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

 

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

 

Управление и тактика подбора комплектующих

 

 

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Из второй части мы узнали как работает крыло, что такое угол атаки, что такое акселератор и триммера. Теперь необходимо прояснить как иметь в небе контроль над крылом, или другими словами как крыло управляется.

Параплан как мы знаем из все той же второй части статьи - есть мягкая оболочка с профилем крыла и находящаяся под давлением от набегающего воздуха, проникающего в заборные окна на передней кромке, а также сохраняющая форму с характерной аркой под действием веса пилота/телеги и распределенной стропной системы. Давление сохраняется до тех пор, пока оболочка движется и есть набегающий поток воздуха. Если происходит срыв потока с задней части оболочки, давление резко падает и воздух начинает покидать ее - это задний свал. Если же угол атаки всего профиля или его передней части, приблизится к нулю или перейдет в отрицательные значения, то произойдет фронтальное сложение, при котором давление отчасти сохранится, но будет спадать не очень быстро, при этом часто срывается только часть купола(ассиметрично). Так как же управляется параплан во время полета?

Рассмотрим органы управления на крыле самолета:

 

Элерон отклоняется в обе стороны(вверх и вниз), тем самым создавая зону пониженного давления при обтекании крыла либо сверху(элерон отклонился вверх) и создавая снижение подъемной силы до отрицательной(направленной вниз), либо снизу, увеличивая подъемную силу. Работая на правой и левой консоли в противофазе крыло позволяет самолету накреняться вправо или влево:

Элероны в нейтральных положениях

Элероны отклонены в положение "направо"

 

При совершении крена, вектор подъемной силы крыла также поворачивается, получая две составляющие - вертикальную и горизонтальную(при горизонтальном положении есть только вертикальная составляющая, а горизонтальная равна нулю). Вертикальная составляющая уменьшается в своей величине по отношению к подъемной силе крыла с нейтральными элеронами (самолет летит горизонтально), а горизонтальная составляющая становится ненулевой. Именно горизонтальная составляющая начинает отклонять самолет в сторону задавая плавный поворот. Так как итоговая подъемная сила стала меньше, то самолет начнет снижаться при совершении поворота, и потому надо давать руль высоты "на себя" чтобы сохранять высоту полета при повороте.

Другой тип механизации на крыле - тормозные щитки, интерцепторы и закрылки. Все три элемента крыла являются тормозными элементами, снижая качество крыла и увеличивая его лобовое сопротивление. Остановимся на закрылках - закрылок почти полностью идентичен элерону по действию, но имеет возможность отклоняться только вниз, но на больший угол. Закрылок с небольшим углом отклонения повышает подъемную силу крыла одновременно со снижением качества(снижением скорости полета). Это используется всегда при взлете реактивной авиации чтобы снизить взлетную скорость и улучшить условия взлета самолета. Большие отклонения закрылков применяются на посадке, чтобы максимально снизить посадочную скорость самолета и иметь комфортные скоростные условия на посадке.

Однако на мягком крыле параплана элероны принципиально невозможны, так как нет такой конструкции крыла чтобы часть оболочки купола могла отгибаться вверх - оболочка едина, и не имеет свободноповорачиваемых секций! Потому единственным средством активного руления у параплана остаются закрылки (в зарубежной литературе - воздушный тормоз aka "brake"). Рассмотрим их конструкцию:

 

Клеванта(ручка) на руке пилота связана с управляющей стропой, которая древовидно(в 2-3 уровня) разветвляется на всю заднюю кромку каждой из двух консолей. Таким образом в руках пилота есть 2 воздушных тормоза или безщелевых закрылка. При полностью отпущенных клевантах, крыло имеет свой исходный спроектированный профиль. Внутри оболочки есть повышенное давление воздуха, сохраняющее профиль в достаточно жестком виде. При зажатии клеванты, крайний ряд на задней кромке профиля опускаеся и консоль(правая или левая) притормаживается, а противоположная консоль начинает обгонять приторможенную. Получается поворот в сторону зажатой клеванты. Малое затягивание клеваны создаст эффект аналогичный малым отклонениям закрылка самолета и консоль получит небольшое увеличение подъемной силы(это используется для малого подруливания по высоте при действии обоими клевантами), но с увеличением амплитуды затягивания клеванты, консоль начнет резко подъемную силу терять(Сх[сопротивлление] увеличивается быстрей Су[подъемной силы]), и увеличивать лобовое сопротивление. Потому неприторможенная консоль будет иметь большую подъемную силу чем приторможенная и параплан наклонится в сторону поворота.

