Самодельный вертолет ав-1

Глубокоуважаемый любитель авиации! Эта статья, быть может, станет вам нужной при постройке и разработке легкого вертолета. Предлагаемая винтокрылая машина (АВ-1) — плод долгого увлечения авиацией, итог настойчивой и усердной работы в течение пяти лет, из которых два года ушло на постройку, а остальные — на опробование, доводку, освоение пилотирования, ремонт, модернизацию.

Конструкция вертолета отвечает нескольким наиболее значимым требованиям, предъявляемым к летательному аппарату, находящемуся в пользовании любителя: возможность хранения в маленьком помещении; транспортировка к месту полетов — автомобилем , мотоциклом а также вручную; сборка в течение 18—20 мин. одним человеком (наряду с этим употребляется всего два гаечных ключа).

Очень надежно решена неприятность безопасности при трансмиссии и отказе двигателя в полете. Конструкция несущего винта (НВ) и совокупности управления имеет изюминке, благодаря которым «прощаются» такие неточности пилотирования, как затяжеление несущего перегрузки и винта. Само собой разумеется, на конструкцию вертолета существенно повлияли стесненные условия, в которых он изготавливался, и проблемы с оборудованием и материалами, исходя из этого ясно, что машина далеко не совершенна.

Но я ею доволен. Для начала приведу примеры расчетов главных элементов конструкции. Так, диаметр несущего винта АВ-1 выбран из условия нагрузки на единицу площади ометаемого диска (Ps) в пределах 6—7 кг/м2.

Эта величина забрана по итогам обработки статистических данных летающих легких автожиров, вертолетов, имеющих удельную нагрузку (р) в пределах 6— 8 кг/л .с.

В моем случае, исходя из предполагаемой полетной массы (т) аппарата 180—200 кг (масса безлюдного 100—120 кг) и располагая двигателем мощностью (N) в 34 л.с., из которых две должны были расходоваться на привод рулевого винта, приобретаем следующие значения нагрузки на единицу мощности, площади ометаемого диска НВ (S ) и диаметра НВ (D):

Диаметр НВ 6,04 м весьма близок к размеру НВ у автожира Бенсена с двигателем 40 л.с. и массой 190 кг. При таких начальных данных была надежда, что вертолет полетит. Но чтобы он имел возможность летать в качестве транспортного средства, нужно, дабы тяга НВ (Т) была намного больше, чем масса аппарата (как минимум в 1,4 раза).

Это снабжает достаточную высотность полёта и вертикальную скороподъёмность. Сейчас определим расчетом большую Т на режиме зависания в условиях обычной атмосферы (760 мм рт. ст., 18°С). В этом случае употреблялась эмпирическая формула:

В итоге тяга оказалась 244,8 кг, что весьма близко к практически взятой при опробованиях АВ-1. (Исходя из названного соотношения 1,4, согласно нашей точке зрения, полетная. масса аппарата не должна быть больше 175 кг. — Ред.) Описание конструкции вертолета начну с так называемой фюзеляжной части. Отсек кабины имеет ферменную конструкцию в виде четырехгранной пирамиды, вертикальная грань которой (основной шпангоут) как бы отделяет отсек кабины от двигателя.

Изготовлена она из дюралюминиевых (Д16Т) труб: вертикальные и нижние—40×1,5 мм, а передние — 30×1,5 мм. Над кабиной имеется силовой соединяющий элемент — рама под основной редуктор, внизу же — горизонтальная поперечина моторамы. Вторая силовая поперечина (на уровне спинки сиденья) — из дюралюминиевой трубы прямоугольного сечения 30x25x1,5 мм; она помогает для крепления промежуточного редуктора, узлов главных и спинки сиденья стоек шасси.

«Отсек» двигателя в виде трехгранной пирамиды выполнен из металлических труб (сталь 20) сечением 30x30x1,2 мм. Нижняя грань имеет узлы крепления под двигатель, раскосы шасси и хвостовую балку. Хвостовая балка склепана из дюралюминиевого страницы толщиной 1 мм.

Состоит она из трех частей: двух конусов (диаметр у вершины 57 мм) и цилиндра между ними (диаметр 130 мм) с наружными ребрами, каковые являются усиливающим зоной и стрингером склепки элементов обшивки. В местах крепления раскосов вклепаны усиливающие шпангоуты.

