Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Описание мотора

В “Бесколлекторных моторах” отсутствует знакомый всем по разборке электроинструмента элемент “Щетки”, роль которых заключается в передаче тока на обмотку вращающегося ротора. В бесколлекторных двигателях ток подается на обмотки не-двигающегося статора, который, создавая магнитное поле поочередно на отдельных своих полюсах, раскручивает ротор, на котором закреплены магниты.

Первый такой мотор был напечатан нами 3D принтере как эксперимент. Вместо специальных пластин из электротехнической стали, для корпуса ротора и сердечника статора, на который наматывалась медная катушка, мы использовали обычный пластик. На роторе были закреплены неодимовые магниты прямоугольного сечения.

Естественно такой мотор был не способен выдать максимальную мощность. Однако этого хватило, что бы мотор раскрутился до 20к rpm, после чего пластик не выдержал и ротор мотора разорвало, а магниты раскидало вокруг. Данный эксперимент сподвиг нас на создание полноценного мотора.Несколько первых прототипов

Узнав мнение любителей радиоуправляемых моделей, в качестве задачи, мы выбрали мотор для гоночных машинок типоразмера “540”, как наиболее востребованного. Данный мотор имеет габариты 54мм в длину и 36мм в диаметре.

Ротор нового мотора мы сделали из единого неодимового магнита в форме цилиндра. Магнит эпоксидкой приклеили на вал выточенный из инструментальной стали на опытном производстве.

Статор мы вырезали лазером из набора пластин трансформаторной стали толщиной 0.5мм. Каждая пластина затем была тщательно покрыта лаком и затем из примерно 50 пластин склеивался готовый статор. Лаком пластины покрывались чтобы избежать замыкания между ними и исключить потери энергии на токах Фуко, которые могли бы возникнуть в статоре.

Корпус мотора был выполнен из двух алюминиевых частей в форме контейнера. Статор плотно входит в алюминиевый корпус и хорошо прилегает к стенкам. Такая конструкция обеспечивает хорошее охлаждение мотора.

Виды двигателей для авиамоделей

Реактивные двигатели на авиамодели бывают нескольких основных типов и двух классов: воздушно-реактивные и ракетные. Некоторые из них устарели, другие слишком затратные, но азартные любители управляемых авиамоделей пытаются опробовать новый двигатель в действии.

Со средней скоростью полета в 100 км/час авиамодели становятся только интересней для зрителя и пилота. Популярнейшие типы двигателя отличаются для управляемых и стендовых моделей, в силу разного КПД, веса и тяги. Всего типов в авиамоделировании немного:

  • Ракетный;
  • Прямоточный воздушно-реактивный (ПРВД);
  • Пульсирующий воздушно-реактивный (ПуРВД);
  • Турбореактивный (ТРД);

Ракетный используется только на стендовых моделях, и то довольно редко. Его принцип работы отличается от воздушно-реактивного. Основным параметром здесь выступает удельный импульс. Популярен из-за отсутствия необходимости взаимодействия с кислородом и возможности работы в невесомости.

Прямоточный сжигает воздух из окружающей среды, который всасывается из входного диффузора в камеру сгорания. Воздухозаборник в этом случае направляет кислород в двигатель, который благодаря внутреннему строению заставляет нагнетать давление у свежего потока воздуха.

Во время работы, воздух подходит к воздухозаборнику со скоростью полета, но во входном сопле она резко уменьшается в несколько раз. За счет замкнутого пространства нагнетается давление, которое при смешивании с топливом выплескивает из обратной стороны выхлоп с огромной скоростью.

Пульсирующий работает идентично прямоточному, но в его случае сгорание топлива непостоянное, а периодичное. При помощи клапанов топливо подается только в необходимые моменты, когда в камере сгорания начинает падать давление. В своем большинстве реактивный пульсирующий двигатель совершает от 180 до 270 циклов впрыскивания топлива в секунду. Чтобы стабилизировать состояние давления (3,5 кГ/см2), используется принудительная подача воздуха с помощью насосов.

Турбореактивный двигатель, устройство которого вы рассматривали выше, обладает самым скромным расходом топлива, за счет чего и ценятся. Единственным их минусов является низкое соотношение веса и тяги. Турбинные РД позволяют развить скорость модели до 350 км/ч, при этом холостой ход двигателя держится на уровне 35 000 оборотов в минуту.

Детский планер. переделываем в радиоуправляемый самолёт.

За последний год в России продано более миллиона таких планерочков. И возможно, пол миллиона пап и мам, услышали вопрос от сына или дочери.

— Пап, а что будет, если к планеру моторчик прикрутить, он далеко полетит?

На этот детский вопрос я постараюсь ответить в статье. Итак, встречайте переделку самой массовой авиамодели в истории России — метательного планера в радиоуправляемый самолет.