Таким образом воздушными тормозами на обеих консолях и двумя руками можно как поворачивать более менее плоско, так и с креном. В целом управление параплана на моделях аналогично дельта-миксу с ограничением отклонения только вниз на полную амплитуду сервы, а не отклонениями руля вверх-вниз на половину максимальной амплитуды.

 

КЛЕВАНТЫ НА ПАРАМОДЕЛИ

 

На моделях нет рук пилота, но есть сервоприводы, которые могут эти руки заменять. Потому управление клевантами можно приспособить к поворотным механизмам современных серв. Как уже писалось ранее во второй части статьи, я рекомендую делать привод задней кромки через промежуточную клевантную стропу имеющую быстросъемный подцеп к кольцу немного на расстоянии от точки привязывания управляющей стропы к свободным концам. Это дает быструю подготовку к полетам и стропы никогда не перепутаются при транспортировке. Во всяком случае управляющая стропа всегда будет с концами, а не отдельно везде путаясь.

Сервы на телеге размещать можно как спереди на плато(внутри кунга), так и сзади(снаружи кунга). Варианты равноправные и имеют свои плюсы-минусы. Давайте рассмотрим их.

Сервы клевант внутри

Плюсы:

• бОльшая защищенность серв от повреждений и влаги
• ничего не может зацепиться за винт(имеется в виду стропа клеванты)
• ничего не может зацепиться за траву
• можно соединить с руками пилотика

Минусы:

• сложней сделать кунг так чтобы удобно застегивать, красиво и не торчали бы большие плечи качалок наружу
• провода пересекают плато, так как вывод проводов наружу и требуется завести обратно в кунг
• сложная проводка строп к концам, так как сервы будут возможно впереди свободных концов, а стропы подходить должны сзади.
• практическая сложность уместить все тросовое хозяйство в небольшое пространство кунга
• очень неудобно размещать провода и троса в одном небольшом пространстве, возможны зацепы при работе клевантами

Серва клевант снаружи

Плюсы:

• легкий доступ к качалкам
• легко делается проводка строп к свободным концам, так как сервы находятся позади карабинов и концов
• ничего не мешается тросам и проводам, так как они разделены стенкой
• провода серв сразу расположены в кунге

Минусы:

• требуется обеспечить невозможность или затрудненность цепляния качалками за траву
• возможность зацепа строп за винт
• сервы открыты всем ветрам и влаге
• невозможно соединить с руками пилотика

 

Я пошел по пути размещения серв снаружи кунга позади платы рамы, сразу под мотором.

Так как ограждение у меня капитальное(гнутые трубки 8мм с 1мм стенками) и переднее кольцо непосредственно примыкает к раме, то защита качалок считается достаточной от зацепов травы. Винт крутится достаточно далеко от качалок и строп клевант, потому особого риска получить намотку стропы на мотор, нет.

 

Варианты привода клевантных строп

У мягкого крыла парплана существует некая граница хода задней кромки вниз, при которой крыло внезапно начинает терять все свои свойства - происходит задний свал. Во время обучения в парашколе учат понимать эту границу и даже проводят специальные полеты по определению того хода когда крыло получает начинает срыв и превращается в тряпочку. В моделях парапланов коненчо полезно тоже знать эту величину, хотя бы примерно, чтобы при выборе метода привода клевантной стропы(и связанной с ней стропой управления и задней кромкой консоли) не получилось так, что при половине хода качалки сервы крыло начинает срываться.

Конечно же любая модель должна иметь определенные цели ее использования. Если требуется модель параплана, которая должна быть развлекательной и несложной в управлении и не требуется "акробатить" в небе и в динамиках, то расходы клевантных строп должны быть в максимальном зажатии клеванты задолго до порога срыва. Но если требуется получить акробатическую модель, которая должна быть очень маневренной, резкой и посложней в управлении, необходимо учесть границу срыва и сделать ходы так чтобы полная затяжка клевант давала срыв или была на его грани. Иметь ходы до момента срыва очень полезно, для возможности создавать "подушку" при приземлении. Именно подушка дает безопасность посадки для телеги, аппарата в целом и находящихся вокруг людей.