Передняя стойка шасси свободноориентированная, без амортизации, имеет колесо 250×50 мм (от лыжероллеров). Главные опоры шасси сделаны из металлических труб и оснащены пневматическими амортизаторами. Колеса главных опор — 300направляться100 мм со срезанным протектором (от карта).

Такая «стрижка» проводится для понижения веса, облегчения движения и улучшения обтекаемости «юзом» по траве на протяжении тренировок либо при неудачных посадках.

Нижние раскосы шасси — из металлических труб 20×1 мм. На вертолете установлен четырехтактный двухцилиндровый оппозитный двигатель с рабочим количеством 750 см3. коленвал и Картер забраны от мотоцикла К-750; поршни, головки и цилиндры — от МТ-10. Картер облегчен и приспособлен к работе с вертикальным размещением вала (поменяна маслосистема).

Вероятно применение и других двигателей, полная масса которых не более сорока килограмм и мощность не меньше 35 л.с. Очень нужно отметить совокупность стабилизации аппарата.

На АВ-1 применена совокупность типа «БЕЛЛ», но с более высоким коэффициентом стабилизации (0,85), что полностью снимает с пилота заботу о балансировке вертолета в режиме висения. Помимо этого, она ограничивает угловые скорости на виражах, оберегая вертолет от перегрузок. Управляемость наряду с этим обеспечивается за счет формы грузов в виде плоских дисков (подобраны экспериментально).

Протяженность стержней выбрана из условия, что грузы в виде плоских дисков должны прекрасно «сидеть» в потоке.

Исходя из этого окружная скорость грузов выбрана 70 м/с, а при 600 об/мин это соответствует длине (радиусу) стержня, близкой к 1 м. Масса груза выбиралась из условия, что при отклонении плоскости вращения стабилизирующих стержней от плоскости НВ на 1,5°—2° обязан появиться момент, что при передаче через рычажный механизм к осевому шарниру лопасти НВ будет равным (либо громадным) моменту трения в подшипниках осевого шарнира под рабочей осевой нагрузкой. Основной редуктор рекомендован для передачи крутящего момента на вал несущего винта.

Внутри его проходит шток механизма управления неспециализированным шагом НВ. Он заканчивается вилкой, которая собственными боковыми выступами входит в зацепление с вилками втулок лопастей, вращая механизм совокупности стабилизации. При вертикальном перемещении штока (от рукоятки) посредством рычагов механизма неспециализированного шага происходит изменение угла установки лопасти винта (и соответственно — его шага).

На верхней крышке корпуса редуктора установлен автомат перекоса (АП), служащий для трансформации положения плоскости (практически конуса) вращения НВ довольно вертикальной оси аппарата (оси главного вала редуктора) за счет противоположного по символу трансформации угла атаки лопастей: угол атаки лопасти, идущей вниз, значительно уменьшается, идущей вверх — возрастает.

Наряду с этим происходит направления и изменение величины горизонтальной составляющей вектора тяги НВ. Корпус редуктора разъемный по плоскости, перпендикулярной оси вала, сварен из листовой стали З0ХГСА толщиной 1,3 мм. Гнезда подшипников выточены кроме этого из стали З0ХГСА, вварены в крышки, по окончании чего произведена термообработка («закалка», большой отпуск) для повышения прочности и снятия напряжений.

После этого профрезерованы фланцы, собраны крышки и расточены посадочные места подшипников и отверстий на координатном станке. Нижняя крышка изготовлена из сплава Д16Т. Основной вал сделан из стали 40ХНМА, термообработан до G вр = 110 кг/мм2. Диаметр вала —45 мм, диаметр внутреннего отверстия — 39 мм, толщина стены в зоне шлицев втулки НВ — 5 мм.

Поверхности вала полированы, места и шлицы посадки подшипников меднены. Ведомая шестерня и ведущий вал-шестерня — из стали 14ХГСН2МА-Ш и имеют соответственно 47 и 12 зубьев с углом 3 и модулем зацепления 28°.

