Подбор модели
Во-первых, сразу стоит отметить то, что построить самолет, как это делают другие мастера, не совсем реально. Все дело в том, что каждый человек имеет индивидуальный почерк пилотирования, из-за которого нельзя основываться на чужом опыте во время выбора модели. Во-вторых, многие начинающие конструкторы загораются желанием творить после того, как увидят в небе просто достаточно красивые и изящные модели. Основываться лишь на внешнем виде самолета — это крайне плохо. Основным критерием выбора модели должна быть цель его строительства и будущего использования, а не эстетическая составляющая.
Выбор правильной модели важен еще и потому, что использовать ее можно будет только для тех целей, для которых она предназначена. Допустим, построить самолет как средство для воздушного туризма — это одно. Но после его завершения и эксплуатации можно обнаружить, что человеку гораздо ближе обычный вылет на пикник куда-нибудь в горы, к примеру, а для этого потребуется уже совсем другая модель. Все это говорит о том, что прежде, чем перейти к какой-либо практической части, необходимо полностью обдумать и четко определить, для каких именно целей будет использоваться воздушное судно.
Естественно, что прежде чем перейти к строительству, необходимо провести еще несколько подготовительных работ. Нужно провести полный анализ конструкции будущего самолета. Если такую конструкцию кто-либо уже воплощал в жизнь, то стоит связаться с этим мастером и поинтересоваться успехами летательного аппарата. Также важно помнить, что если будет выбрана модель, в которой детали и узлы будут иметь устаревший тип, то приобрести их и организовать доставку при необходимости гораздо труднее и дороже. Детали для моделей, которые пользуются спросом в данное время, будут доступнее.
ЛЕТАЮЩИЙ ХЛАМ
А вот Андрей Саркисян из Пятигорска смог оторваться от земли на своем вертолете на полтора метра. Неважно, что этот аппарат приземлился на правый бок. Профессиональный певец и музыкант вечерами подрабатывает в местных ресторанах. Конструированием своеобразных летательных аппаратов увлекся восемь лет назад. За это время собрал четыре вертолета.
«Полетел только один, но потом мне пришлось продать его двигатель, потому что нужны были средства», — признается Андрей.
Двигатели от мотоциклов «Иж» и «Ява», крупные самодельные станки и станочки для резки металла и даже втулка от хвостового винта Ми-2 – в общем, грудой металла, железа пластика и непонятным обывателям материалом забиты двор, гараж и подвал мастера.
Ради того, чтобы летать на аппаратах собственной конструкции, Саркисян пытается получить удостоверение пилота.
Затраты времени
Как построить самолет? Переходя к практической части данного вопроса, очень важно отметить, что этот процесс очень длительный. Потребуется огромное количество времени и сил, а потому необходимо быть уверенным в том, что эти две составляющие имеются в избытке прежде, чем приступать к покупке деталей и прочего.
Специалисты рекомендуют разбивать такое трудоемкое занятие, как строительство самолета, на большое количество мелких задач. В таком случае будет виден постоянный прогресс в изготовлении. Работа над каждой задачей будет требовать гораздо больше времени, а каждое успешное завершение работы будет означать приближение основной цели. Если не разбивать данную объемную задачу на мелкие части, то в какой-то момент может показаться, что произошел застой, прогресс остановился. Из-за этого многие люди также отказываться от идеи собрать самолет своими руками.
Если же процесс был правильно разбит на части, то в неделю придется выделять от 15 до 20 часов на выполнение поставленных задач. При таких затратах времени удастся построить воздушное судное за приемлемый срок. Если же тратить меньшее количество времени в неделю, то процесс может затянуться на огромный промежуток времени.
Как построить свой самолет со своим двигателем на сверхпроводниках и жидким азотом
Подсказка: сделать все маленьким.
Вступление
Всем привет. По образованию я инженер по эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей, но в данной статье я опишу как сделал небольшой электродвигатель на сверх проводниках, и поэтому мое вступление прошу принять как оправдание тому, что в разработке и изготовлении электродвигателей, я не обладаю достаточной компетенцией и опытом, но все-же я его сделал. А посему, уважаемые эксперты, специалисты, профессионалы и аналитики прошу сделайте поблажки для дилетанта, а всю критику и доказательства вашей правоты прошу предоставить в виде решений, изготовленных собственными руками.
Начало
Так получилось, что весной 2022 я начал работать инженером в компании СуперОкс. Я принимал участие в разработке электродвигателя на сверхпроводниках (Фото). Работа по началу была интересная и иногда пыльная в перемешку со стружкой из различных материалов. Столько проблем удалось решить :). Спустя полгода я понял, что путь до полноценного самолета с двигателем на сверхпроводниках будет долгим и сложным. Тогда родилась идея сделать свой двигатель, поставить его на маленький беспилотник или радиоуправляемый самолет и совершить хотя бы один полет.
Для справки. Когда я только узнал об этой компании, то я знал что такое сверхпроводник, но не предполагал, что производство такого продукта существует в РФ. Реально было приятно, что такие производства существуют и развиваются.