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
В июне, когда я вышел на работе на перекур я заметил, как на детской площадке через дорогу пацан лет 7-8 кидает симпатичный планерок из ЕПП. Меня тут же посетила мысль, а откуда он его взял? Вряд ли его родители дошли до того уровня, что все можно купить на АЛИ, авиамодельных магазинов по близости не было. И очень мало вероятно, что он с папой посещал один из них. Загадка природы, однако.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Через пару недель я обнаружил, что похожий самолетик продается в газетном киоске на Октябрьском поле. Через месяц я заглянул в десяток киосков по дороге на работу — самолетики были вывешены на стекло в 7 из них. Это означало, что они пользуются хорошим спросом. Кто-то очень не глупый привез ну очень большую партию этих игрушек, да еще и умудрился без рекламы пропихнуть их на газетный рынок. Применив секретную арифметическую формулу, я прикинул, что только в Москве за лето этих самолетиков было продано минимум тысяч 300, а то и больше… Получалось, что этот безымянный китайский планерочек стал самой массовой авиамоделью в России.
Отказать себе в удовольствие, сделать из САМОГО массового планера модель не убиваемого радиоуправляемого самолета, я не смог.
В конце августа, возвращаясь с работы, на Савеловском вокзале я наткнулся на мужика, который торговал с рук этими игрушками, видимо, не от хорошей жизни. Цена в 300 рублей показалась мне адекватной и я приобрёл у него игрушку.

Потом в киоске я видел похожую модель за 546 рублей. Тут меня бесы подбили зайти на Али-экспресс и сравнить цены. Мой планерок стоил там около 3 баксов, за 582 рубля, я заказал 4 модели. Две с размахом крыльев 48 см и две с размахом крыльев 34 см. Зачем мне это надо, легко отвечу – планерочек очень хороший подарок на день рождение кому-нибудь из моих коллег. Они с удовольствием покидают его со своими детьми.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Немного о самой модельке. Модель очень компактна — продается в разобранном виде, собирается за полминуты, вставляете крыло в фюзеляж и полетели.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
В пластмассовой кабине находится светодиодная мигалка с батарейками.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Включив бортовую иллюминацию планер прикольно покидать его в сумерки.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Сначала планер немного покидал на даче, чтобы убедиться, что он действительно летает. Убедился, игрушка планирует. Идеальное развлечение для гостей на даче, после шашлыка и коньяка покидать планерок друг другу. Планер лёгкий, стекло машине не разобьёт, это точно.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Сломать его даже после коньяка НУ очень сложно. Было проведено несколько тестовых запусков планера в кирпичную стену.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Ни стена, ни планер не пострадали.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Так же вечером, планер покидали с включённой иллюминацией. Замечательно, сразу найти его в темноте легко, хорошо видно место приземления.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
До кучи поснимал ночные полёты металки в режиме «фриз лайт». Гостей, для проверки их реакции на новое развлечение, я так не дождался, руки чесались начать переделку игрушки.
Запаса комплектующих должно было хватить, несколько лет назад мне всё хотелось сделать сверх лёгкую модель весом менее 100 граммов, вот и назаказывал всякой мелочи. Но тогда я смог уложиться только в узаконенные 250 граммов. Так, что был шанс воплотить 100 граммовую мечту.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Для начала взвесил планер, 44 грамма.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
С выбором материала, из которого будут изготовлены рули и элероны заморачиваться не стал, был 5-и миллиметровый депрон – подложка под ламинат. Продается в Оби или Леруа. Потолочная плитка лежала в дальнем углу мастерской – за ней не полез.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Для начала займёмся укреплением крыла. Вклеиваем 3-х мм-ю карбоновую трубку на расстоянии 2-3 см от передней кромки крыла. Сначала делаем два параллельных надреза на глубину 3 мм, после этого подрезаем пенопласт, чтобы получилась канавка.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Обильно смазываем трубку клеем и вминаем её в канавку. Лишний клей скатываем катышками.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Вырезаем рули и элероны. Прикинул размеры, разметил ручкой на депроне заготовки. Вырезал по металлической линейке. Депрон хорошо режется обычным канцелярским ножом. Не надо никаких сверх острых скальпелей покупать.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Теперь чурбачком, который завернут в мелкую шкурку доводим заготовки до округлой формы (более или менее обтекаемой). Теперь ищем в бардаке/в мастерской трёх дюймовую дискету, из неё будем делать петли, на которые повесим рули.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
В торце рулей делаем надрезы глубиной 10-15 мм, в них будут вклеены петли.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Из дискеты вырезаем полоски, острым шурупом наносим перфорацию. С ней петля вклеивается в депрон на мертво.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Клеем Титан или его аналогом промазываем прорези для петель, для этого удобно использовать зубочистку. Вклеиваем полоски/петли. Элеватор на всякий случай усилил, вклеил карбоновый пруток.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Делаем такие же прорези в крыле/стабилизаторе и вклеиваем в него петли.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Руль подвешен.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Теперь делаем кабанчики для тяг. Тут нам понадобится деревянная линейка (один из основных материал авиамоделиста). Высота кабанчика 15-16 мм, вырезаем канцелярским ножём заготовки. Сверлим парочку отверстий под диаметр стальной проволоки, из которой будет сделан наконечник тяги.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Склеиваем вертикальную часть с основанием. Клеить лучше циакрином. Доводим на шкурке форму кабанчика до обтекаемой Шкурка – основной инструмент, если что не так, то всегда можно зашкурить.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Вклеиваем кабанчики в рули – или нет ещё рано:(. Вклеивать будем после установки серв.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Прикладываем сервомашинку к фюзеляжу и обводим её ручкой. Канцелярским ножом вырезаем прямоугольное углубление.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Втыкаем сервомашинку в отверстие, предварительная установка завершена.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Тяги сделаны из карбонового прутка – короткие из прутка диаметром 1 мм, длинные из 2 мм-го. Прикладываем пруток к сервомашинке и отмечаем место на руле, куда удобно вклеить кабанчик. Вклеиваем кабанчик. Делаем отметку на прутке надфилем, по отверстию в кабанчике. Отпиливаем надфилем по отметке. Наконечники тяг сгибаем из стальной проволоки диаметром около 1 мм. Наконечники приматываем к прутку ниткой, смазываем клеем, тут лучше использовать Титан. Ждём пока клей высохнет. Теперь можно установить тягу.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Тяги установлены, не очень эстетично получилось, но как сделать по другому, я пока не придумал.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Фонарь кабины легко отделяется от фюзеляжа, он приклеен четырьмя капельками клея.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Самая сложная работа – вывести провода сервомашинок через отверстие в кабину. После этой операции припаиваем две сервомашинки, которые будут управлять элеронами, к одному разъёму. Можно, конечно, купить Y-кабель, но модель и так получается тяжёлой.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
В кабине вырезаем углубление под аккумулятор. 300 мА-й аккумулятор Турниги помещается идеально.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Плавно перейдём к моторной группе. Двигатель НК 1610/3400 Кv – весит около 4 г. Моторама сделана из деревянной линейки, она приклеена к стойке, которая тоже вырезана из линейки. Двигатель крепится к мотораме на 4-х микрошурупах. Потом стойка обклеена пенопластом. Винт 5*4,3 дюйма, поставил первый попавшийся. Стойка просто втыкается в прорезь в фюзеляже – крепление временное. Надо было понять – полетит или не полетит, в принципе, в этим углом выкоса. В будущем она будет закреплена более надёжно.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Регулятор Турниги 6А, припаян к двигателю.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Долго думал, куда пристроить большой приёмник. Всё поместилось в кабину, надо только выкрутить из-под неё стойку, под неё спрятать приёмник и провода. Даже светодиодную иллюминацию снимать не надо.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Оставалось прикрепить кабину обратно. Тут я вспомнил одну древнекитайскую мудрость. «Всё можно починить с помощью скотча, а что нельзя починить, то можно починить большим количеством скотча!”—перевод не очень точный. Кабина с приемником внутри перед полётом приклеивается к фюзеляжу скотчем.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Вид снизу.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Когда взвесил модель после переделки – сильно расстроился. 116 граммов получилось. Не уложился в 100.
Можно было не ставить сервы на элероны и приёмник найти поменьше 4 граммовый, например. Тогда возможно я приблизился бы к весу 100 граммов.f