Зубья цементированы на глубину 0,8—1,2 мм и термообработаны до твердости HRC = 59—61. Наружное кольцо автомата перекоса разъемное (как хомут), произведено из сплава Д16Т (фрезеровано из страницы толщиной 35 мм), а внутреннее кольцо и карданное — из стали З0ХГСА. Подшипники карданного кольца — 80018Ю. Подшипник автомата-перекоса — 76-112820Б. Модуль рулевого винта (РВ) собран на стакане, телескопически соединенном с законцовкой хвостовой балки.

Он может выдвигаться для натяжения приводного ремня.

Наряду с этим, действительно, нужно перестраивать длину тросов управления рулевым винтом. Привод его осуществляется от промежуточного редуктора посредством цепной и двух ременных передач. Рулевой винт — шарнирный (имеет горизонтальный совмещенный и осевые шарниры), вращается спереди вверх-назад.

Диаметр его 1,2 м, число оборотов в 60 секунд — 2500. Втулка РВ складывается из крестовины и двух чашек, склепанных с лопастями.

В качестве осевых подшипников помогают две медные втулки, а центробежную силу принимает резьба М24х1,5. Уплотнение осуществляется резиновым кольцом, которое фиксируется пружинным кольцом и шайбой. Поводки осевых шарниров смещены от оси горизонтального шарнира (ГШ) на 30°.

Смазка — маслом МС-20, залитым в стакан перед сборкой.

Горизонтальный шарнир собран на медных втулках и цементированном пальце, что фиксируется на вилке ГШ от проворота. При сборке лопастей со стаканом особенное внимание обращалось на соосность их осей. Сейчас мало о выборе главных параметров лопастей воздушных винтов. Средняя аэродинамическая хорда (САХ) лопасти вычисляется из условия, что коэффициент заполнения ометаемого диска (К) будет в пределах 0,025—0,035 (меньшая величина — для громадных окружных скоростей, 200—220 м/с; а громадная — для меньших, 170—190 м/с), по формуле:

На вертолете АВ-1 для несущего винта величина коэффициента К = 0,028, так как окружные скорости выбраны в пределах 190—210 м/с. Наряду с этим САХ принята равной 140 мм. На летательном аппарате нужно иметь все весьма легкое.

Но применительно к НВ мы можем сказать о минимально допустимой массе, поскольку от массы лопасти зависит центробежная сила, нужная для конуса вращения несущего винта.

Нужно, дабы данный конус был в пределах 1°—3°. Изготовить лопасти массой 2—3 кг вряд ли вероятно а также нежелательно, поскольку будет мелок запас кинетической энергии при аварийной посадке на авторотации с подрывом, и при переходе на режим авторотации с моторного полета. Масса 7—8 кг для аварийного случая хороша, но на режимах больших оборотов НВ будет давать большую центробежную силу.

На АВ-1 применена лопасть массой в пределах 4,6—5,2 кг, что снабжает большую нагрузку от центробежных сил до 3600 кгс.

Прочность втулки НВ запланирована на эту нагрузку (с 7-кратным запасом прочности); масса ее образовывает 4,5 кг. Предлагаемая форма лопасти в плане и крутка — итог опытов с лопастями разной формы, профилей и круток.

Лопасти НВ должны удовлетворять двум противоречивым требованиям: прекрасно авторотировать (другими словами снабжать малую скорость понижения на авторотации при отказе двигателя) и с большим КПД применять мощность двигателя на моторном полете (для скороподъемности, экономичности и максимальной скорости). Разглядим варианты лопастей для вертолета и для автожира.

У хорошего автожира крутка обратная, другими словами угол установки лопасти у комля отрицательный (-5°…-8°), а концевого участка — хороший (+2°). Профиль плосковыпуклый либо S-образный. На данный момент обширно используют профиль NACA 8-Н-12 (S-образный, 12-процентный). Форма лопасти в плане — прямоугольная. У хорошего вертолета крутка прямая, другими словами у комля угол установки хороший (+8°.. .+12°) по отношению к концевому участку.

Профиль NACA 23012, относительная толщина которого на финише — 12%, а у комля — 15%.

Форма лопасти в плане — трапециевидная, с сужением 2,4—2,7. Был произведен расчет формы лопасти в плане способом конечных элементов для случая полета со скоростью 110 км/ч и запасом по перегрузке лопасти, «идущей назад», — 1,4. При оборотах НВ 580 об/мин, диаметре НВ 6 м и полетной массе 200 кг оказалась лопасть шириной на финише 80 мм, а у комля 270 мм (сужение 3,4).