В процессе работы и общения с коллегами узнавал всякие тонкости и особенности применения сверхпроводников. По мере приобретения знаний менялась и адаптировалась конструкция двигателя.
Где-то в январе 2022 года появилось чувство, что если ничего не начать делать, то момент может быть упущен навсегда (пока семь раз отмеришь, другие уже давно отрежут). На этот момент я считал, что накопил достаточное количество знаний для реализации всего проекта и начал параллельно с основной работой заниматься своим двигателем.
Изначально идея была разработать двигатель на базе какого-либо доступного бесколлекторного электродвигателя для радиомоделей, с внешним ротором на постоянных магнитах (аутранер).
Пример бесколлекторного двигателя, который можно найти во многих радиоуправляемых моделях.
Но на этом пути были такие явные сложности как:
- трудоемкость намотки обмоток на статор. (Дело в том, что провод из сверхпроводника представляет собой металлическую ленту с несколькими слоями напыления. Сам по себе сверхпроводник — это тонкий слой керамики. Если ленту сильно гнуть, то можно повредить слой сверхпроводника (
); - статорное железо (магнитопровод) будет в жидком азоте. На его охлаждение требуется потратить дополнительный объем азота. Также статорное железо при работе электродвигателя будет греться и поэтому азот будет испаряться интенсивнее;
- сложность вывода вала воздушного винта. Нужно обеспечить теплоизоляцию между ротором и криостатором. Так же необходимо защитить полость ротора от намерзания льда и конденсации кислорода;
- сложность при коммутации обмоток. Лента проводника тонкая и гнется с некоторыми ограничениями, паять 24 контакта, пытаясь уложить в малый объем, должно быть сложно.
Схема электродвигателя вертикальной компоновки и внешним ротором.
Было непонятно как изолировать термостат, как избежать намерзания влаги на выходной вал и подшипники, и как выводить вал воздушного винта.
Дальнейшие размышления были о возможности перейти к бесщеточным электродвигателям с внутренним ротором на постоянных магнитах (инранер). Эта идея выглядела более привлекательнее. Важное изменение — это решение продувать испаряющимся азотом полость ротора. Благодаря этому при постоянном потоке испаряющегося азота внутрь не должен проникать воздух вместе с влагой и кислородом. и поэтому не должны замерзать подшипники. Если бы внутрь начал проникать воздух, то влага из него стала бы конденсироваться на поверхности внутренней части корпуса ротора. Образовавшийся лёд мог легко прихватить как подшипники, так и сам ротор к внутренней стенке. Но не меньшую опасность мог представлять кислород. Дело в том, что он конденсируется при температуре порядка -183 градусов Цельсия (для сравнения азот кипит при -196,5 градусах Цельсия). Это приводит к более интенсивному испарению азота при поглощении энергии конденсации кислорода и его охлаждении, через тонкую стенку. И сам факт наличия жидкости в полости, где должен вращаться ротор, отрицательно влияет на работоспособность двигателя.
Схема электродвигателя вертикальной компоновки с внутренним ротором
У этой конструкции плюсов было больше чем у предыдущего решения. Однако наличие магнитопровода статора также грозило существенным увеличением трудоемкости. Самый простой выход из этой ситуации это избавиться от магнитопровода. Так пришла идея сделать двигатель без магнитопровода статора (статорного железа).
Но ещё оставался вопрос как увеличить взаимодействие магнитного потока между катушками статора и постоянными магнитами ротора. Магнитопровод нужен для того чтобы передавать магнитный поток, но если катушку поднести максимально близко к магниту (ещё лучше чтобы магнит находился внутри катушки), то возможно, это позволит компенсировать отсутствие магнитопровода.
И тогда постепенно выкристализовалась идея конструкции с шестью распределенными катушками через один полюс и ротором с двумя полюсами.
План «А»
На виде сверху это выглядело так:
Схема электродвигателя с шестью катушками и двухполюсным ротором.
Далее я начал прорисовку идеи в 3d-cad T-Flex. К этому времени удалось раздобыть несколько постоянных магнитов, геометрия которых определила габариты ротора и, как следствие габариты всего двигателя в последующем.
Так появилась примерно такая конструкция:
Первый разработанный вариант магнитной системы с катушками из сверхпроводника.
Пришлось потратить кучу времени на разработку рамки для катушки. Основная проблема заключалась в том, лента ВТСП фактически гнется только в одной плоскости, но допускает некоторое кручение. Сочетание этих двух факторов ограничивают траекторию по которой эта лента может быть уложена. Но в конце концов удалось начертить и напечатать на 3д принтере первый прототип рамки, на который удалось успешно закрепить ленту сверхпроводника.
Первая напечатанная рамка для намотки ленты из сверхпроводника
Помимо рамки также был напечатан корпус ротора, для размещения магнитов, опоры и цилиндр внутренней трубы. Добыты подшипники и ось ротора.
Для отладки двигателя, на рамки вместо ленты ВТСП была намотана обмоточная медная проволока. На каждую рамку уместилось 4 витка (по рекомендации человека, который занимался расчетами двигателя, необходимо было 5 витков).