Смотрите про коптеры:  Чертежи модели самостоятельно- это не сложно. — Паркфлаер

Первые полёты
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Первый выход в поле был не особенно удачным. Центровка модели после переделки получилась 1/3 от передней кромки крыла. Прошлая моя модель с такой центровкой летала очень хорошо. Но планерочек всё норовил зарыться в землю, даже поднятый руль высоты не помог. Да и похоже навыки управления я растерял, два года пульт в руки не брал. Модельку надо было чуток доделать и уговорить пилота приехать на дачу.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
201_самикr
Переделка – минимальна, чтобы сдвинуть центр тяжести процентов на 50, я воткнул монету достоинством 1 рубль под хвост.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
202_самикr
Немного поднял руль высоты, чтобы модель меньше клевала носом.

Пилот с подружками свалился на дачу в субботу к вечеру, было темно и запускать самик было стрёмно. Вышли в поле в воскресение днём.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Хорошо, что Катя не забыла, на какие кнопки на пульте надо нажимать.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Со второго раза она полетела и сделала круг над полем.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Поворачивала, исключительно используя элероны. Элероны отрабатывали нормально.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
У дочери получилось удержать модель в воздухе не более 2-х минут. То, что самолёт, летает с неопытным пилотом, было доказано. Теперь можно приступить ко второму варианту переделки планера.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

ТТХ модели планера:

Длина: 46 см
Размах: 48 см
Площадь крыла около: 4 дм кв
Вес: 44 грамма

Стоимость комплектующих:
Сервомашинки 4 шт по 300 руб. – 1200 руб.
Регулятор для двигателя – 800 руб.
Двигатель – 900 руб.
Пульт с приёмником – 2600 руб.
(Пульт с максимальными возможностями по очень умеренной цене FlySky FS i6,)
Цены указаны усреднённые по китайским интернет-магазинам.

Если у вас нет опыта полётов, то очень рекомендую потренироваться пару недель на компьютерном симуляторе, который стоит сейчас очень недорого. Пульт управления подключается к компьютеру. На симуляторе вы сможете отработать необходимые навыки управления моделью, чтобы не разочаровать ваших детей, разбив модель в первом же полёте.

PS:
Пока писал статью. Успел доделать второй прототип переделки планера в самолёт.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Сервомашинку, которая управляет рулём высоты разместил ближе к хвосту. Руль направления делать не стал.
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Элероны вырезаны из крыла. Двигатель 10 граммов. В итоге вес модели получился около 120 граммов. Облёта пока не было, но, думаю, модель должна полететь.

Измерение характеристик

Для достижения максимальных характеристик своих разработок, необходимо проводить адекватную оценку и точное измерение характеристик. Для этого нами был спроектирован и собран специальный диностенд.

