Мастерская дядьки NailMan'a

Почему здесь фигурируют именно компоненты электротяги? Потому что прежде всего модель параплана должна быть безопасной как для окружающих, так и для самой телеги и крыла, так и для запускающего человека. ДВС калильного типа применять на небольшой модели я не вижу смысла(подробности будут описаны далее в следующих частях), а бензиновые модели парапланов - это очень затратное развлечение и тут совершенно иные подходы к построению телеги. ДВС, будучи заведенным, представляет собой работающую пилу, вдобавок обильно плюющуюся маслом. Крылу из парапланерного или кайтового рипстопа(ткань оболочки и нервюр), да и стропам тоже, попадание масла и остатков топлива совсем не желательно, и в некоторых случаях опасно, а невозможность мгновенно остановить двигатель исключает возможность безопасного прерывания старта скажем из-за неправильного выведения крыла запускающим помощником или самим пилотом.

Также, Вы спросите - зачем электролету бортовая батарея и выключатель если в регуляторе есть BEC? Отвечу просто - BEC есть зло придуманное для мелколетов-самолетов. Вот пускай они там и остаются. В моделях парапланов сервы работают в крайне тяжелых условиях. Качалки имеют такие плечи, которые могут встретитиься разве что в бензиновых моделях под 100сс объемом двигателя. Потому применение обычных стандартных серв, как и более мелких типоразмеров здесь категорически запрещено.

Для НК крыла с весом телеги до 1.2кг потребны сервы усилием 14-15кг. Причем применение аналоговых серв можно считать также недопустимым. Если рассмотреть принцип работы аналоговой сервы, то при ее отклонении от нейтрали, усилие на выходной вал будет неравномерен - у нейтрали момент на валу маленький, а максимален он на крайних положениях. Цифровая серва работает иначе - у нее момент развиваемый на валу(и усилие соотвественно, которое она может держать) с самого начала максимально, так как по другому работает электроника самой сервы. Усилие в любом положении качалки на валу линейно и одинаково. Однако цифровая серва при своих достоинствах гораздо более интенсивно потребляет электричество. При максимальных нагрузках некоторые сервы могут кушать вплоть до 4-5А(!). Потому даже одна такая серва может вырубить или полностью сжечь линейный или импульсный BEC в регуляторе, который обычно рассчитан до 3-4А нагрузки(в достаточно мощных регуляторах, а в более простых до 2А как правило).

Потому то и требуется отдельное бортовое питание на сервы. На сегодняшний момент оправдано применение высоковольтных серв очень большого усилия(от 15 до 31кг) рассчитанных под вольтаж 6-7.4В и применение на борту 2S паков батарей LiFePO4(A123). Такое сочетание гарантирует что сервы не порвет в пилотаже или при посадке в траву, когда она зацепится за длинную качалку.

Наличие пилотика на борту строго опционально. Моя первая телега прожившая 2 коротких подлета была с пилотом, но после полного уничтожения я решил более фигурок в телегу не сажать.

Серва акселератора(как и сам акселератор) конечно очень желательны. Во-первых акселератор реально помогает в приличный ветер, во вторых можно ускорять полет аппарата в нужный момент для выполнения каких либо фигур требующих скорости. В любом случае наличие сервы и акселератолра - это задача комплексная и относится как к телеге так и к крылу.

КОНСТРУКЦИЯ ТЕЛЕГИ

Конструкция телеги должна быть такова чтобы обеспечивалась главная ее задача - неубиваемость при любых падениях. Материалы на ее изготовление должны подбираться таким образом чтобы обеспечить это свойство с оптимальным весом(заметьте - не минимальным!). Основные типы падений модели параплана это "кубари" по земле на скорости, классические отвесные "морковки" из спиралей и падение плашмя из парашютирования когда крыло словит "твист"(перекручивание всей стропной системы).

Таким образом конструкция телеги должна противодействовать всем деформациям, которые возникают при этих видах падений. Нужно учитывать что при ударе возникают перегрузки в диапазоне 20-50G! Телега весом в 1кг при ударе станет на миг 50кг весом!

