Фрагмент 3-го выпуска справочника "Кто есть кто в робототехнике"

В течение ряда лет кандидат технических наук, мастер спорта СССР В. Слепков работал над созданием радиоуправляемой модели вертолета . В 1977 году она была построена и совершила ряд удачных полетов, несмотря на сравнительно малую мощность двигателя. Известные зарубежные модели вертолетов тех лет, как правило, тяжелы, поскольку имеют сложную систему управления - отсюда потребность в мощном (до 10 см3) двигателе. Преимущество же модели Слепкова в её простоте. Она может выполнять управляемые развороты, несмотря на ограниченное число команд, и имеет двигатель 2,5 см3. 

Расчет тяги винта. Постройку любой модели начинают с выбора основных параметров и определения мощности двигателя. Затем можно перейти к определению тяги винта. По формуле Н. Е. Жуковского для режима висения она вычисляется следующим образом: Т = (33,25 · N · D · ho)2/3, где N - мощность двигателя в л. с.; D - диаметр винта в метрах; ho - относительный КПД несущего винта. За вычетом потерь (40%) на вращение рулевого винта, вентилятора и собственно редуктора мощность двигателя для работы несущего винта составляет 0,15 л. с. Значение относительного КПД последнего может достигать 0,7-0,75, а с учетом ухудшения аэродинамики винта из-за стабилизирующих грузов и стабилизаторов - 0,6. Подставляя эти параметры в формулу, определяем тягу: Т = (33,25 • 0,15 • 1,94 • 0,6)2/3 = 3,3 кг. Однако при горизонтальном полете эта тяга может возрасти от снижения индуктивного сопротивления. Это подтверждают летные испытания. При двигателе, отрегулированном на максимальную мощность, скороподъемность модели достигает 1-1,5 м/с. При дросселировании двигателя модель совершает горизонтальный полет. 

Несущий винт модели. Он состоит из трех лопастей. Каждая из них может поворачиваться во втулке относительно оси, проходящей через линию фокусов, то есть имеет осевой шарнир. Установка угла атаки в полете происходит автоматически с помощью стабилизирующего груза, который тягой (капроновая леска Ø 0,5 мм) связан с валом. При малом вращении ротора стабилизирующий груз опускается и уменьшает тем самым установочный угол лопасти, выравнивая роторную скорость. На рисунке - лопасть винта: 1 – стабилизирующие грузы, 2 – рычаг, 3 – лопасть, 4 – стабилизаторы, 5 – втулка. Основная задача стабилизирующих грузов - обеспечивать устойчивость модели в полете. При отклонении плоскости ротора они циклически изменяют установочные углы лопастей и возвращают ротор в прежнее положение. Для демпфирования колебаний относительно осевого шарнира на ней установлены стабилизаторы, которые, кроме того, улучшают переход модели на режим авторотации. Профиль лопасти выпукло-вогнутый, переменный: его толщина и вогнутость уменьшаются к концу. В наиболее широком месте (сечение А-А) относительная толщина составляет 12%, вогнутость - 6%. На конце эти величины соответственно 8% и 4% (сечение Б-Б). Лопасть изготовлена из бальзы, передняя и задняя кромки - из сосны. Ось стальная Ø 5 мм, вклеена на смоле и зафиксирована стальным штифтом Ø 2 мм. Вращается она во втулке на двух шарикоподшипниках типа 1000095 (наружный Ø 13 мм). Лопасти могут поворачиваться в пределах от -5° до +40°. Профиль стабилизатора плоско-выпуклый, с относительной толщиной 8% (сечение В-В), сделан целиком из бальзы удельного веса 0,1 г/см3. Как и лопасть, он оклеен микалентной бумагой, окрашен нитрокраской и покрыт сверху полимеризующимся лаком. 

Для горизонтального полета на модели установлен автомат перекоса, циклически изменяющий угол установки лопасти по отношению к фюзеляжу. На рассматриваемой модели этот угол - фиксированный, отрегулированный на постоянную горизонтальную скорость полета V = 5 м/с. Автомат перекоса: 1 - шарикоподшипник, 2 - рычаг, 3 -управляющая тяга, 4 - тяга к стабилизирующему грузу, 5 - вал несущего винта, б - стойка, 7 - кожух редуктора, 8 -место установки прокладок для регулировки плоскости автомата перекоса (в пределах 0-10o), Д — диапазон изменения углов установки тяг, идущих к стабилизирующим грузикам во время полета.  Конструкция автомата перекоса базируется на шарикоподшипнике типа 1000903 с внутренним Ø 17 мм и наружным Ø 30 мм. Внешнее кольцо подшипника прикреплено к фюзеляжу на трех дюралюминиевых стойках, установленных под углом 10o к плоскости вращения ротора по курсу полета. Вместе с ротором вращается и внутреннее кольцо с тремя рычагами, соединенными тягами со стабилизирующими грузами, которые циклически меняют шаг лопастей. 

Рулевой винт. Имеет две лопасти, прямоугольные в плане, шириной 38 мм. Профиль выпукло-вогнутый, толщина в комлевой части 12%, на конце 8%. Вертолет управляется по курсу изменением шага винта. Среднее значение угла установки лопастей 15o, диапазон изменения угла их поворота от -2o до + 12o. 