Тут вступает размер самого крыла. Нетрудно понять что маленькое крылышко(2.15м) НК с площадью 1м2 и крыло повзрослей Cirrus Pro 3m2 размахом 3.25м....

...будут иметь разные ходы для обеспечения срыва. Как показала практика, Хоббикинговскому крылу требуется не более 100мм хода нитки(и задней кромки) чтобы крыло получило задний свал(срыв). Но для Цирруса такой ход совершенно недостаточен, и при нижнерогой телеге, скажем почти весь ход правой клеванты может тратиться для компенсации реактивного момента винта, а для поворота уже ничего не останется. Таким образом потребная величина хода нитки клеванты должна быть существенно больше - порядка 150-170мм.

Как говорилось в третьей части статьи, для моделей парапланов требуются очень мощные сервы, да еще и цифровые - это отнюдь не преувеличение. Чтобы обеспечить ход нитки в 100мм, требуется поставить на серву качалку с плечом (расстоянием между центром качалки где винт фиксации и точкой подсоединения стропы) 75мм. Такие качалки делаются вручную. Для обеспечения сгибаемости купола находящегося под избыточным давлением набегающего воздуха до порога срыва, требуется примерно 1.5-2кг усилия на конце нитки. Таким образом чтобы успешно создать такое усилие на плече 7.5см требуется серва с усилием(максимум) 2*7.5 =15 кг.

Чем больше по площади крыло, тем больше высота профиля и внутренний объем оболочки купола(и давление), а следовательно тем больше надо усилий для сгибания задней части крыла. Соответственно требуется большие по усилиям сервы. Однако чем больше крыло, тем требуется большая амплитуда(ход) клевант и встает вопрос - как сделать больше ход не увеличивая бесконечно рычаги качалок? Слишком большой рычаг становится опасным для самой сервы в первую очередь, так как свернуть редуктор становится проще, даже металлический.

Вариантов не много, и основным тут является привод через блоки. Принцип блочного привода как у башенного крана. Трос одним концом зацеплен на неподвижной части крана, далее он спускается вниз, проходит через блок с подвешенным к нему крюком и подымается вверх на лебедку. Лебедка наматывает трос, и крюк с блоком медленно подымается вверх. Эта идея реализовалась у меня на телеге с новым Циррусом:

 

Преимущества блочного привода:

• возможность сделать очень большие амплитуды подвижного конца нитки
• увеличенная в 2 раза скорость перемещения подвижного конца нитки чем у качалки сервы
• натянутость нитки не дает возможности ей затянуться в винт при заднем расположении серв
• не обязательно применять очень быстрые сервы, так как скорость перемещения все равно увеличивается
• меньшие плечи качалок, что меньше подвержено цепляниям за траву

Недостатки блочного привода:

• Очень высокие требования к сервам(усилие, материал редуктора)
• Необходимо ограничивать перемещения блочков для предотвращения переворачивания

Итак блочный привод клевант предоставляет очень много выгод для любой телеги или свободной модели с пилотиком, которая должна выполнять элементы акро или же для получения хорошей маневренности аппарата, но цена такого привода - это цена серв, которые требуются для обеспечения этих выгод.

Для своей телеги я купил высоковольтные цифровые китайские сервы BLS-3114, которые имеют 31кг усилия на 7.4В бортовом питании и при этом скорость перекладки 0.14с/60°. Сервы в стандартном по размерам формате, но имеющие легкосплавный фрезерованный металлический корпус и титановый редуктор. Для акселератора была куплена похожая серва, но на 25кг на 7.4В.

Параметры блочного привода вместо 75 мм плеч с прямым линком клевантной нитки, стали следующими: плечо клевантной качалки 50мм, ход блока 70мм, ход подвижного конца нитки 140мм(2*хода блока). Усилие при 6.6В на сервах в районе 28кг, что на конце нитки клеванты даст 28 / 5 / 2 = 2.8кг. Что вполне достаточно для совершения любых маневров без перегруза серв и риска среза редуктора.

Для подцепа клевантных ниток к стропам задней кромки, а также ниток аселератора к мольям акселератора на передних рядах свободных концов, я использую рыболовные карабины Owner N2. Это почти самые крупные карабинчики из линейки, но в тоже время удобные, неразгибаемые нагрузками в парамодели и долговечные. Также я пользую кольца Axis AX-97119 (Size 8) для привязки их на стропах куда цепляются карабинчики клевант.

 

 

Более мелкие карабинчики (номер уменьшается) ставить не советую даже на модель с крылом НК - проволока уже разгибается гораздо легче, и разжимать и сжимать гораздо неудобней. Не стоит экономить и недооценивать мелкие парапланы. Я сталкивался с ситуацией когда карабинчик N1 разжимало в кусок прямой проволоки при банальном силовом повороте на моей телеге весом 1.8кг с крылом НК.

Основное правило при настройке угла атаки крыла в полевых условиях - не забывать также регулировать длину стропы управления!

Почему это делать необходимо? Посмотрим на рисунок ниже:

 

Так как данное крыло при отпускании триммера(в "минус") как бы повернулось вокруг переднего ряда, а остальные ряды взаимосвязанно поменяли свои длины, но привязанная к свободному концу управляющая стропа не имеет такой степени свободы, то она осталась прежней длины и задняя кромка автоматически поджалась, как будто обе клеванты были затянуты. При триммировании в "плюс" будет обратная ситуация - управляющая стропа не изменив своей длины относительно других рядов "удлинится" и станет провисать, тем самым не давая серве клеванты рулить. Большая часть или же весь ход качалки клеванты будет тратиться на натяжение управляющей стропы, а не полезного хода задней кромки. Поэтому необходимо при строповании крыла предусмотреть оперативный способ изменения длины управляющей стропы. Перевязывание у свободного конца влечет за собой и изменение длины промежуточной клевантной нитки, так как изменится длина между колечком на управляющей нитке и петлей свободного конца. Потому рекомендовано менять длину со стороны первого разветвления. Так как у моего крыла все сделано на перевязываемых узлах, мне не составляет труда изменить длину любой нитки в крыле включая управляющие. Так что этот момент требует проработки.

 

АКСЕЛЕРАТОР НА ПАРАМОДЕЛИ

Акселератор - это необходимость на взрослом свободном параплане, необязательный орган управления на моторном взрослом параплане и роскошь на парамодели. Без него летать будет, но с ним будет летать интересней!

При акселерации крыло приобретает меньший угол атаки и большую скорость полета, но также получает и больший риск фронтального сложения. Потому следует акселерацию применять только в тех случаях когда она действительна нужна.

Возвращаясь к регулировке длины управляющей стропы при триммировании, можно спросить - а что происходит при акселерации с длиной управляющей стропы? Ответ прост - она "укорачивается", но в гораздо меньшей степени чем при триммированнии. Физика проста - при триммировании заднего ряда("неподвижного") мы как бы поворачиваем профиль вокруг точки на молье первого ряда, амплитуда изменения высоты самой задней точки профиля велика - катет равен гипотенузе(расстояние между точкой первого ряда и самой задней точкой профиля) помноженной на синус угла поворота профиля при триммировании. Но при акселерации укорачиваются передние ряды, а не задние и поворот идет вокруг заднего ряда(мольи), который расположен гораздо ближе к задней кромке, потому гипотенуза будет в 3 раза меньше и итоговое "укорочение" управляющей стропы будет мало, что почти не изменит характеристик крыла (оно приобретет слегка вогнуто-выпуклый профиль с большей подъемной силой чем с плоской нижней частью в Нейтрали).

Основные проблемы с реализацией акселератора на парамодели - это рассчет плеча качалки, рассчет амплитуды хода акселератора и обеспечение одновременной затяжки обоих предних рядов на свободных концах.