Медный аналог двигателя для проверки работоспособности двигателя.
Все было собрано, спаяно и подключено к регулятору скорости ESC Castle Talon 90.
Первая попытка запуска медного аналога показала очевидное — низкий крутящий момент. В первоначальный момент контроллер начинает принудительно вращать ротор без обратной связи. После того как начинает работать обратная связь, контроллер может нормально управлять двигателем. Но из-за отсутствия магнитопровода обратная связь по обратной ЭДС была затруднена, а низкий крутящий момент и момент инерции ротора приводили к тому, что ротор не успевал раскручиваться и совершал колебательные повороты около некоторого равновесного положения.
Но после принудительной раскрутки ротора двигатель запустился. И начал вращаться так лихо, что у меня возникло опасение, что напечатанный ротор разлетится на сегменты и магниты как шрапнель полетят в стороны. Тогда удалось намерять 14 тыс.об./мин и замечена ещё одна особенность: на больших оборотах момент был больше чем на малых. В следующем эксперименте я поднял входное напряжение с 12 В до 24 В и тогда двигатель начал самостоятельно запускаться.
Этот предварительный успех окрылил меня. Полагая, что при больших токах и оборотах порядка 10 тыс. об/мин, мощности двигателя будет достаточно для вращения воздушного винта небольшого диаметра и малого шага, я решил сделать двигатель горизонтальной компоновки, с прямым приводом на воздушный винт.
Но предстоял ещё один неприятный момент. Дело в том, что в вертикальной компоновке катушки должны были быть в термозащитном контейнере (термокружка из икеи? :)), а в центре должен находится тонкостенный цилиндр из пластика. Сверху должна быть крышка которая направляет испаряющийся азот в цилиндрическую полость ротора откуда выбрасывается в атмосферу. Этот газообразный азот, при своем истечении, не дает проникать в полость ротора атмосферному воздуху. Решение этой проблемы нашлось довольно изящное на мой взгляд. В верхней части сосуда где размещается азот была спроектирована трубка с отверстиями. Эта трубка отводила испарения азота вниз, вдоль передней стенки двигателя (двигатель с толкающим винтом) и выходила в районе передней опоры. Далее газообразный азот проходил через передний подшипник, в зазор между ротором и статором и выходил через задний подшипник.
Разрез двигателя в вертикальной плоскости. Стрелками показано направление движения газообразного азота. (Термоизоляция корпуса не показана)
Итоговый рецепт получился такой: корпус статора представлял собой емкость с центральной трубой для размещения ротора с опорами. Вокруг центральной трубы были размещены шесть катушек. Катушки у задней стенки коммутировались между собой и тремя токовыводами, к которым подсоединялись клеммы медных проводов. Там же на задней стенке крепилась горловина заправки азотом с крышкой. Для удобства заливки жидкого азота крышка заливной горловины заменялась на воронку.
Ротор состоял из вала 8 мм из нержавеющей стали (вал от сломанного струйного принтера), на который был напрессован пластиковый корпус ротора, напечатанный на 3Д-принтере, с запрессованными в него магнитами. На конце вала крепилась цапфа воздушного винта.
Передняя опора ротора была напечатана из PLA-пластика на 3д принтере и в неё вставлялся керамический подшипник. Задняя опора также напечатана 3Д принтере и также с подшипником.
Комплект рамок с намотаным сверхпроводником и латунные токовыводы токарно-ручной работы.
Все было напечатано, склеено на суперклей, спаяно, собрано, замотано в криогель, красивый блестящий скотч и размещено на стенд.
Двигатель в сборе и готовый к первым испытаниям с заморозками
Первые запуски показали несовершенство конструкции. В принципе двигатель начинал вращаться, но из-за температурных деформаций клинили подшипники и ротор останавливался. А учитывая низкий крутящий момент двигателя, запустить его спустя 5 минут после заливки азотом не представлялось возможным. В какой-то момент показалось что двигатель все же начал крутиться, но вал оставался неподвижным. Как оказалось, из-за низкой температуры сжался пластиковый корпус ротора и, как следствие он развалился в тонких местах.
Корпус ротора в развале 
Корпус ротора был напечатан заново. После установки корпуса ротора на вал и запрессовки магнитов, корпус был обклеен стеклонитью на циакрине.
Далее была борьба с опорами и подшипниками, чтобы они не клинили сразу (это ещё половина недели исследований, доработок и испытаний). В итоге, с новым корпусом ротора и новыми опорами, двигатель начал стабильно запускаться и мог продолжительное время выдавать тягу достаточную для полета самолета массой примерно 3 кг (время непрерывной работы около 1 мин).
Было решено ставить на самолет и лететь.
На тот момент у меня был пустой планер китайского самолета Hunter с размахом крыла 1.8 м. Я его немного адаптировал для установки двигателя. В частности задняя часть фюзеляжа была обрезана до точек крепления крыла для того чтобы сместить двигатель вперед и тем самым легче сбалансировать самолет.
