Фанфлай схемы "Тандем"

Я отношусь к той категории моделистов, которым интересно самим сконструировать и построить самолет, а потом получать удовольствие от управления им. Но главное удовольствие - от результата творческого поиска.

Отлетав несколько сезонов на самодельном Diamant-е с OS MAX 50, стало немного скучно. Было понятно, что может самолет, и что могу я. Конечно, можно было заняться оттачиванием навыков 3D пилотажа, но душа просила чего-то необычного. Хотелось построить самолет, которого нет ни у кого, и который обладал бы уникальными, присущими только ему,  пилотажными возможностями.

Попытка 1

Посмотрел, как летают радио бойцовки, появилась идея построить  фанфлай типа "летающее крыло". Сказано-сделано. Начерчен чертеж, проработана компоновка, и вот самолет готов.

• Размах: 1450 мм
• Длинна: 1000 мм
• Вес: 2000 г
• Двигатель: OS MAX 50

Выезжаю на поле и понимаю, что ничего интересного я не построил. Да, летит, да, крутит какие-то фигуры. Но ничего интересного, все как обычно, даже немного скучно.

Проанализировав ситуацию, понимаю, что так и должно было быть… Классическая схема и схема "летающее крыло" отработаны до мелочей, и ничего нового предложить не могут. Начался творческий застой…

Находясь в кризисе, листаю старые журналы и натыкаюсь на модель схемы "Утка". Это уже становится интересно.

Идея

Схема утка обладает одной интересной особенностью. Рулевые поверхности расположены перед и за центром тяжести. Соответственно если смикшировать руль высоты с элеронами и сделать это как на кордовой пилотажке, то разворачивающий момент от рулей высоты будет приложен спереди и сзади центра тяжести. Это в свою очередь позволит выполнять петли очень малого радиуса. Также было известно из большой авиации то, что эта схема очень стабильно ведет себя на срывных режимах.  Вот только толкающий винт расположенный сзади не способствовал выполнению 3D пилотажа.

Вывод напрашивался сам собой, двигатель надо поставить спереди, но тогда возникали проблемы с центровкой. Так как основное крыло расположено сзади (в отличие от классической схемы, где стабилизатор не несет вес самолета, у схемы утка он создает подъемную силу), а центр тяжести находится в пределах 10-20% САХ, сбалансировать эту конструкцию не было возможности. Опять тупик.…  Листая дальше журналы, нахожу старый номер "Крылья Родины", в котором рассказывается о самолетах  особых схем,  и в их числе приведена схема "Тандем". А самое интересное в том, что там даны формулы расчета положения центра тяжести. Выдержку из этой статьи я и привожу.

Выдержка из статьи в журнале "Крылья родины" за февраль 1989 года.

При полете на больших углах атаки перед сваливанием срыв потока должен наступать в первую очередь на переднем крыле. В противном случае самолет при сваливании будет резко задирать нос, и переходить в штопор. Это явление называется "подхватом" и считается совершенно недопустимым. Способ борьбы с "подхватом" на "утке" и "тандеме" найден давно: необходимо увеличить угол установки переднего крыла по отношению к заднему, причем разница в углах установки должна составлять 2-3 градуса.

Правильно спроектированный самолет автоматически опускает нос, переходит на меньшие углы атаки и набирает скорость, тем самым реализуется идея создания несваливаемого самолета. У "стандартной утки" (площадь горизонтального оперения 15-20% от площади крыла и плечом оперения, равным 2.5-3 САХ) центр тяжести должен располагаться в пределах от 10 до 20% САХ. У тандема центровка должна быть в пределах 15-20% В _экв (хорды эквивалентного крыла) смотри рисунок. Хорда эквивалентного крыла определяется следующим образом:

В _экв = (S _п+S _з)/(l _п ²+l _з ²) ^1/2

При этом расстояние до носика эквивалентной хорды равняется:

Х _экв = L/(1+S _п/S _з*К)-(S _п+S _з)/(4*(l _п ²+l _з ²) ^1/2)

Где К – коэффициент, учитывающий разность углов установки крыльев, скосы и торможение потока за передним крылом, равняется:

К = (1+0,07*Q)/((0.9+0.2*(H/L))*(1-0.02*(S _п/S _з)))

В приведенных формулах:

• S _п - площадь переднего крыла.
• S _з - площадь заднего крыла.
• L - аэродинамическое плечо тандема.
• l _п - размах переднего крыла.
• l _з - размах заднего крыла.
• Q - превышение угла установки переднего крыла над задним.
• H -  расстояние по высоте между осью переднего и заднего крыльев.