Основным элементом стенда является тяжёлый груз в виде шайбы. Во время измерений, мотор раскручивает данный груз и по угловой скорости и ускорению рассчитываются выходная мощность и момент мотора.

Для измерения скорости вращения груза используется пара магнитов на валу и магнитный цифровой датчик A3144 на основе эффекта холла. Конечно, можно было бы измерять обороты по импульсам непосредственно с обмоток мотора, поскольку данный мотор является синхронным.

Кроме оборотов наш стенд способен измерять ещё несколько важных параметров:

  • ток питания (до 30А) с помощью датчика тока на основе эффекта холла ACS712;
  • напряжение питания. Измеряется непосредственно через АЦП микроконтроллера, через делитель напряжения;
  • температуру внутри/снаружи мотора. Температура измеряется посредством полупроводникового термосопротивления;

Для сбора всех параметров с датчиков и передачи их на компьютер используется микроконтроллер серии AVR mega на плате Arduino nano. Общение микроконтроллера с компьютером осуществляется посредством COM порта. Для обработки показаний была написана специальная программа записывающая, усредняющая и демонстрирующая результаты измерений.

В результате наш стенд способен измерять в произвольный момент времени следующие характеристики мотора:

  • потребляемый ток;
  • потребляемое напряжение;
  • потребляемая мощность;
  • выходная мощность;
  • обороты вала;
  • момент на валу;
  • КПД;
  • мощность уходящая в тепло;
  • температура внутри мотора.

Видео демонстрирующее работу стенда:

Использование

Основной сферой применения была и остается авиационная направленность. Количество и размер разных типов ТРД для самолетов ошеломляет, но каждый из них особенный и применяется при необходимости. Даже в авиамоделях радиоуправляемых самолетов время от времени появляются новые турбореактивные системы, которые представляются на всеобщий обзор зрителям выставок и соревнований.

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
В последнее десятилетие парашютисты и спортсмены экстремального вида спорта вингсьют, интегрируют мини ТРД как источник тяги для полета с применением костюм-крыло из ткани для вингсьюта, в этом случае двигатели крепятся к ногам, или жесткого крыла, надеваемого как рюкзак на спину, к которому и крепятся двигатели. Еще одним перспективным направлением использования являются боевые беспилотники для военных, на данный момент их активно используют в армии США.

Самым перспективным направлением использования мини ТРД — беспилотники для транспортировки товаров между городами и по миру.

Как и чем управлять

Нормальные люди берут приемник, втыкают в него сервомашинки, регулятор скорости, двигают рычажки на пульте и радуются жизни не задаваясь принципами работы и не углубляясь в подробности. В нашем случае такое не пройдет. Первой задачей стало узнать каким макаром управляются сервомашинки.

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Итак, если мы хотим установить привод в крайнее левое положение нужно слать импульсы длительностью 0,9мс с интервалом 20мс, если в крайнее правое — длительность 2,1мс, интервал тот же, ну со средними положениями аналогично. Как оказалось, регуляторы скорости управляются аналогично. Те, кто в теме скажут что это

, который реализовать на любом микроконтроллере — плевое дело. Вот и я так решил, купил в местном магазине сервомашинку и склепал на макетке для нее так называемый сервотестер на ATtiny13. И тут оказалось, что ШИМ не совсем простой, а с подводными камнями.

Как видно из вышеприведенной диаграммы, скважность (отношение длительности импульса к длительности периода) от 5% до 10% (в дальнейшем я за крайние положения принимаю импульсы длительностью 1,0мс и 2,0мс) для 256-значного ШИМ счетчика ATtiny13 это соответствует значениям от 25 до 50.

Но это при условии, что на заполнение счетчика уйдет 20мс, а на деле так не получится и для частоты 9,6МГц и предделителя 1024 нужно ограничить счетчик значением 187(ТОР), в таком случае у нас получится частота 50,134Гц. В большинстве (если не во всех) сервомашинок нету точного генератора опорной частоты и поэтому частота управляющего сигнала может немного плавать.

Если оставить ТОР счетчика 255, то частота управляющего сигнала будет 36,76Гц — на некоторых приводах оно будет работать (возможно с глюками), но далеко не на всех. Итак, теперь у нас 187-значный счетчик, для него 5-10% соответствуют значениям от 10 до 20 — всего 10 значений, немного дискретно получится. Если думаете поиграть с тактовой частотой и предделителем ниже привожу сравнительную табличку для 8-битного ШИМа:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!
Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Я не думаю, что для китайской сервомашинки есть существенная разница в 600 и 1200 значений, поэтому вопрос с точностью позиционирования можно считать закрытым.

Как сделать самодельный мотор

Элементарные навыки и умение превращать энергию в движение предметов обязательно пригодятся в будущем. Невероятно увлекательный процесс создания самодельного мотора не займет много времени и финансовых трат, однако поспособствует приобретению полезных навыков при совместном времяпрепровождении.

Заранее подготовьте следующие элементы:

  • кусочек магнита или старый, ненужный виброзвонок мобильного телефона;
  • сверло;
  • фторопласт;
  • медная проволока;
  • провод;
  • микрочип.

Если кусочка магнита у вас нет, тогда подготовьте тиски, зажмите виброзвонок при помощи тонкого острого предмета (шила), изымите вал. После разожмите шилом вмятины на корпусе и снимите щеточный узел. Вот и показался магнит, теперь при помощи сверла подходящего диаметра извлеките его.