Ещё решил не заморачиваться с автопилотом, а ставить радиоуправление. Итоговый вес самолета оказался в районе 3,6 кг.
У меня уже был опыт использования аппарата такой массы и на обычном бесколлекторном электрическом двигателе с резиновой катапультой этот самолет взлетал и летал продолжительное время и поэтому я решил что полет возможен (
).
Договорился с пилотом, выехал в поле и в итоге полет не получился.
Этому провалу сопутствовало несколько факторов:
- Большой вес самолета при низкой мощности двигателя. Резино-катапульта разогнала самолет до начальной скорости, но низкая мощность двигателя и резкий набор высоты сразу после взлета привел к снижению скорости и, как следствие к сваливанию и падению самолета.
- Некачественная аэродинамика. Стандартный фюзеляж планера был весьма «пухлый». Также аэродинамичности не прибавляет торчащий кусок силового шпангоута, к которому крепился двигатель, и две вертикальные плоскости в задней части фюзеляжа образованные срезом фюзеляжа и задней стенкой двигателя.
- Есть ещё один фактор который по своему мог влиять на работу двигателя. Дело в том, что с наружи двигатель был покрыт алюминиевой лентой на самоклеящейся основе. А учитывая небольшое расстояние между ротором и стенкой переменные магнитные поля при вращении ротора создают противо ЭДС в тонком слое фольги. И при увеличении оборотов этот эффект только усиливается (демонстрация данного эффекта на примере колебания постоянного магнита над алюминиевой плитой).
Решения были следующие:
Чтобы снизить массу самолета, все детали были взвешены, измерены и создана весовая модель самолета. В итоге было решено переставить двигатель ещё ближе к передней части самолета. Убрать две АКБ общей массой 1000 г. Вместо неё будет установлена одна батарея массой примерно 300 г. Для соблюдения балансировки батарею должна быть выдвинута ещё вперед на 150 мм и для этого требовался новый фюзеляж.
Весовая модель самолета. Сверху старая модель, снизу модель с новым фюзеляжем и новой АКБ
Новый фюзеляж также должен улучшить аэродинамику самолета.
Потратив ещё несколько дней. Фюзеляж был спроектирован, вырезан на станке ЧПУ. Обклеен стеклотканью и покрашен.
Изготовление нового планера на фрезерном станке с ЧПУ
Примерка нового фюзеляжа.
Предварительная сборка самолета
Алюминиевый скотч с поверхности двигателя был удален.
Помимо фюзеляжа были вырезаны силовые шпангоуты для усиления и подставка под самолет с новым фюзеляжем.
Подставка под самолет
Все было собрано и снова готово к полету.
В поле, перед самым взлетом произошел отказ двигателя. После нескольких попыток запустить двигатель я прозвонил обмотки двигателя и выявил обрыв одной фазы.
Печаль.
После разбора двигателя выяснилось, что во внутренней трубе напечатанной из пластика появилась трещина. В результате уровень азота был намного ниже необходимого и верхние проводники не охлаждались. Как результат, при подаче большого тока, самый верхний проводник, идущий к токовыводу, перегорел.
Но самое важно что корпус из напечатанного пластика уже не подлежал восстановлению.
На этот момент доступа к 3Д принтеру у меня не было, но был фрезерный станок ЧПУ. И так настала очередь плана Б.
План «Б»
Было решено сделать корпус двигателя из пеноплекса на фрезерном станке с ЧПУ. В двигателе, напечатанном на 3Д принтере, пластик выступал как прочная оболочка, обеспечивающая прочность и герметичность емкости, а поверхность теплоизолировалась криогелем толщиной 5 мм.
В новой конструкции внешний корпус статора изготовлен из пеноплекса. Он же должен обеспечивать герметичность,теплоизоляцию и частичную прочность (прямо-таки ТРИЗ). Для повышения прочности корпуса, снаружи пеноплекс обклеивался стеклотканью на эпоксидной смоле. В передней части двигателя также крепился силовой шпангоут из 2 мм стеклотекстолита. Внутри проходила труба для ротора и в верхней части емкости трубка для отвода газообразного азота. Обе трубки изготовлены из стеклоткани на эпоксидной смоле ЭТАЛ-Карбон Light.
Также заливная горловина была перенесена на боковую поверхность, так как при расположении на задней стенке, воронка для заливки мешала вращению воздушного винта и после заливки, перед запуском, приходилось её снимать. Это не принципиально при полетах, но при отработке и испытаниях постоянно менять воронку на крышку и обратно неудобно.
Разрез двигателя с корпусом из пеноплекса
Переднюю опору пришлось доработать, так как в новой конструкции она вставлялась со стороны винта.
Криостат с корпусом из пеноплекса в процессе изготовления.
Полученная конструкция была собрана и готова к проверке.
В этот раз я решил сделать предварительное опробование на стенде без выезда в поле. И в процессе проверок двигатель сгорел опять.
Снова печаль.
Катушка перегорела полностью.