Применение фанеры в конструкции телеги должно быть только для второстепенных узлов - например в качестве плато для размещения серв, мотора, батарей и приемника. Использовать подобный хрупкий и ненадежный материал для силовых элементов конструкций - значит сделать все из спичек. Ресурс моей первой телеги под ХК крыло, построенной с применением фанеры и маленького куска алюминиевой трубы квадратного сечения был меньше минуты с двумя падениями.

Данная конструкция была содрана с какого-то проекта такого же энтузиаста как я. Не знаю насколько успешно летала телега у него, но моя развалилась в щепы после банального падения на скорости при полете по ветру. Кроме того такая компоновка крайне неудобна в обслуживании, а реализация дерганья рук пилота сжирала большую часть усилия на сервах, вместо полезной работы.

Новая конструкция телеги родилась после как раз испытания первой, когда я увидел телегу под 40сс бензиныч и 7м кайт в качестве крыла. Конструкция по типу объемной замкнутой рамы из алюминиевых труб и профилей дает одно неоспоримое преимущество перед любыми сварными копийными телегами - ее сложно учичтожить любым ударом с любой стороны. Все элементы пространственной рамы распределяют нагрузку по всему контуру. Фактически представить такую раму можно как выдавленную трапецию/треугольник. Именно по такой схеме сделана моя наиболее успешная телега:

Пусть не смущает то что на конечном варианте телеги ограда кунга спереди в виде куба - треугольник жесткости задают подкосы из алюминиевых полос между трубами рамы и нижней платформы.

ПРОПОРЦИИ

Поговорим о размерах элементов телеги. Копийные телеги делают примерно в пропорциях прототипа или аля прототипа. Они как правило имеют протяженную переднюю балку трайка где крепится переднее колесо. У взрослых паратрайков есть одна проблема связанная именно с этой протяженностью - при совершении поворота, особенно достаточно активного, телега не может синхронно поворачиваться одновременно с крылом на равный угол по курсу. К примеру делая левый поворот, аппарат в целом накреняется влево, телега при этом выходит за правую консоль и вперед(параплан - это огромный маятник), но из-за парусности и большого плеча и разнесенной массы, передняя часть трайка начнет притормаживаться и угол поворота по курсу трайка будет меньше чем у крыла. Благодаря большим массам(и числу Рейнольдса) этот дисбаланс в повороте относительно статичен у взрослых трайков, а вот в случае маленькой телеги модели(и малым числам Рейнольдса) будет раскачка телеги(рысканье). Она даже может возникнуть и во время прямого полета, и особенно с малым разносом свободных концов - разнесенная масса с большим плечом спереди будет иметь собственные колебания и с набегающим ветром образовывать резонансные курсовые колебания. Причем только на телеге но не на крыле!

Парамотор такого эффекта не имеет, так как продольная протяженность у него значительно меньше. Потому идеальной для модели будет та телега, которая будет обладать небольшой продольной протяженностью и достаточно широкой в поперечной размерности. Трех- или четырех-колесная - это зависит от того насколько проще сделать именно Вам всю конструкцию. Мне проще делать четырехколесную, так как в конструкции пространственной рамы получаются более менее прямые соединения подходящие к квадратным трубам.

Небольшая протяженность моей телеги однако не гарантирует отсутсвия резонансных курсовых колебаний - они отсуствуют при нормальном прямом полете и спокойной атмосфере и постоянной тяге(крутящем моменте). При переменных значениях этих факторов могут возникать кратковременные резонансы и телега будет вилять вправо-влево, но колебания будут затухающими всегда.

Таким образом разумным решением для проектирования или модификации имеющейся телеги, нужно стараться сделать не длинную и не очень широкую пространтвенную конструкцию, при этом сделав удобный доступ к внутренностям.

РАМА

Рама - это основа телеги, ее узловая часть. Рама соединяет в себе посадочные гнезда для серв, для мотора и имеет карабины для подцепа крыла. Также рама может использоваться для размещения аккумуляторов и приемника. Рама у фигурки пилота для свободной модели - это фактически единственная часть, тогда как у моторизованной есть еще несколько частей.