В качестве вала вращения используем сверло, так как данный инструмент подходит нам по техническим свойствам, сверла прочны к изгибам, износостойкие. Если вы заметили несоответствие внутреннего радиуса магнита к валу, тогда воспользуйтесь медной проволокой и намотайте её так, чтобы вал не болтался. Подобная манипуляция позволяет увеличить диаметр вала в месте соединения с ротором.

При помощи фторопласта сообразите втулки. Возьмите лист и просверлите отверстие около 3 мм, соорудите втулку, схожую на трубку. Отшлифуйте вал до соответствующего диаметра для свободного перемещения. Подобными действиями вы предотвратите трение.

Далее необходимо намотать катушки. Для этого закажите на токарном станке каркас нужного размера. Для наматывания 60-ти витков вам понадобится 90 см провода. После пропитываем катушку клеем, не снимая с каркаса. Но следите, чтобы катушка не приклеилась к каркасу.

Спаяйте один конец каждой обмотки между собой, получая единую с двумя выходами, которые припаиваются к микрочипу.

На самом деле, это лишь один вариант из многих, как можно самостоятельно сделать мотор. Если вам интересны подобные опыты, начните с малого, а после, возможно, именно вы откроете миру новые достижения в области физики.

Материалы и инструменты

На данный самолет у меня ушло в принципе не так уж и много материала. Учитывая, что некоторые узлы и детали переделывал по нескольку раз, пытаясь добиться более точного соответствия, количество истраченного материалы минимально. Больше всего потратил времени, так как из-за работы мог заниматься самолетом только по вечерам.

В статье Е. Рыбкина описывается изготовление самолета из пенопласта ПС-60. Там для его резки используется специальный станок, где роль ножа играет нагретая нихромовая (возможно я ошибаюсь в названии) проволока. Из-за отсутствия данного приспособления, я решил изготовить модель полностью из потолочки.

Смотрите про коптеры:  sail boat rc на АлиЭкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Более доступного материала на тот момент у меня не было. Я использовал потолочку разных производителей, разных расцветок, но одинаковых параметров: 500*500 мм, одинаковой плотности, толщиной в 3 мм и обязательно должна выглядеть, как «коробка от «Доширака»».

На самолет у меня ушло девять листов. Покупая в магазине потолочку, прикупите бутылочку клея для потолочной плитки. Я использовал клей «Мастер». Как выяснилось позже, это аналог широко известного клея «Титан». В общем, спросите у продавца, он Вам подскажет.

Затем идем в канцелярский магазин и покупаем там линейки деревянные 30 см и 50 см. Линейки длиной 30 см я использовал, как нервюры в крыле и для жесткости фюзеляжа. Как показала практика, для жесткости фюзеляжа лучше использовать 50 см линейку — они более толстые.

Там же, я прикупил цветной скотч для обтяжки модели. Из-за ограниченного ассортимента пришлось взять белый, синий и оранжевый цвета. Для имитации стекол искал черный скотч, но не нашел. Зато в нашем канцелярском магазине продаются вязальные спицы. Взял четыре штуки по 2 мм и две по 3 мм.

В принципе можно обойтись и без 3 мм спиц — я их использовал в качестве распорки между крылом и фюзеляжем, но спицы довольно тяжелые, после нескольких лихих виражей выпадали, и пришлось их заменить на пластиковые трубочки. Если у Вас нет готовой мотораммы, как в моем случае, то еще понадобится лист фанеры толщиной 3мм и размером примерно 200*200 мм.

Инструменты, которыми я пользовался: канцелярский нож, со сменным лезвием, ножницы, гелиевая ручка, шило и крестовая отвертка диаметром 3 мм, набор булавок и, конечно же, линейки.

Многоканальное управление

С одной сервомашинкой разобрались, но для самолета их нужно минимум три и еще регулятор скорости. Решение «в лоб» — взять микроконтроллер с четырьмя каналами 16-битного ШИМ, но такой контроллер будет стоять дорого и, скорее всего, займет много места на плате.

Второй вариант — запилить программный ШИМ, но занимать процессорное время — это тоже не вариант. Если снова посмотреть на диаграммы сигнала, то 80% времени он не несет никакой информации, поэтому рациональнее было бы ШИМом задавать только сам импульс 1-2мс.

Почему скважность изменяется в таких узких пределах, ведь проще было бы и формировать и считывать импульсы со скважностью хотя бы 10-90%? Зачем нужен тот неинформативный кусок сигнала занимающий 80% времени? Я заподозрил, что, возможно, эти 80% могут занимать импульсы для других исполнительных механизмов, а потом этот сигнал разделяется на несколько разных.

То есть, в периоде длительностью 20мс могут уместится 10 импульсов длительностью 1-2мс, затем этот сигнал каким-то демультиплексором разделяется на 10 различных с длительностью периода как раз 20мс. Сказано — сделано, нарисовал в PROTEUS такую схемку:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

В роли демультиплексора — 74HC238, на его вход E подаются импульсы с выхода микроконтроллера. Эти импульсы — ШИМ с периодом 2мс (500Гц) и скважностью 50-100%. У каждого импульса своя скважность, обозначающая состояние каждого канала. Вот так выглядит сигнал на входе Е:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!