Спустя два дня, моря разочарования, литра пива и 4 литров отборного чая решил предпринять последнюю попытку создать двигатель на сверх проводниках. Настала очередь плана В.
План «В»
Доработанная конструкция двигателя
У меня оставался второй комплект катушек намотанный на рамки. Также было ещё несколько рамок, из которых восстановил медный аналог.
За неделю восстановлен медный аналог для предварительной проверки, отработки и настроек контроллера.
Двигатель ВТСП, который я до этого собирал и испытывал, обозначен как №1. Он был разобран на отдельные элементы. Перегоревшие две катушки были заменены. Обмотки были заново скоммутированы. Была внедрена новая конструкция токовыводов.
Статоры в процессе изготовления. По порядку слева медный аналог, по центру новые катушки статора для двигателя №2, справа восстановленные катушки для двигателя №1
Готовый статор для двигателя №2. Немного видная конструкция токовыводов.
Для медного аналога были выпилены стенки спереди и сзади, чтобы двигатель можно было крепить аналогично криогенному. Два криогенных двигателя собирались параллельно с таким расчетом, чтобы большую часть настроек и испытаний сделать на №1, а окончательную настройку и полет выполнить на №2.
Обклеивание криостатов стеклотканью с эпоксидной смолой
Ротор для всех трех двигателей был один.
Готовые статоры всех двигателей и единый ротор для них.
Также на станке ЧПУ сделал простой стенд для измерения тяги и проверил его работу на обычном бесколлекторном электродвигателе.
Стенд для проверки двигателя и отработки параметров электронного контроллера управления частотой вращения двигателя.
После склейки и сборки ещё два дня занимался настройкой различных контроллеров. Довольно неплохо подходил контроллер Marcus SL110, но после нескольких испытаний все же он сгорел. Есть особенность таких контроллеров. При запуске двигателя они могут давать длительные серии импульсов. При запуске обычного медного бесколлекторного двигателя, ток ограничен сопротивлением подводящих проводов и обмоток, но в случает с двигателем ВТСП, ток ограничивается сопротивлением одних подводящих проводов. По этой причине предположительно и сгорел данный контроллер.
В итоге трех дней настроек удалось получить рабочую схему из батареи литий-полимерных аккумуляторов напряжением 24 В и ёмкостью 3.5 А*ч, контроллера Castle Fenix Edge Lite, и двигателя на сверхпроводниках №2.
Все было проверено на стенде со штатной батарей и приемником радиоуправления, установлено на самолет и проверено ещё раз в сборе.
Испарения азота истекающие из-под задней опоры двигателя.
Итак настал май.
2 мая я с готовым самолетом, жидким азотом и другой сопутствующей «хурмой» выехал на летное поле. Сам я рулить радиоуправляемым самолетом умею плохо, поэтому пришлось уговаривать местных пилотов. На мои просьбы отозвался Василий, хотя и предупредил, что возможно самолет разобьется. Но по сути, разбить самолет у меня было намного больше шансов.
Самолет с электродвигателем на сверхпроводниках готовый к полетам.
И первый полет закончился аварийной посадкой.
Быстрый осмотр показал, что внешне все целое и было принято решение сделать вторую попытку, но на меньшей мощности.
Перед второй попыткой мы провели небольшую проверку как работает двигатель на некоторых режимах и после определения решили взлетать.
На это раз полет оказался успешным.
На волне этого успеха хотели совершить ещё один полет, но видать подшипники снова начали подклинивать и двигатель не выдавал необходимой мощности, а в некоторые моменты он останавливался. И так мы решили, что одного полета хватит и можно заканчивать эту эпопею.
Самолет взлетел, совершил короткий полет и пусть он был недолгим, но тем не менее я считаю его можно рассматривать как первый полет летательного аппарата с тягой от силовой установки на сверхпроводниках.
Что дальше? Можно улучшить конструкцию ротора для увеличения крутящего момента. Есть идея, как сделать опоры в которых не будут замерзать и клинить подшипники. Сделать безрамочные катушки для улучшения охлаждения. Все это приведет к увеличению надежности, мощности и времени работы двигателя. А после этого прикрепить шасси, поставить на него автопилот, для сбора информации об эффективности двигателя и сделать ещё несколько полетов…, но это уже будет второй или очередной полет — первый полет уже состоялся.
Для этого проекта продолжения не будет. Основная задача была сделать хотя бы один полет (см. начало статьи) и эта задача выполнена.
П.С. Хочу выразить благодарность сотрудникам за помощь, консультации и поддержку, а также за то что не пытались ограничить моё творческое безумие. Успехов Вам, и хорошего финансирования, на вашем долгом пути внедрения ВТСП в повседневную жизнь. Отдельная благодарность г.Ижевск за предоставленный планер. Также спасибо за консультации по эпоксидной смоле для жидкого азота.
И главная благодарность пилоту Василию, за то что не побоялся взять на себя ответственность за первый полет летательного аппарата с моим электрическим двигателем на сверхпроводниках и жидким азотом.