Моя телега имеет комбинированную раму, сделанную из алюминиевых квадратных труб в виде буквы П, и двух фанерных щитов для размещения двух серв клевант(сзади на более толстой пластине) и сервы акселератора (спереди на более тонкой пластине). Все собирается на винтиках и обе пластины и вертикальные трубы расы стягиваются четырьмя винтиками М3 через сквозные отверстия в вертикальных трубах рамы. Верхняя перекладина является местом размещения карабинов, которые прицеплены к болтам корепления ограждения к раме(в "верхних" точках). Схема телеги показана ниже:

Цветами обозначены:

Белый - передние дуги кунга и подкос жесткости между рамой и продольными брусьями шасси
Красный - рама
Синий - продольные брусья шасси
Желтый- поперечные(осевые) перекладины шасси с вклееными прутьями осями для колес(передняя узкая, задняя широкая под размер заднего кольца ограждения)
Зеленый - ограждение из двух круглых трубок согнутых кругами и соединенных перемычками-полосами
Феолетовый - дистанцирующие проставки и поперечная планка(перемычка в П-раме) с карабинами на краях

Подобная конфигурация телеги имеет преимущества:

Кроме того можно регулировать точку подцепа по горизонтали для центрирования модели.

Примерно похожей монолитной конструкцией обладает телега НК, только сделана она иначе и другими материалами. Там тоже все собрано на мощном столбе-раме, а остальное является навесным сооружением к ней.

ШАССИ

Шасси - это то чем телега встречает землю. Шасси могут быть как трех, так и четырех колесные (или без вообще не быть, если парпалан свободный). То как сработана конструкция шасси и рамы, будет зависеть общая прочность конструкции. Проще в изготовлении квадро-шасси, а не трайки, так как прямые углы способствуют упрощению сборки. Кроме того устойчивость модели на земле при старте с земли намного выше у квадро, чем у трайка. Но в любом случае обе схемы пригодны.

Колеса для парателеги обязательно надо с металлическими дисками. Пластиковые диски живут до первой жесткой посадки(а она и будет возможно первой). Правило - "сажать надо мягко!" никогда не работает когда нам этого хочется, потому это бредни всяких безруких лузеров, которые никогда не летали на парамодели. Вопрос колес очень остр при полетах с кошенной травы - колеса должны быть не меньше 80мм диаметром чтобы трава особенно не мешалась.

ОГРАЖДЕНИЕ

Ограждение на парателеге - это камень преткновения. От него зависят и летные характеристики модели и удобство пользования моделью и безопасность в полете. В любом случае ограждение нужно проектировать так чтобы оно было с некоторым припуском больше максимально допустимого винта для конкретной модели.

В общем случае ограждение делается так чтобы зазор между кончиком винта и внутренней поверхностью(или каким либо элементам конструкции ограждения, к примеру перемычками) было не меньше 10мм. Свою телегу я проектировал первоначально под винты 11", однако пока она эволюционировала, потребовалось поставить ДВСный винт АРС 12.25х3.75. Потому пришлось не меняя дуги, сделанные под 11х6 винт увеличить пространство между дугами для большего винта путем изготовления перемычек с перегибами:

Кроме того крайне важна защита строп и свободных концов от винта - этим занимается сетка на ограждении. Наилучшим вариантом оказалась сетка купленная на стройрынке. Ячейка 10х10мм, тончайшая стальная проволока, которая легко паяется. Сетка пришивается к дугам огражденияи перемычкам толстыми нитками.

Без ограждения были замечены следующие негативные ситуации: попадание болтающихся сзади концов ремней триммеров, они запиливались винтом постоянно. Также попадали в винт провисающие управляющие стропы в том месте где клевантная нитка укорачивает эту стропу. Петля почти сразу начинает затягиваться в винт, грозя рассечься с получением нештатной ситуации.

На взлете с земли сетка не дает также запиливаться основным стропам при подъеме крыла. Сетку нужно ставить по всему периметру, кроме пожалуй проема в самом низу. Если ограда монолитная как у телеги НК, то в принципе этого достаточно. Однако надо иметь в виду - ограда винта страдает при крашах в первую очередь, так как она является самой габаритной и самой нежной частью телеги. Мое ограждение согнуто из анодированных алюминиевых трубок диаметром 8мм и прикрреплено к раме и шасси без применения сверления(кроме концевых частей), чтобы не создавать концентраторов напряжения где трубка обычно ломается.