Окончательный вариант

Теперь общая идея сформировалась. Двигатель ставим спереди, крылья делаем одинаковыми, а приемник и аккумулятор сдвигаем в хвост самолета.

Привод элеронов на переднем и заднем крыльях раздельный. Всего используется 6 рулевых машинок.

Сразу строить самолет под 50-ый мотор было страшно. Оставался непонятным целый круг вопросов: на каком крыле делать элероны, а на каком руль высоты или на том и другом; какие углы атаки должны быть у крыльев; насколько крылья должны быть разнесены друг от друга;  и, вообще, будет ли это летать?

Но творческий зуд захватил разум, и все сомнения были отброшены. Строю "Тандем" под 25-ый мотор. На нем и проверю, как это летит…

Попытка 2

Модель прорисована, начерчена и построена. Получилось следующее.

• Размах обоих крыльев: 1000 мм
• Длинна: 1150 мм
• Хорда крыла с элероном: 220 мм
• Расстояние между крыльями: 200 мм

Переднее крыло ставилось ниже оси двигателя на  20 мм, заднее выше на 20 мм. Крылья были абсолютно одинаковыми и взаимно заменяемыми, только на одном крыле были сделаны элероны, а на другом руль высоты.

Полет

Первый полет только добавил уверенности в правильности направления поиска. Модель была абсолютно предсказуема и адекватна в воздухе, стабильна на малых скоростях и самопроизвольно не валилась в штопор. Схема с рулем высоты на переднем крыле показала себя с лучшей стороны по отношению к схеме, когда руль высоты находился на заднем крыле. Это обусловлено тем, что на малых скоростях он выполнял роль закрылков, увеличивая подъемную силу на переднем крыле.

Решено! Изучаю поведение этой модели в воздухе и начинаю строить модель под 61 мотор. Пока строится большой самолет, летаем на маленьком. В процессе полетов находим еще одну интересную особенность модели. Она могла остановиться и стоять в воздухе против ветра. При перетягивании ручки на себя на малом газу она проявляла склонность к парашютированию. 

Получилось следующее:

• Размах: 1400 мм
• Длинна: 1570 мм
• Хорда с элероном: 300 мм
• Расстояние между крыльев: 275 мм

Первый полет осуществляю с элеронами на заднем крыле и рулем высоты спереди.

Впечатления:

Устойчив, стабилен на всех скоростях, весьма предсказуем. Однако в полете большой модели открылась одна особенность. Самолет очень чутко реагирует на руль высоты. То есть, вывел его в горизонтальный полет, оттримировал на среднем газу -  летит ровно и устойчиво, но стоит тронуть ручку высоты, и он резко, но на небольшой угол, меняет направление полета. Не то чтобы это напрягало или было опасно, просто надо учесть, что модель очень чутко реагирует на руль высоты.

Для учебного самолета это конечно неприемлемо, но ведь у нас FAN рассчитанный на продвинутого пилота.

Теперь пробую смикшировать руль высоты и элероны. То есть, когда тяну ручку на себя на переднем крыле, оба элерона идут вниз, а на заднем вверх. А вот, когда даю крен, элероны работают параллельно на обоих крыльях.

Неустойчивое поведение модели в горизонтальном полете, скорее всего, было связано с неправильными углами установки крыльев. К сожалению, изменить их без существенной переделки не было возможности.

Модель окончательно настроена, пробую, что она может в воздухе.

