена так, чтобы пилот, когда дернет за нее, мог сразу же освободиться от сцепления с тросом. Кроме этого, эта деталь служит платформой для размещения на ней простейших летательных приборов - индикатора воздушной скорости, а также индикатора бокового сноса.
Под этим элементом располагается педальный узел с тросовой проводкой к рулю управления средством.
Самодельный автожир также должен быть оснащен оперением, располагающимся на противоположном конце килевой балки, то есть сзади. Под оперением понимают горизонтальный стабилизатор и вертикальный, который выражен через киль с рулем управления.
Последняя хвостовая деталь - это предохранительное колесо.
Рама для автожира
Как говорилось ранее, рама самодельного автожира состоит из трех элементов - килевой и осевой балки, а также из мачты. Изготавливаются эти детали из дюралюминиевой трубы, с сечением 50х50 мм, а толщина стенок должна быть 3 мм. Обычно такие трубы используются в качестве основы для окон, дверей, витрин магазинов и т.д.
Если не хочется использовать этот вариант, можно сконструировать автожир своими руками при помощи коробчатых балок из дюралюминиевых уголков, которые соединяются при помощи аргонодуговой сварки. Лучшим вариантом материала считается Д16Т.
При установке разметки для сверления отверстий необходимо следить, чтобы сверло только коснулось внутренней стенки, но не повредило ее. Если говорить о диаметре требуемого сверла, то он должен быть таким, чтобы модель болта Мб входила в отверстие как можно плотнее. Проводить все работы лучше всего электрической дрелью. Использовать ручной вариант здесь неуместно.
Сборка основы
Прежде чем приступить к сборке основания, лучше всего составить чертеж автожира. При его составлении и последующем соединении основных деталей необходимо учитывать, что мачта должна быть немного отклонена назад. Для того, чтобы добиться этого эффекта, перед установкой у нее немного подпиливается основание. Это необходимо сделать для того, чтобы лопасти несущего винта имели угол атаки в 9 градусов, когда автожир просто стоит на земле.
Этот момент очень важен, так как обеспечение нужного угла создаст необходимую подъемную силу даже при небольшой скорости буксировки аппарата.
Расположение осевой балки - поперек килевой. Крепление осуществляется также к килевой балке при помощи четырех болтов Мб, а для большей надежности они должны быть снабжены законтренными разрезными гайками. Кроме этого, для увеличения жесткости автожира балки соединяются между собой четырьмя раскосами из стального уголка.
Спинка, сиденье и шасси
Для того, чтобы прикрепить раму к основе, необходимо использовать два дюралюминиевых уголка 25х25 мм спереди, прикрепив их к килевой балке, а сзади крепить к мачте при помощи кронштейна из стального уголка 30х30 мм. Спинка привинчивается к раме сиденья и к мачте.
На эту деталь также надеваются кольца, которые вырезаются из резиновой камеры колеса. Чаще всего для этих целей используется камера колеса грузового транспорта. Сверху на эти кольца накладывается поролоновая подушка, которая привязывается тесемками и обшивается прочной тканью. На спинку лучше всего натянуть чехол, который будет выполнен из той же ткани, что и сиденье.
Если говорить о шасси, то передняя стойка должна иметь вид вилки, которая выполнена из листовой стали, а также иметь колесо от карта, поворачивающееся вокруг вертикальной оси.
Ротор автожира и цена
Очень важным требованием для стабильной работы летательного аппарата является плавная работа ротора. Это очень важно, так как сбой в работе этой детали вызовет тряску всей машины, что сильно повлияет на прочность всей конструкции, будет мешать стабильной работе самого же ротора, а также нарушать регулировку деталей. Чтобы избежать всех этих неприятностей, очень важно правильно сбалансировать этот элемент.
Первый способ балансировки заключается в том, что элемент обрабатывается целиком, как обычный винт. Для этого необходимо очень жестко закрепить лопасти на втулке.
Второй способ - это балансировка каждой лопасти по отдельности. В таком случае необходимо добиться одинакового веса от каждой лопасти, а также достичь того, чтобы центр тяжести каждого элемента находился на одинаковом расстоянии от корня.
Цена автожира, изготовленного на заводе, начинается от 400 тысяч рублей и доходит до 5 миллионов рублей.
Чертежи автожира Hornet. 1997 год – дата разработки. В конструкции используется двигатель мощностью более 45 лошадиных сил. Используется любой тип двигателя, например: лодочный; мотоциклетный; снегохода. В случае, выхода из строя двигателя, включается аварийное самостоятельное вращение несущего винта, и посадка выполняется, что обеспечивает высокую безопасность пилота.
Технические характеристики автожира (используемый на модели двигатель - Rotex 447):
- ротор (диаметр), мм – 7320;
- пропеллер, мм – 152;
- высота, мм – 2280;
- ширина, мм – 1830;
- подъемный вес, т – 0,280;
Масса, т – 0,160;
- максимальная скорость, км/ч – 102;
- рабочая скорость, км/ч – 80;
- вместимость бака, л – 20;
- дальность полета, км – 90.
Автожир удерживается в воздухе благодаря винта (несущего). Винт приводится в движение потоком встречного воздуха, а не двигателем. Горизонтальное движение конструкции осуществляется дополнительным винтом, насаженным на горизонтальную ось вращения.
Гироплан – другое название летательной конструкции. Взлететь вертикально, могут далеко не все модели автожиров. Большинству моделей требуется взлетная полоса длиной не более 30-ти метров.