Полная галерея постройки телеги расположена здесь

ПРОДОЛЬНАЯ(ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ) ЦЕНТРОВКА ТЕЛЕГИ

Теперь поговорим о камне преткновения всех изызсканий в парамоделестроении - центровка. Влияние центровки на характер полета модели крайне велико, пожалуй даже больше чем угол атаки крыла. С правильно отцентрированной телегой модель летит всегда предсказуемо, а с неправильно или не летит(не взлетает) или начинает делать сальто вокруг карабинов.

Рассмотрим рисунок с четырьмя ситуациями:

Начнем с того что отправная точка парателеги или модельки пилота для свободной модели - это карабины куда подцепляется крыло. Реальный ЦТ всего аппарата будет над карабинами на линии между ЦТ крыла и ЦТ телеги, но ближе к телеге разумеется. Вторая отправная точка это направление и положение оси двигателя(вектора тяги).

Ситуация 1 - правильное положение ЦТ телеги по отношению к точкам подцепа(карабинам). Полезно при настройке или постройке тележки ее постоянно вывешивать. Я прицепил на люстру пару ремешков равной длины с петлями на концах, куда и вставляю карабины. В данной ситуации ЦТ телеги подобран так что вектор тяги горизонтален. При даче газа телега начнет поворот вкруг ЦТ всего аппарата и параплан начен набирать высоту, но также телега ускорится относительно крыла, потому имея нежесткую связь с крылом, телега как бы повернется слега вниз носом по отношению к крылу(см. сюда, Ситуация 2). В нашем случае это не приведет к каким то негативным последствиям, так как ось тяги почти не меняет своего положения в пространстве по отношению к вектору своего движения.

Ситуация 2 - случай очень задней центровки телеги. В данном случае при вывешивании, задняя часть будет перевешивать переднюю, при полете вектор тяги будет смотреть глубоко вниз и при даче газа, тяга будет подталкивать телегу вверх, при этом выката телеги вперед под действием скорости потока от винта почти не будет просматриваться. Такая центровка неправильна тем что вектор тяги толкает телегу вверх по направлению к крылу, тем самым стараясь разгрузить передние ряды стропной системы и разгружая крыло, делая его склонным к сложениям. Кроме того при большом оверповере(тяга больше веса) очень высок шанс сделать переворот на карабинах.

Ситуация 3 - слегка задняя центровка. Данная ситуация примечательна тем что...она аналогична ситуации 1! Вектор тяги не толкает телегу вверх как это будет при Ситуации 2, но при даче газа телега сохранит положение вектора тяги, телега вырвется немного вперед и повернет крыло на оптимальный угол и при этом не будет возможностей сделать сальто даже при оверповере. В принципе это рекомендуемая центровка, так как она позволяет легче набирать высоту в штилеватую погоду и более стабильней летать в сильный дульник. Моя телега центрована именно так. Угол отклонения от вертикали примерно 2°.

Ситуация 4 - сильно передняя центровка. Ситуация неверна тем что при даче газа тяга токает телегу в землю и не дает повернуться аппарату для набора высоты(крылу для увеличения подъемной силы). Кроме того крыло сильно нагружается(даже сильно перегружается), так как в данной ситуации на свободные концы начинает давить помимо веса телеги еще и вертикальная составляющая тяги. С такой центровкой модель никогда не взлетит, а со слегка передневатой центровкой шанс легко набирать высоту будет намного меньше чем в случае Ситуации 1 и тем более Ситуации 3.

Встает закономерный вопрос - как можно обеспечить правильную центровку, если удобно разместив все компоненты электроники, телега имеет неверную центровку? Ответ прост - не использовать балласт, не использовать перемещение батарей, а смещать точки подвеса вперед или назад! Нужно использовать тот факт что крыло цепляется всего двумя карабинами к телеге и их можно переставить в любое место. Для моей телеги и понадобилось делать проставки(из тех же труб, отрезав маленькие кусочки) и приворачивать вторую параллельную перекладину с карабинами. Сместив на 30мм точки подвеса я сделал телеге радикально заднюю центровку и смог в конце концов разместить более тяжелый аккумулятор впереди под кунгом, даже с учетом увеличения веса на дугах кунга, а не больших подкосах.