П.П.С. 3D модель двигателя для скачивания: Модели для скачивания
Место для работы
Естественно, что для такой работы необходимо иметь подходящее место. Однако стоит отметить, что размер в данном случае не имеет решающего значения.
Легкий одномоторный самолет, к примеру, может быть построен в подвале, трейлере, морском контейнере и т.д. Отличным местом будет двухместный гараж. Во многих случаях хватает даже одноместного гаража, но это при условии, что предполагается отдельное место, где можно будет хранить готовые узлы самолета такие, как крылья и другие детали. При рассмотрении вопроса о том, как самому построить самолет, многие полагают, что подходящим местом является лишь городской ангар, к примеру. На самом же деле это далеко не так. Во-первых, мало кто живет достаточно близко к такой постройке. Во-вторых, самолетные ангары — это такие места, в которых часто не хватает света. В летний период в таких постройках гораздо жарче, чем даже на улице, а в зимний период, наоборот, холоднее, чем на улице.
Еще одно важное замечание специалистов и просто тех, кто уже занимался вопросом, как сделать летающий самолет, — это обустройство рабочего места. Рекомендуется потратиться на покупку всех необходимых вещей, которые сделают работу более удобной и комфортной. Можно озаботиться простой системой климат-контроля, обзавестись рабочим местом, которое будет подходить по росту, уложить резиновые ковры на пол и т.д. Важную роль играет качественное полное освещение всего рабочего места. На все это придется потратить некоторое количество материальных средств, но при работе над таким серьезным проектом они окупят себя с лихвой. Другими словами, можно сказать, что все необходимое должно быть всегда под рукой, тогда строительство будет проходить гораздо легче.
Лидер дальности полета
Как сделать самолётик из бумаги, чтобы он выглядел круто и при этом ещё быстро и далеко летал? На первый взгляд задача кажется не из лёгких. Но попробуйте запустить эту модель из окна в джунгли ближайшего парка. Только имейте в виду, что вы можете больше не увидеть его. Также этот самолет отлично поместится в любом кармане!
- Шаг 1: Возьмите обычный лист бумаги. Всё, что вам нужно, это бумага, ни скотч, ни ножниц, ни скрепки, только бумага!
- Шаг 2: Начните складывать! Вам нужно будет сделать самые точные сгибы, чтобы получить лучший самолёт. Сначала сложите бумагу в треугольник и проделайте то же самое с другой стороной. Теперь вам нужно сложить стороны, заверните всю плоскость пополам. Не разворачивайте его и не складывайте верх так, чтобы складка в центре полностью перекрывала другую. После этого согните обе стороны так, чтобы углы соприкасались друг с другом, затем разверните их. Сложите нижнюю часть так, чтобы она складывалась прямо по складкам по бокам. Теперь согните эти стороны, чтобы они идеально совпадали с боковой стороной плоскости.
- Шаг 3: Оперение. Теперь сгибайте крылья по линии, проходящей через низ плоскости.
- Шаг 4: Готов к полёту. Далее держите модель ближе к центру, немного согните крылья и со средней силой подбросьте немного вверх и наблюдайте, как он улетает в сторону горизонта.
Соблюдая эту пошаговую инструкцию, вы получите самолёт, который удивит вас своей дальностью полёта.
Затраты денежных средств
Сколько стоит построить самолет? Естественно, что после установки цели, принятия решения о модели самолета, после подбора места и распределения времени, следующий вопрос заключается именно в финансовой части проекта.
Дать однозначный ответ на вопрос о стоимости самолета не получится, так как все модели разные, а значит и материалы, и качество, и количество сильно отличается. Можно лишь сказать, что в среднем тратится от $50 000 до $65 000 (около 3-4 млн руб.). Однако реальная сумма может быть как значительно выше, так и значительно ниже. Строим самолет — это достаточно простая фраза, которая требует серьезного подхода не только к практической части, но и к финансовой. Проще всего будет рассматривать данное действо, как выплату кредита. Другими словами, необходимо заранее оценить общую стоимость проекта, разбить ее на части, после чего можно будет тратить запланированную сумму денег каждый месяц на покупку необходимых деталей, инструментов и т.д.
Еще один важный фактор — это понимание того, что не обязательно устанавливать на самолет то, что не понадобится для полета. Самый простой пример — фонари для полета ночью. Если такие прогулки не намечаются, то и освещение нет смысла покупать. То есть правильно поставленные цели помогут сэкономить и значительное количество денежных средств. Можно сэкономить на установке приборов, если таковые не понадобятся для полета. Строительство самолетов требует обязательной установки винта. Существуют модели постоянного шага и постоянной скорости. Первая модель стоит примерно в три раза меньше, чем вторая, но при этом не так уж и сильно проигрывает винту постоянной скорости в экономичности полета.
Самолеты из бумажных цилиндров
Поразите воображение вашего ребенка с этим самолётом, сделанным из переработанных материалов и ненужных остатков.