Лишняя ширина лопасти на финише ведет к лишней затрате мощности двигателя на преодоление турбулентного сопротивления профиля, исходя из этого выгодно максимально уменьшить смачиваемую поверхность участков, трудящихся на громадных скоростях.

Иначе, чтобы был запас подъемной силы на концевых участках лопасти при затяжелении НВ либо при переходе на авторотацию (самые вероятных неточностях пилотирования пилотом-любителем), нужно иметь лопасти пара шире расчетных. Мною принято сужение лопасти 2, корневая хорда — 220 мм, а концевая — 110 мм. Чтобы примирить вертолет с автожиром в одном аппарате, было нужно применить лопасти без крутки.

Сложнее с профилями. Концевая часть лопасти (R отн = 1 — 0,73) имеет профиль NACA 23012 с относительной толщиной 12%. На участке R отн = 0,73—0,5 — переходной профиль от NACA 23012 до NACA 8-Н-12, ‘ лишь без S-образного хвостика.

На участке R = 0,5—0,1 профиль NACA 8-Н-12 переменной относительной толщины: 12% на R отн = 0,5 и 15% на R = 0,3—0,1. Такая лопасть прекрасно тянет на всех режимах полета. На авторотации взята скорость понижения вертолета 2,5 м/с.

При опробовании была произведена посадка на авторотации без подрыва, торможение осуществлялось тангажом и вертикальная скорость была погашена до нуля, а пробег составил всего около трех метров. На сверхлегком вертолете при отказа двигателя трансмиссия РВ отсоединяется, поскольку для его привода требуется энергия, вырабатываемая авторотирующим НВ, что ухудшило бы авторотацию и увеличило скорость понижения.

Исходя из этого для РВ нет необходимости в симметричном профиле лопастей. оптимальнее подобрать плосковыпуклый типа R3. Для увеличения КПД нужно использовать крутку (8°).

Помимо этого, чтобы повысить эффективность винта форму лопасти в плане нужно иметь трапециевидную с сужением, равным 2, и коэффициентом заполнения ометаемого диска в пределах 0,08—0,06. Прекрасные результаты дает кроме этого профиль NACA 64А610-а-0,4 с относительной толщиной 12%.

Изготовить лопасти возможно с применением разных разработок. К примеру, из цельной сосновой доски. В качестве заготовок выбираются две доски из прямослойной, без сучков, сосны средней плотности, вырезанные так, дабы плотные слои были обращены к будущей передней кромке и шли под углом 45°. Доска профилируется по шаблону, уменьшенному на толщину оклейки стеклотканью и окраски (0,8—1,0 мм). По окончании чистовой обработки хвостовая часть подробности облегчается.

Для этого разметкой выделяются лонжеронная задняя кромка и часть. Лонжеронная часть у комля образовывает 45% хорды, а у концевой — 20%.

Потом сверлятся отверстия диаметром, равным расстоянию от задней кромки до лонжерона с шагом 40— 50 мм. По окончании чего отверстия заполняются жёстким пенопластом ПС либо ПХВ, шлифуются заподлицо и оклеиваются стеклотканью. Комлевая часть в большинстве случаев оклеивается в пара слоев, с плавным переходом на главное полотно.

Второй метод изготовления лопастей — из нескольких дрок. Заготовка выклеивается из трех-четырех дрок, каковые смогут быть цельными лентами либо склеенными из двух полос различной плотности. Лонжеронную часть дроки нужно изготавливать из березы либо лиственницы.

Сперва из двух реек склеивается заготовка дроки толщиной в три раза больше чистовой. Затем она разрезается на две и обрабатывается до нужной толщины.

Наряду с этим лонжеронная часть различных дрок лопасти делается различной ширины (на 10— 15 мм) для переплета. Возможно раздельно склеить лонжерон из 3—4 дрок, а хвостовую часть — из одной либо двух. По окончании профилирования в переднюю кромку нужно вклеить противофлаттерный груз на длине 0,35 R от финиша лопасти, поскольку фл

Самодельный вертолёт AW 95 — helicopter AW 95

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: