Как я делал свой самолёт
Здравствуйте, дорогие Хабровчане!
Меня зовут Константин Томаревский. Я инженер компании Deutsche Telekom IT Sotutions. Хотел поделиться с Вами своей давней задумкой, которую пытаюсь воплотить в «железе».
По образованию я авиационный инженер. Когда я поступал в Университет СПбГПУ, я мечтал о том, что буду конструировать самолёты (ну или космические ракеты), буду работать в каком-нибудь конструкторском бюро и проводить рабочие дни за математическими расчётами, лабораторными стендами и полевыми испытаниями. Я закончил Университет, получив там очень много теоретических знаний, но ни разу не прикоснувшись к настоящей практике. Прошло уже много времени, но мысль о том, что мои знания так и остались знаниями, и не воплотились в практической плоскости, не покидала меня и я решил попробовать сделать пусть и совсем не большой, но реально функционирующий по всем правилам летательный аппарат.
Первоначальная идея
Мой университетский профиль — это системы управления летательными аппаратами. Мне всегда было интересно, как ведёт себя летательный аппарат (планер, самолёт) в зависимости от управления им, то есть от того, каким образом отклоняются его управляющие поверхности, как быстро и в какой конфигурации. Ещё один интересный момент — эффективность управляющих плоскостей. На разной скорости полёта их отклонение действует на летательный аппарат с разными усилиями. Если подобрать отклонения для разных скоростей, можно сделать мягкое управление летательным аппаратом.
Первая идея заключалась в приобретении готовой полноценной модели планера и проектирования радиоуправления со встроенной системой автоматизированного управления, в том числе и автопилотом. По радиочасти я продвинулся достаточно далеко и собрал два одинаковых приёмопередатчика для отработки цифрового канала управления. Об этом, если будет интересно, расскажу в другом посте.
После продолжительных поисков я понял, что хочу создать с нуля не только систему управления, но и сам планер, чтобы это был мой планер, не похожий ни на какой другой. Было не очень интересно повторять то, что уже создано.
Развитие идеи
Когда-то давно, ещё в школьные времена, я ходил на радиокружок. Рядом с ним на этаже располагались также судомодельный и авиамодельный. Я иногда заходил к авиамоделистам и смотрел как они работают. Когда начал заниматься этим проектом, прошерстил Интернет на предмет технологии создания авиамоделей, пересмотрел много роликов на YouTube и понял, что этого мне мало. Я не хочу создавать одиночную модель из чего попало. Нужна была настоящая технология, с помощью которой, воспользовавшись ей единожды, я смогу делать одинаково точные модели в любом количестве. Как на конвейере. Выбор незамедлительно пал на 3D-моделирование и 3D-печать. Эти технологии позволяют создавать самые разнообразные формы аэродинамических поверхностей с большой точностью.
Расчёт планера
Та ещё задачка. Прежде всего нужно было определиться с размерами. Забегая вперёд, от этого зависело то, как придётся резать модель для того, чтобы её можно было напечатать на 3D принтере — область печати не «резиновая». Я принял решение, что это будет узкофюзеляжный низкоплан с классическим хвостовым оперением. Я задал следующие параметры:
- длина корпуса: 90 см
Параметры крыла:
- размах: 130 см
- удлинение: 7,8
- сужение 2,5
- площадь: 2160 кв. см
- геометрическая крутка — 4 градуса
- аэродинамическая крутка — нет
- поперечное V — 5 градусов
- профиль крыла — ЦАГИ-718 14%
Двигатель:
- электрический бесколлекторный
- заявленная тяга двигателя ~ 10Н
- Двухлопастной винт 10×7
Трёхопорное шасси — с основными стойками под крыльями и носовой стойкой. Все шасси убирающиеся, переднее шасси может поворачиваться. При массе всей конструкции со всеми силовыми и управляющими компонентами и электроникой 1,8 кг расчётная скорость взлёта при угле атаки 12 градусов примерно 10 м/с.
Проектирование
На первом курсе университета у нас была инженерная графика на компьютере в среде «Компас». Поэтому и сейчас выбор среды моделирования пал именно на него. Только тогда 3D мы не проходили, поэтому пришлось эту область осваивать самому. И это оказалось безумно интересно! Вот что получилось:
Ну или так:
3D печать
Для печати был приобретён один из самых простых 3D принтеров. На самом деле, расчёт планера, проектирование и печать были тесно переплетены. Дойдя на определённом этапе до проектирования и печати, приходилось часто возвращаться назад и пересматривать расчёты, первоначальные параметры. Что-то было слишком сложно реализовать с учётом ограниченной области печати принтера и особенностей печати, что-то просто отбросилось за ненадобностью. Некоторые части (например крылья), пришлось перепроектировать с учётом прочности пластика (утолщать стенки). Ещё одной из задач было сделать так, чтобы не было ни одного клееного или паянного соединения. Я старался проектировать модель таким образом, чтобы некоторые части можно было перепроектировать и перепечатать, не затрагивая всю модель. После долгих усилий и примерно 230 часов печати и перепечатывания получилось следующее:
Я начинал проектирование модели с хвоста. Первым печатался также хвост. От этого качество печати хвоста не лучшее. Постепенно осваивая печать, я довёл её до довольно высокого качества. Масса всей конструкции получилась чуть больше 2 кг что оказалось несколько больше проектной.
Вид с хвоста:
Передняя стойка шасси:
Расположение двигателя:
Промежуточный итог
Что мы имеем по внутреннему оснащению:
- Двигатель
- Литий-полимерный аккумулятор на 6000 миллиампер-часов
- 6 сервоприводов
- 3 стойки шасси
Лётных испытаний ещё не проводилось. Надо ещё много чего доделать. Кроме того, я ещё не определился с выбором пульта управления. Об этом буду рассказывать в следующих постах.
Вспомним старый добрый спор, всколыхнувший в своё время многие форумы в Интернете — взлетит или не взлетит?