Что вам понадобится:
- 2 картонных рулона от бумажных полотенец
- небольшой кусок плотной бумаги или пенопласта
- клей
- ножницы
- краска и кисть
- наклейки
Получение знаний
Построить самолет своими руками — это трудоемкое и длительное занятие, однако оно вовсе не такое трудное, как кажется на первый взгляд. Многие начинающие мастера, которые хотели бы попробовать своим силы, думают о том, что они не умеют красить, клепать и варить. На самом же деле обучиться всем этим навыкам достаточно просто, потребуется лишь немного времени.
Здесь важно рассматривать задачу в таком ключе. Домашний самолет, своими руками построенный, — это механическое устройство с минимальным набором электрики, а также полным отсутствием сложных гидравлических частей. Все это можно изучить и собрать самостоятельно.
К примеру, какой двигатель на самолете? Самый стандартный двигатель для воздушного судна состоит из таких же конструкционных частей, как мотоциклетный или лодочный. Это наиболее простые и стандартные модели, которые отлично подойдут для строительства первого самодельного летательного аппарата. Далее следует практическая часть сборки. Клепка — это достаточно простой процесс, который можно освоить буквально за один день. Что касается работы со сварочным аппаратом, то здесь также все просто, придется лишь потратить больше времени на обучение, чтобы сварочные швы имели хорошие показатели и были достаточно ровными. Что касается каких-либо работ с древесиной, то она применяется в обычной жизни достаточно часто, а потому техника ее обработки, а также инструменты для выполнения всех необходимых операций не составляют труда в освоении и приобретении.
Распространенные образцы
Один из наиболее распространенных чертежей самолетов — это одноместный легкий подкосный моноплан с высокорасположенным крылом и тянущим воздушным винтом. Данная модель самодельного летательного аппарата впервые стала появляться еще в 1920 году. С тех пор схема, конструкция и прочее практически не изменились. Готовый же образец сегодня считается одним из наиболее испытанных, надежных и конструктивно отработанных. Именно из-за всех этих преимуществ, а также из-за простоты чертежей самолета он является почти идеальным вариантом для строительства своими руками, особенно начинающим мастером. За длительный период эксплуатации и сборки таких воздушных судов они приобрели характерные черты. Их отличают такие конструктивные признаки, как деревянное двухлонжеронное крыло, фюзеляж самолета стальной сварного типа, обшивка из полотна, шасси пирамидального типа, кабина закрытого типа с автомобильной дверью.
Далее стоит отметить, что есть небольшая разновидность данного типа самолета, которая использовалась в 1920-1930-е годы. Разновидность летательного аппарата называлась «парасоль». Данная модель была высокопланом, у которой было крыло, закрепленное на стойках и подкосах над фюзеляжем самолета. Такая разновидность высокоплана встречается и в нынешнем любительском самолетостроении. Однако если сравнивать с обычной стандартной моделью, «парасоль» используется куда реже, так как с конструктивной точки зрения изготовить такой аппарат куда сложнее, а по своим аэродинамическим характеристикам он уступает стандартному самолету. Кроме того, в плане эксплуатации они также хуже, а доступ в кабину такого агрегата достаточно сильно затруднен, что ведет к затруднительному использованию аварийного способа покидания кабины.
Детали простых самолетов
Стоит рассмотреть некоторые конструктивные особенности данных моделей.
Обычный высокоплан с названием «Ленинградец» имеет следующие показатели.
Двигатель для такого легкого одноместного самолета имеет мощность в 50 л.с., а модель называется «Цюндапп». Площадь крыла у готовой модели должна быть равна 9,43 м2. Взлетная масса не должна превышать 380 кг. Это очень важно, особенно при выборе кресла пилота. Масса пустого аппарата обычно составляет примерно 260 кг. Максимальная скорость, которую может развить воздушное судно, 150 км/ч, а скороподъемность у земли равна 2,6 м/с. Максимальная продолжительность полета составляет 8 часов.
Для сравнения, стоит рассмотреть «парасоли». В данном случае будет представлен разбор модели с названием «Малыш».
Двигатель устанавливается модели ЛК-2, мощность которого 30 л.с., что уже делает его менее мощным, чем стандартная модель. Площадь крыла также уменьшается до 7,8 м2. Взлетная масса данного летательного аппарата составляет всего 220 кг, что включает кресло пилота и самого пилота, вес силовой установки, фюзеляжа и других конструктивных элементов. Несмотря на то, что взлетная масса существенно меньше, чем у «Ленинградца», максимальная скорость составляет всего 130 км/ч.
Изготовление моделей самолетов
Среди основных преимуществ таких моделей сильно выделяется то, что управлять самолетом, как это делают уже опытные летчики, не составляет труда, так как само управление достаточно простое. Это особенно заметно в тех случаях, если удельная нагрузка на крыло не превышает 30-40 кг/м2. Кроме того, высокопланы отличаются тем, что у них прекрасные взлетно-посадочные характеристики, они устойчивы. Кроме того, кабина спроектирована таким образом, что она создает оптимальный обзор того, что происходит внизу. Другими словами, более оптимальной модели для самостоятельного строительства просто не найти.
Следует более подробно рассмотреть одну из наиболее удачных моделей — высокоплан, который был спроектирован В. Фроловым.