Для того, чтобы 74HC238 знал на какой выход подать текущий сигнал используем PORTC микроконтроллера и входы A, B, C демультиплексора. В результате на выходах получаем такие сигналы:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Сигналы на выходе получаются правильной частоты (50Гц) и скважности (5-10%). Итак, нужно генерировать ШИМ частотой 500Гц и заполнением 50-100%, вот табличка для настройки предделителя и ТОР 16-битного счетчика:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Интересно, что возможное количество значений ШИМа ровно в 1000 раз меньше частоты таймера.

Передающая часть


Самолетная часть есть, осталось разобраться с наземной аппаратурой. Как уже писалось ранее, данные передаются по UART, на каждый канал по одному байту. Вначале подключал свою систему проводом через

к компьютеру и команды слал через терминал. Чтобы дешифратор определял начало посылки, а в будущем выделял посылки адресуемые именно ему, вначале шлется байт-идентификатор, затем 8 байт определяющих состояние каналов. Позже стал использовать радиомодули, при отключении передатчика все моторчики начинали дико дергаться.

Дабы отфильтровать сигнал от шумов, десятым байтом шлю XOR всех 9 предыдущих байт. Помогло, но слабо, добавил еще проверку на таймаут между байтами, если он превышается — вся посылка игнорится и прием начинается заново, с ожидания байта-идентификатора.

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!


Число в нижнем левом углу — контрольная сумма. Передвигая ползунки на компе двигались рули на самолете! Вообщем отладил я все это и стал думать о пульте ДУ, купил для него вот такие джойстики:

image

Но потом меня посетила одна мысль. В свое время я тащился от всяких авиасимуляторов: «Ил-2 Штурмовик», «Lock On», «MSFSX», «Ка-50 Черная Акула» и др. Соответственно был у меня джойстик Genius F-23 и решил я прикрутить его к вышеописанной проге с ползунками. Погуглил как это реализовать, нашел этот

и получилось! Управлять самолетиком с помощью полноценного джойстика, мне кажется, гораздо круче, чем маленькой палочкой на пульте. Вообщем все вместе изображено на первой фотке — это нетбук, джойстик, преобразователь на FT232, и подключенный к нему передатчик HM-T868.

Полеты

Первые вылеты были без шасси, без капота, с фанерной моторамой и спицами в качестве подкосов. Нетерпение заставило выехать в поле при довольно ощутимом порывистом ветре.

Проверка, центровка. Для груза на нос приклеиваю несколько пятирублевых монет. Пускаю с руки без мотора — полет не далек, но ровный, с небольшим креном. Решаюсь на полет с мотором. Первый вылет — комом. Самолет ни как не хотел лететь — на полном газу плавно опускался в траву.

Сказалось использование неизвестного мотора. Поле того, как самолет «сел» рядом с трубой, замаскированной в траве, решил не испытывать судьбу и поехал домой переделывать мотоустановку. Хорошо, что мотораму изначально делал универсальную, поэтому переделка не заняла много времени. Так же решил поставить Li-Po вместо стандартной батареи.

Снова в поле. Ветер еще более усилился, но это не останавливает, хотя мысль «а может обождать?» возникает. Опять проверка и взлет. Теперь другая картина — самолет летит, набирает высоту, делает неуверенные повороты, но все это как-то странно: против ветра нос задран — хвост опущен.

По ветру картина наоборот — нос опущен, хвост задран. Не сколько раз, при поворотах был подхвачен порывами. Один раз вывернуть не получилось, и не слабо приложился о землю. Появилась трещина под синей полоской. Но на этом эксперименты не прекращаются — надо ведь выяснить, что с самолетом не так. До выяснялся: во время одного из полетов самолет вдруг сделал две бочки и «мягко» сел в лужу. Подошли, и сразу все стало ясно — сломалась та самая перемычка, соединяющая половинки руля высоты.

Из повреждений того дня: помятый нос, трещина под полоской, оторванная спица-подкос. Немного. Едем домой на ремонт.

Следующее утро выдалось безветренным и решение ехать появилось сразу. Если честно, то переживал очень сильно: после первых полетов казалось, что самолет собран плохо и где-то куча недочетов и просчетов. Проверка на земле и старт. И, о чудо! Самолет летит как надо!

Набор высоты, поворот, другой, уменьшаю газ почти до половины, а он все равно летит! Восторгу нет предела! Единственное, что немного портило настроение — при поворотах надо быть очень внимательным с кренами: чуть зазевался и самолет стремительно теряет высоту.

Но ловится очень легко, хотя адреналину добавляет. Достаточно руль направления поставить в центр, а руль высоты взять немного на себе, и самолет переходит в горизонтальный полет. Правда, опыта у меня маловато и в итоге я его воткнул в землю. В этот раз повреждения были более значительными: лопнула моторама в местах крепления болтов, еще более помялся нос, сломало линейку, удерживающую батарейку.

Процесс изготовления реактивного двигателя

Для изготовления корпуса двигателя нужно отрезать кусок трубы длиной 55 мм.

В один ее торец вклеивается скоба из листового металла. В ней должно быть отверстие в центре для оси с лопастями.

Из тонкого листового металла вырезается 4 диска под внутренний диаметр трубы. Их нужно просверлить по центру, нарезать на них лопасти и выгнуть из них крыльчатки.

Далее берется кусок велосипедной спицы длиной 70 мм. На него надеваются крыльчатки. Чтобы их закрепить, используется клей и втулки с разрезанного на куски пустого стержня от шариковой ручки.