Пока я не перешел на более тяжелый мотор и батарею я пробовал удлинять заднюю часть телеги(глубину ограждения), но удлинение нижних труб шасси повлекло за собой их легкое сгибание при жесткой посадке, так как увеличивается плечо воздейтсвия на изгиб трубы при приземлении на одно колесо. После переноса точке подвеса я вернул глубину ограждения к самому первому положению (под легкий мотор и батарею) и получил очень легкий способ регулировки центровки, так как она стала почти как в Ситуации 3 с легким задним акцентом.

В случае телег покупных типа НКшной, можно выкинуть ту трапецивидную конструкцию что предлагается изначально и прикрутить во-первых более широкую, глубокую, а во-вторых более низкую алюминиевую пластину в виде перевернутой буквы П.

Вместо неких "вилок" с штифтами для крепления свободных концов поставить муфтованно-поворотные карабинчики, которые продаются на любом стройрынке или в ОБИ. К тому же отверстия под карабины можно сверлить в П-образной пластине в любом месте по горизонту - целесобразно глубину пластины(ширину на виде сбоку) сделать достаточно протяженной, ну скажем 70мм. Тогда сверля в разных местах отверстия можно найти более удачное положение точек подвеса. После поиска нужного положения карабинов можно вместо пластины сделать из уголков с загнутыми кончиками более компактную конструкцию подцепной планки, или сделать как на моей телеге - квадратной трубой с вставленными в концы карабинами на болтиках.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЦЕНТРОВКА ТЕЛЕГИ

Или если быть точнее - положение точек подцепа по отношению к вектору тяги. В мире больших парамоторов и паралетов, моторные установки условно делят на 2 типа по высоте точек подцепа крыла: верхнерогие и нижнерогие. "Рога" - это элемент рамы парамотора куда цепляются свободные концы крыла. Верхнерогие имеют металлические рога вверху рамы и возвышаются над головой пилота. Карабины расположены на этих рогах. Точка подцепа гораздо выше оси вектора тяги. Нижнерогие имеют рога низкорасположенные, вблизи вектора тяги. Принято считать что верхнерогие установки почти никак не передают пилоту информацию с крыла через свободные концы, но полет на таком парамоторе более стабилен и спокоен, а нижнерогие приближаются по отзывчивости к свободным полужестким подвескам, за счет менее устойчивой конструкции.

В мире моделей высота точек подвеса к вектору тяги будет влиять на характер поведения телеги под тягой, особенно в верхней ее половине. Рассмотрим рисунок ниже:

В случае нижнерогой телеги(1), точки подцепа недалеко от вектора тяги, при этом истинный ЦТ телеги будет ниже вектора тяги всегда, ибо нижняя часть телеги всегда нагружена больше. Плечи между ЦТ и точками подвеса и вектором тяги примерно равны. При даче существенной тяги, возникает два разнонаправленных момента сил: первый момент силы по плечу А старается повернуть телегу вокруг точек подвеса, так как связь с крылом нежесткая, а второй момент силы по плечу В старается повернуть телегу вокруг ЦТ самой телеги. Если плечи равные то и силы будут равные и телега под любой тягой будет лететь в таком положении как это задано продольной(горизонтальной) центровкой.

В случае верхнерогой телеги(2), точки подцепа существенно дальше чем положение ЦТ, потому момент силы по плечу А, будет больше по величине чем момент силы В и телега при даче тяги будет стараться повернуться вокруг точек подвеса и сделать сальто назад. При большом оверповере(Т>1.1-1.2) возможен вариант когда телега не сможет летать вообще из-за постоянного желания перевернуться. При таком распределении плеч на телеге, она будет поворачиваться носом вверх и стататься разгрузить крыло. Этому также будет способствовать и автоматическое поджатие клевант, ведь если телега вращается вокруг точек подвеса носом вверх и задом вниз, вместе с ними опускаются и сервы с качалками, тем самым поджимая заднюю кромку крыла, крыло начинает тормозиться и сваливается в заднем свале вместе со всем аппаратом.