Двигатель и редуктор. Двигатель модели с рубашкой охлаждения Ø 40 мм крепится в нижней части фюзеляжа с помощью детали, выпиленной из дюралюминия. На его валу установлены первая шестерня редуктора и вентилятор. Кинематическая схема редуктора: 1 - маховик-вентилятор, 2 - двигатель, 3 - муфта свободного хода, 4 - вал несущего винта, 5 - направляющие ролики, 6 - ведомый шкив, 7 - ведущий шкив. Редуктор несущего винта - трехступенчатый. Первая ступень выполнена на шестернях с модулем 0,5 мм шириной 6 мм: ведущая - стальная, с числом зубцов Z1 = 37, ведомая - латунная с числом зубцов Z2 = 48. Вторая ступень имеет шестерни с модулем 0,6 мм: ведущая - стальная, ведомая - дюралюминиевая, с числом зубцов соответственно Z3 = 23 и Z4 = 177. Третья ступень - на шестернях из того же материала, что и вторая. Модуль увеличен до 0,8 мм, число зубцов Z5 = 20, Z1 = 100. Таким образом, общее передаточное отношение друг к другу валов двигателя и несущего винта составит: i = Z1 /Z2 · Z3 /Z4 · Z5 /Z6 = 1/32. Вращение от основного редуктора к рулевому винту передается через кольцевую капроновую нить и два шкива, выточенных из дюралюминия. Ведущий установлен на второй ступени редуктора, ведомый - на рулевом винте. Их диаметры одинаковы. Поскольку последняя ступень редуктора имеет передаточное отношение 1:5, то без учета проскальзывания рулевой винт вращается в пять раз быстрее несущего. На второй ступени основного редуктора установлена муфта свободного хода, обеспечивающая спуск вертолета при остановке двигателя. Авторотация не нарушает связи между несущим и рулевым винтами, что позволяет управлять курсом модели при снижении. За время испытаний, как на земле, так и в полете двигатель с редуктором проработал около трех часов. При этом потребовалось заменить поршень и шариковые подшипники вала двигателя. Износ шестерен редуктора не превысил допустимой величины. 

Фюзеляж состоит из двух разъемных элементов: центральной части и хвостовой балки, которые соединены резиновыми нитями. Такое крепление надежно фиксирует положение хвостовой балки в полете и смягчает нагрузки при ударах на посадке. Конструкция набирается из сосновых стрингеров сечением 3 х 3 мм2 в хвостовой балке и 5 х 5 мм2 в центральной части, в которой установлены также 7 шпангоутов из фанеры толщиной 1 мм, усиленных сосновыми рейками сечением 3,5 х 3,5 мм2. Место крепления двигателя снизу усилено фанерой толщиной 5 мм. Редуктор своей верхней частью винтами М4 х 10 мм крепится к боковым брускам сечением 10 х 6 мм. Его кожух склеен из бальзы толщиной 2 мм. Компоновочная схема фюзеляжа: 1 - центральная часть, 2 - отсек для радиоаппаратуры, 3 - кожух редуктора, 4 - рулевая машинка, 5 - хвостовая балка, 6 - управляющая тяга, 7 - киль, 8 - рулевой винт, 9 - костыль, 10 - задняя стойка шасси, 11 - передняя стойка шасси. Все узлы фюзеляжа соединены эпоксидной смолой, что обеспечивает достаточную прочность и надежную защиту от воздействия горючего. Для размещения приемника и дешифратора впереди фюзеляжа сделан специальный отсек. Передние стойки шасси выгнуты из дюралюминиевых пластин толщиной 2,5 мм, задняя - из двух стальных проволочных стержней Ø 2,6 мм. Центральная часть фюзеляжа обтянута капроном, хвостовая балка - микалентной бумагой. 

О запуске. Модель стартует с рук. Двигатель приводится в действие обычным способом, за маховик-вентилятор. Облегчить запуск можно стартером. Первый полет надо проводить в штилевую погоду при нейтральном положении кольца автомата перекоса. Время работы двигателя желательно ограничить таймером. При правильном старте вертолет набирает высоту по вертикали со скоростью около 1,5 м/с. После окончания работы двигателя модель переходит на авторотацию. Для предотвращения вращения фюзеляжа рукоятку управления рулевым винтом на пульте управления отклоняют вправо. Дальнейшие полеты можно выполнять с отклоненным кольцом автомата перекоса, благодаря чему вертолет может совершать взлет с горизонтальной скоростью и управляться по курсу. 

Основные параметры модели: диаметр несущего винта, мм – 1940; ометаемая поверхность, дм2 – 294; вес модели, г – 2950; коэффициент заполнения несущего винта - 0,065; диаметр рулевого винта, мм – 480; полетная мощность двигателя, л. с. - 0,25; скорость вращения вала двигателя в полете, об/мин – 12000; передаточное отношение редуктора от двигателя к несущему винту - 1:32; передаточное отношение от двигателя к рулевому винту - 1:6,4; скорость вращения несущего винта, об/мин - 375; скорость вращения рулевого винта, об/мин – 1875; вес аппаратуры, установленной на модели, г – 515. 

(По материалу журнала «Моделист-конструктор» советского периода)

 

"Черный ящик" в автомобиле: технологии западных автоконцернов "отрихтуют" водителей  - http://www.liveinternet.ru/users/albrs/post402370094/