Ось с лопастями вставляется в трубку. Затем в нее вклеивается второе крепление. Чтобы ось не болталась, нужно поставить перед скобами втулки из стержня.

Из тонкого листового металла сгибается конус со срезанной вершиной. В нем делается 3 отверстия.

Конус приклеивается на корпус двигателя.

В 2 отверстия на конусе вклеиваются металлические трубки.

Их можно снять с телескопической антенны, также подойдут металлические стержни от шариковой ручки.

Двигатель прикручивается к деревянному основанию скобами из листового металла так, чтобы отверстие в конусе без трубки было вверху. Аналогично на подошву крепится электродвигатель. Его ось соединяется с реактивным мотором посредством стержня от ручки.

К контактам электродвигателя припаиваются провода.

На трубки из конуса натягиваются тонкие шланги.

Их нужно продолжить к свободной части деревянной подошвы и подключить к штуцерам закрепленных зажигалок.

Теперь при нажатии кнопок на зажигалках газ из них поступит в конус реактивного двигателя, где его нужно поджечь. Затем при запуске поддува воздуха появится тяга. Она будет продолжаться пока не отпустить зажигалки.

Реактивный двигатель из… бумаги!

Обычно журнал «Моделист-конструктор» рассказывает на своих страницах о работающих конструкциях, прошедших необходимые испытания. Однако данный материал – исключение из правил, и мы предлагаем читателям самим поучаствовать в доводке весьма оригинальной идеи, пока еще не сделавшей последнего шага к успеху.

Добившись определенных положительных результатов в освоении техники радиоуправления, я приступил к осуществлению мечты, пожалуй, всей моей жизни, – созданию собственной конструкции радиоуправляемого самолета. Разобравшись по Интернету, насколько возможно, в новой технике, я заказал из Китая двигатель «аутраннер» и регулятор к нему. Но пока мои покупки доставлялись, произошло одно важное событие…

Государственная Дума приняла закон об обязательной регистрации летательных аппаратов массой более 250 граммов! Интересовались ли когда-нибудь эти горе-законодатели правилами соревнований по авиамоделизму, и какие международные органы их устанавливают?

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптер Syma X26 — Отзывы

Тогда может быть, моделистам стоит действительно начать регистрировать свои модели? Но как быть, если многие из них, особенно у новичков, живут всего один полет. А что до нынешних «электричек», то с ними может не быть и его, поскольку у приобретенных в случайных источниках моторов, винтов, аккумуляторов просто не окажется достаточной тяги, чтобы оторвать аппарат от земли.

В результате, в сколько-нибудь серьезных классах авиамоделизм в ближайшем будущем законно сможет существовать только как покупка готовых китайских игрушек из легчайших материалов и интегральной радиоаппаратуры. А как техническое творчество, на доступных самоделках из реек и фанеры учащее молодых аэродинамике и конструкциям летательных аппаратов, он оказался фактически под запретом.

Знаю, что защитники закона начнут рассказывать нам сказки: «Вот принесет террорист беспилотник с бомбой на регистрацию, а мы его тут ка-а-ак схватим!» Однако подобные «отмазки» – далеко не новость, и уже более 30 лет, как предусмотрены в очень серьезных международных документах.

Словом, когда моя посылка пришла на почту, закон уже вступил в силу. Поэтому первым делом полученные мотор и регулятор отправились на весы: 85 граммов! Без винта, и без аккумуляторов, способных дать почти сотню ватт. Это был приговор моей электрической силовой установке… Я даже не стал тратить время, чтобы хотя бы разок запустить покупку, и сразу переключил свое внимание на пульсирующие воздушно-реактивные двигатели.

ПуВРД – вещь в моделизме известная, достаточно вспомнить такие конструкции, как GADO-300 или РАМ-1. Последний даже попал на плакат «От моделей ученических – до кораблей космических!» Времена, правда, были другие.

На первый взгляд, идея использования реактивного двигателя кажется бесполезной в нынешних условиях. Ведь известные конструкции весят около 300 г, требуют сложных станочных работ, сварки, жаропрочных сталей. Плюс необходим источник сжатого воздуха и высокого напряжения для запуска. Тем не менее, мною было сформировано «безумное» техзадание со следующими особенностями.

1. Технологичные прямоугольные формы каналов входной части

2. Основной материал корпуса двигателя… бумага! Ведь всем известна пиротехника с бумажными оболочками, выдерживающими немалые тепловые и механические нагрузки. Да, корпус, скорее всего, окажется одноразовым, но его наиболее сложная деталь – топливный модуль может использоваться многократно.

3. Запуск – прокачкой воздуха обычной резиновой грушей.

4. Доступность материалов, низкие требования к точности изготовления и низкая трудоемкость. Фактически, двигатель большей частью изготавливается из содержимого мусорного ведра!

5. Отсутствие дефицитных и тяжелых заводских свечей зажигания.

6. Масса – не более 50 г.

Первым отечественным серийным реактивным двигателем, который выпускался в 1960-х годах, был воздушно-реактивный двигатель РАМ-1. В основном он использовался для установки на скоростных кордовых моделях самолетов и моделях глиссеров. Конструкция РАМ-1 проста и количество его деталей невелико.