Такой эффект я и наблюдал в первом полете самой первой деревянной телеги. Именно оно запечатлено на видео(с времени 0м:42c).

Пресловутая телега НК как раз и имеет такую же примерно высоту точек подвеса, соотвествующую верхнерогой схеме. И именно потому я советую сразу менять крепежную планку для концов, на более широкую(об этом чуть ниже) и менее высокую. Чем ближе ЦТ и точки подвеса к вектору тяги, тем легче моделью управлять во всем диапазоне тяги.

Вы спросите: почему же на взрослых верхнерогих парамоторах не происходит вышеописанных неприятностей? А потому что тяговооруженность взрослого парамотора не превышает 0.75, и пилот сидит ниже и масса снизу существенно больше -> ЦТ ниже чем в парамодельных телегах, потому плечи А и В у них примерно выходят равные.

Кроме прочего нижнерогие телеги(и установки взрослых парамоторов) более подвержены влиянию реактивного момента, чем верхнерогие, так как опрокинуть телегу с подвесом близким к центру вращения легче чем с подвесом на его голове исходя из того же рисунка выше.

БАЗА МЕЖДУ ТОЧКАМИ ПОДЦЕПА КРЫЛА

Третий параметр телеги, существенно влияющий на характер полета модели под тягой - расстояние между точками подцепа свободных концов или просто "база". База в первую очередь влияет на курсовую раскачку модели под тягой и во время совершения маневров по крену-курсу. Чем меньше база(расстояние между концами), тем неустойчивей становится аппарат, крутящему моменту винта легче повернуть модель вокруг вертикальной оси и тем самым повернуть вектор тяги вправо-влево сбив курс полета модели. Но более существенное влияние маленькая база имеет в риске получить "твист", когда телега делает один или несколько оборотов вокруг крыла и стропы перекручиваются над концами. Фактически это равноценно падению в землю.

Чем больше база, тем соответственно крутящему моменту винта сложней повернуть "на твист" телегу и тем более устойчиво по курсу будет лететь крыло. Однако здесь есть ньюанс - слишком широкая база также плохо как и маленькая. Телега с очень широкой базой будет летать очень "дубово" и неповоротливо(смотри тот же ролик с первой моей телегой - именно так дубово и летае большая бензиновая парамодель!), кроме того крыло придется перестроповывать именно под эту базу, так как если крыло строповано под базу 100мм, а телега имеет базу 300мм, то при подцепе крыло поимеет в середине провал арки купола и характеристики крыла могут существенно поменяться.

Во взрослых парапланах все крылья стропуются под базу 42см. Однако простым масштабированием здесь нельзя уменьшать базу - выйдет как раз слишком маленькая база(как получилось у китайцев на НК телеге). Для рассчета базы можно воспользоваться следующей формулой:

M = Lпроекц * 0.08

Где М - это база между точками подвеса(центрами карабинов), а Lпроекц - это проекционный размах крыла.

Такая пропорция базы по отношению к крылу как отправной точки в вычислениях размерностей, дает очень приемлемые результаты как с устойчивостью аппарата по курсу так и его маневренностью.

ИТОГИ

Исходя из вышеприведенного текста становится ясным, что проектирование или доводка телеги для модели параплана должно быть не стихийным процессом на коленки и на глазок, а рассчетным планомерным действием. Золотое правило "семь раз отмерь и один раз отрешь" работает здесь как никогда. При центрировании телеги полезно скрепить часть конструкции на стяжках(к примеру задней оси колес), прикрепить в разные места бортовой аккумулятор и поиграться смещением точек подвеса, дабы найти ту золотую середину, нужную для успешного полета модели. Однако не следует забывать что возить балласт нужно только в крайнем случае, когда конструкцией телеги совсем некуда переместить перемещаемое для выправления центровки, или же случился недобор веса(что случается редко). Лучше смещать точки подвеса - это очень эффективное средство подгонки центровки на уже скомпонованной потрохами тележке.

Часть первая. Материальная часть
Часть вторая. Система крыло-телега
Часть третья. Телега: особенности настройки
Часть четвертая. Телега: управление и тактика подбора комплектующих

Мастерская NailMan'a	eGo Paramodels Wings
Вы попали в виртуальную мастерскую дядьки NailMan'a