1. Убираю газ. Тяну ручку на себя (зажатые расходы). Модель сбавляет скорость почти до остановки, потом плавно клюет носом, разгоняется и повторяет то же самое. Никакой тенденции к штопору. То есть, если специально не срывать поток с крыла,  то срыв происходит очень плавно и тут же с набором скорости восстанавливается.
2. Убираю газ. Тяну ручку на себя (полные расходы). Модель останавливается в воздухе и, сохраняя горизонтальное положение, начинает, как парашют опускаться вниз. Фигура "парашют". Даю ручку от себя – она переворачивается на спину и продолжает свой спуск вертикально вниз (просто чума какая-то). Фигура "перевертыш". То есть модель способна управляться рулями в режиме 100% срыва потока с несущих плоскостей!
3. Расходы на максимум – кручу петлю. Правда, петлей это нельзя назвать. Скорее это классический "водопад" из 3D комплекса. Модель крутится вокруг фонаря, при этом медленно снижаясь. Причем работать газом не требуется. И очень легко меняется направление вращения при перекладке рулей. Фигура "шейкер".
4. Делаю "парашют" и отклоняю руль поворота. Получаю очень медленный плоский штопор - фигура "сухой лист".
5. Такая фигура как "хариер" переходит в разряд детских.
6. "Квадратная петля" получается именно квадратной, поскольку радиусы поворота на углах почти не читаются.

Описывать фигуры можно еще очень долго. Скажу только одно. Этот самолет может больше, чем я, и способен научить продвинутого пилота еще нескольким новым фигурам недоступным на обычной технике. И особенно хочется отметить прогнозируемость и стабильность самолета, что бы вы с ним не вытворяли.

Кажется, я получил то, что ХОТЕЛ!

Попытка 4

Хоть второй и третий самолеты показали отличные летные данные, но остался еще один очень важный вопрос: какие оптимальные углы атаки у крыльев? Для решения этой задачи было решено построить модель под 50-ый мотор, с возможностью изменять угол атаки крыльев на земле. К тому же, модель №3 была разбита из-за отказа аппаратуры.

Также было решено поставить переднее крыло выше оси двигателя, а заднее ниже (на предыдущей модели было наоборот, просто хотелось проверить - скажу сразу, каких либо изменений в поведении модели я не заметил.) и сделать небольшой скос по передней кромке, переднее крыло получило неявно выраженное положительное "V", а заднее отрицательное "V". Это должно было придать стабильности на малых скоростях в прямом и обратном пилотаже соответственно.

Подробно останавливаться на описании конструкции и процессе изготовления не буду. Она ничем не отличается от обычного Фанфлая и понятна из фотографий.

Получилось следующее:

• Размах: 1300 мм
• Длинна: 1400 мм
• Хорда корневой нервюры с элероном: 300 мм
• Хорда концевой нервюры с элероном: 250 мм
• Расстояние между крыльями: 300 мм
• Расстояние от оси мотора до оси переднего крыла: 25 мм
• Расстояние от оси мотора до оси заднего крыла: -25 мм
• Угол атаки переднего крыла: 4 град
• Угол атаки заднего крыла: 2 град
• Выкос мотора вниз: 0 град
• Выкос мотора вправо: 1,5 град
• Сухой вес: 2100 г

Центр тяжести в 20 мм за передним крылом (в процессе полетов еще уточняется для получения нужных пилотажных характеристик).

Еще предстоит долгий процесс облета, настройки и привыкания к новой модели. Однако задатки, заложенные в конструкцию, уже впечатляют. Некоторые фигуры на Фанфлае обычной схемы были просто недоступны. А тут, благодаря аэродинамической схеме "тандем" мы имеем модель, способную очень стабильно летать на околосрывных и в срывных режимах. А что еще надо 3D пилотажнику! Всем кому надоела "классика" могу смело рекомендовать строить нечто подобное - эта модель сможет научить Вас чему-то НОВОМУ! Дерзайте, а я со своей стороны всегда буду рад подсказать…