Крыло для такого самолета было изготовлено из таких материалов, как сосна и фанера, фюзеляж для самолета был выполнен из стальных труб, которые были соединены при помощи сварки. Все конструктивные элементы самолета были изготовлены полностью обтянуты полотном с использованием классической технологии в авиастроении. Колеса для шасси были подобраны достаточно большие. Сделано это было для того, чтобы можно было без проблем взлетать с грунтовых и неподготовленных площадок. В качестве силового агрегата, то есть двигателя, использовался 32-сильный двигатель на базе МТ-8.Он был снабжен такими элементами, как редуктор и воздушный винт большого диаметра. Взлетная масса самолета при такой конструкции и двигателе составила 270 кг, полетная центровка 30% САХ. При всех этих показателях удельная нагрузка на крыло составляла 28 кг/м2. Ранее уже говорилось, что управлять самолетом, как опытные летчики значительно проще, если нагрузка не будет превышать 30-40 кг/м2. Максимальная скорость летательного аппарата составила 130 км/ч, а его посадочная 50 км/ч.
Модель самолета ПМК-3
В подмосковном городе Жуковске был создан самолет ПМК-3, который сейчас также можно собрать самостоятельно. Воздушное судно отличалось от обычных тем, что имело своеобразное строение носовой части фюзеляжа, а также достаточно низкое шасси. Проектировалась данная модель самолета по схеме подкосного высокоплана с кабиной закрытого типа. С левой стороны от фюзеляжа предусматривался вход для пилота. Для того чтобы достичь нужной центровки, приходилось смешать левое крыло несколько назад. Это очень важно помнить при сборке такой модели своими руками. Общая конструкция самолета — цельнодеревянная, обтянутая полотном. Тип крыла — однолонжеронное, с сосновыми полками.
Основу фюзеляжа для этой модели составляли три лонжерона. Из-за такой конструкции готовый фюзеляж имел треугольное поперечное сечение. В качестве основного силового агрегата был выбран двигатель мощностью 30 л.с. Тип же двигателя — это подвесной лодочный мотор типа «Вихрь», который имеет жидкостное охлаждение. При правильной конструкции самолета радиатор будет немного выступать из правого борта фюзеляжа.
Стоит сказать немного и о том, что строить самолеты с толкающим типом винта можно, но при этом очень важно помнить, что при этом будет теряться сила тяги аппарата, а также подъемная сила крыла. Из-за этих двух особенностей важно рассматривать целесообразность установки такого винта в каждом отдельном случае, основываясь на цели, которую преследует мастер при создании самолета. Однако справедливо будет сказать, что были изобретатели, которые при самостоятельном строительстве самолета с таким винтом, творчески подходя к решению данной задачи, смогли устранить такие недостатки и эксплуатировать воздушное судно без них.
«КИТ-набор»
Как сделать самолет легко? Данный вопрос в последнее время становится все более уместным. Вообще стоит отметить, что рост числа людей, которые хотят построить воздушное судно своими руками, обеспечивается за счет распространения «КИТ-наборов». Это набор, в который входят все необходимые детали для сборки летательного аппарата выбранной модели. В данном случае приложить руки для сборки все же придется, однако такой набор помогает пропустить стадию выбора элементов, подгонки по размеру и т.д. С такими наборами сборка самолета превращается в подобие сборки конструктора.
Еще одно преимущество «КИТ-набора» заключается в том, что это будет дешевле, чем собирать все элементы с нуля. Сегодня есть три способа обзавестись собственным агрегатом для полетов. Первый — это покупка уже готового изделия, второй — это «КИТ-набор», а третий — это сборка с нуля. Приобретение набора в таком случае является средним вариантом по цене. Если же говорить о сложности, то собрать самолет из уже готовых и подогнанных деталей гораздо проще, чем с нуля самому.
Если подводить итог, то можно сказать следующее. Во-первых, строительство самолета в настоящее время своими руками — это вполне реально занятие, однако оно требует большого количества времени и средств. Если нет навыков сварки и клепки, то ими также придется овладеть для успешного завершения работы. Чтобы успешно собрать самолет, необходимо обязательно иметь в наличии чертежи, а также схему сборки, в которой будет наглядно представлен каждый этап. Если всем этим заниматься не хочется, то можно приобрести «КИТ-набор», который упростит задачу и сведет ее к сборке своеобразного конструктора.
Из пластика
Бутылки являются доступным материалом, который всегда есть в доме. Понадобится еще три крышки, одна для носа машины и две для шасси. Поделка самолет из бутылки порадует мальчика. Оригинальное изделие можно подарить дедушке или папе на любой праздник.
Сосуд из пластика оклеивают газетой с помощью ПВА клея. Вырезают из картона крылья, хвост и винт. Все они оклеиваются бумагой. Их необходимо хорошо высушить.
Для шасси подойдет пластиковая трубочка от шарика. К ней крепят крышки клеевым пистолетом. Затем с основой соединяют крылья и хвост. После поделку нужно разукрасить и вскрыть лаком.