Рассчет плеча должен строиться от рассчетра амплитуды. При пошиве свободных концов следует закладывать немного больший ход акселераторной мольи чем требуется крылу. Хотя заранее неизвестно сколько же можно максимально украчивать передние ряды чтобы не получить постоянную фронталку, но имеет смысл придерживаться эмпирической формуле - максимальный ход акселя не больше 2.5% хорды крыла. Таким образом для моего Цирруса с хордой 930мм, ход акселя должен не превышать 25мм. Для обеспечения такого хода в конкретно моей телеге пришлось применить качалку длиной 45мм. Обусловлено это высотой расположения сервы по отношению к "полу" кунга(она стоит почти на уровне пола) и ограничением поворота качалки только в верхней части круга(верхние 60° поворота качалки из 120 возможных). Чтобы обеспечить более менее линейную характеристику вытягивания поворот ограничен 60°. Усилие на конце плеча будет 22кг /4.5 = 4.8 кг, что превосходит вес телеги на 2кг и достаточно для выдерживания ее веса в полете.

Выполнение активного маневрирования в режиме акселерации нерекомендуется, так как во-первых крыло более склонно к сложениям, и нагрузка на серву растет с перегрузками - при 2G уже усилие на конце плеча(вес телеги) качалки перевалит далеко за максимальное усилие сервы и она может поломаться(сорвет редуктор, погорит мотор или транзисторы).

Выполнять высоконагруженные маневры нужно только в нормальном положении акселератора(убран), когда всю нагрузку воспринимают не серва акселя, а ремни свободнных концов. У моторизованного параплана всегда больше всего нагружены первые ряды, потому перегрузки будут больше всего влиять на них и на серву акселя!

Чтобы отвести обе нитки от качалки сервы акселератора к свободным концам требуется достаточно непростая система направляющих колец или роликов(или их комбинации). Я сделал именно комбинацию (изначально были все ролики, но потом отказался от такой схемы):

 

В конечной схеме остались только первые ролики, рядом расположенные. Они параллелят нитки на первом отрезке и при любом положении качалки длины их почти не меняются относительно друг друга. Позднее я часть роликов заменил на полипропиленовые хомутики для привинчивания проводов к стене. Они гладкие, с отбортовкой чтобы стропы не перетирались и легко монтируются и стоят копейки за 100шт.

Наличие первых направляющих роликов почти обязательно, так как они первыми принимают нагрузку и угол выхода нитки под 90°. Трение скольжения не рекомендуется для такого поворота, потому лучше иметь трение качения.

 

НАСТРОЙКА СТРОП КЛЕВАНТ И АКСЕЛЕРАТОРА

Что касается настройки строп клевант и акселя, то тут есть два пути - практический и приблизительный. Первый требует первоначальной продувки крыла на ветру, регулировки и тестового полета и повтора цикла регулировки, а второй путь - это вытягивание пристегнутого крыла примерно в полетное положение (купол чуть позади) и регулировка длин строп в таком положении с последующими полетами.

Что значит вытягивание? Берем в охапку концы и распускаем их так как они примерно займут во время моторного полета. См. Ситуацию 2

Далее цепляем карабинчики на мольи акселя и переводим его на пульте в отпущенное положение. Далее регулируем длины ниток так чтобы в этом положении качалки сервы(вверх), ремни первого ряда были натянуты и воспринимали всю нагрузку на себя, но стропы акселя бы были не провисшими, а почти натянутыми. Серва не должна "петь" если взять руками за концы и подвесить ее. Регулировка клевант делается похожим способом, только вытягивать надо управляющую нитку примерно на тот градус что будет в полете(см вышеприведенную ссылку), при натянутой стропе, клевантная нитка с зацепленным к колечку карабинчиком также должна иметь почти натянутость, и без слабины. Иными словами в полете при отпущенных клевантах нагрузку должны воспринимать натянутные управляющие стропы, а не сервы через клевантные нитки.

После пробных полетов может показаться что что-то перетянуто или недотянуто - нужно смотреть на опущенность задней кромки крыла, тенденции к поворотам в какую то сторону при свободном планировании (без тяги!). Если где то перетянуто, то нужно сесть и отпустить немного на клевантной стропе или на корневой управляющей стропе у первого разветвления.

Нужно запомнить что триммировать модель параплана как модель самолета (с пульта) нельзя! Здесь совершенно иная тактика управления в небе, и подтянув сервой нитку при "модельном триммимровании" - неизбежно сократится полезный ход клеванты и соотвественно изменится работа тормоза. Гораздо надежней изменить длину нужной стропы! В процессе эксплуатации я вообще ни разу не трогал триммера на пульте.

 

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