Головка обтекаемой формы состоит из корпуса, в котором спереди находится диффузорная часть жиклера и проходных каналов. Каждый лепесток клапана плотно закрывает одно проходное отверстие. Вся головка заключена в капот, а ее задняя часть имеет наружную резьбу, которая ввинчивается в корпус камеры сгорания.

Труба двигателя состоит из камеры сгорания, реактивного сопла и резонансной выхлопной трубы. Все они соединены точечной электросваркой. Корпус двигателя изготовлен из жаростойкой нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, головка из дюралюминия. Топливо в двигатель поступает в виде смеси паров бензина с воздухом.

Воспламенение – от запальной свечи. Разрежение, создаваемое при движении воздуха в узкой части диффузора, приводит к тому, что топливо самостоятельно поднимается из бачка по трубопроводу к жиклерным отверстиям, а выходя из них, топливо смешивается с воздухом.

Для запуска двигателя необходимо убедиться в непрерывной подаче электрического тока, наличии искры между электродами свечи и поступлении топлива, после чего следует направить струю воздуха от насоса под отверстие жиклера. Как только двигатель заработает, зажигание нужно отсоединить.

Нормальная работа РАМ-1 сопровождается выделением большого количества тепла (стенки корпуса накаляются докрасна), ровным высоким звуком и длинным голубым «языком» пламени выхлопных газов. Красное или оранжевое пламя означает, что топлива поступает слишком много – нужно понизить уровень горючего.

Реализация в железе

Ну с теорией разобрались, пришло время все это реализовать. Мозгом системы выбран микроконтроллер ATmega8A, тактируется от кварца на 16МГц (не потому, что я захотел 16000 позиций сервомашинки, а потому, что у меня такие валялись). Управляющий сигнал для МК будет поступать через UART. В результате получилась вот такая схемка:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Спустя некоторое время появилась вот такая платка:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Два трехштыревых разъема я не припаял потому, что они мне не нужны, а не подряд они впаяны поскольку у меня нету металлизации отверстий, а в нижнем разъеме дорожки с двух сторон, можно было бы заменить проволочкой, но программно нету проблемы выводить сигнал на любой разъем. Также отсутствует 78L05 ибо в моем регуляторе двигателя есть встроенный стабилизатор (ВЕС).

Для получения данных к плате подключается

HM-R868:

Бензиновые двигатели для авиамоделей: от винта!

Изначально думал втыкать его прямо в плату, но эта конструкция не помещалась в самолетик, пришлось сделать через шлейф. Если изменить прошивку, то контакты разъема для программирования можно использовать для включения/отключения каких-нибудь системам (бортовые огни и т.п.)


Плата обошлась примерно в 20грн = $2.50, приемник — 30грн = $3,75.

Рули высоты и направления

При изготовлении самих рулей, не возникло ни каких сложностей. Проблемы появились при их установке — требовалось добиться ровной установки, что бы при полетах не испытывать проблем.

При изготовлении руля высоты надо учитывать, что перемычка, соединяющая две половинки, довольно мала и требует усиления. Я сразу не обратил внимания на это, за что и был наказан: в полете эту перемычку порвало, не смотря на обтяжку скотчем, и РВ сработал, как элерон.

В результате несколько бочек и земля. Усилить можно тонкой полоской линейки приклеенной на клей, а также, немного увеличить сам размер этого участка. Возможны и более практичные варианты усиления, нежели использовал я. Например, угольными трубками. После усиления обтянуть скотчем.

И еще один важный момент: после обтяжки не греть! Скотч и так довольно прочно держится, а если начать греть, то стабилизатор скорей всего поведет, как получилось в моем случае. Пришлось изготовить новый. Тоже самое касается и руля направления. Руль высоты выравнивал с помощью подкосов изготовленных из тонких спиц. Проблем при вклеивании в фюзеляж не возникло, поэтому описывать подробно не вижу смысла.

А вот с рулем направления проблемы были — ни как не хотел устанавливаться ровно. Для вклейки в фюзеляж использовал наконечники от тяг, наклеенные на спицы.

Но этого было недостаточно, и пришлось устанавливать подпорки из линеек. В дальнейшем подпорки, как и усиления руля высоты, спрятал под белый скотч, что бы не бросались в глаза.

Технические характеристики

Важным параметром, заставляющим авиамодели летать, является тяга. Она обеспечивает хорошую мощность, способную поднимать в воздух большие грузы. Тяга у старых и новых двигателей отличается, но у моделей, созданных по чертежам 1960-х годов, работающих на современном топливе, и модернизированных современными приспособлениями, КПД и мощность существенно возрастают.

В зависимости от типа РД, характеристики, как и принцип работы, могут отличаться, но всем им для запуска необходимо создать оптимальные условия. Запускаются двигатели при помощи стартера — других двигателей, преимущественно электрических, которые прикрепляются к валу двигателя перед входных диффузором, либо запуск происходит раскручиванием вала с помощью сжатого воздуха, подаваемого на крыльчатку.

турбореактивный двигатель jet GR180
двигателя GR-180

На примере данных из технического паспорта серийного турбореактивного двигателя GR-180 можно увидеть фактические характеристики рабочей модели: Тяга: 180N при 120 000 об/мин, 10N при 25 000 об/мин Диапазон оборотов: 25 000 — 120 000 об/мин Температура выхлопного газа:

Устройство и принцип работы

При передаче напряжения клеммам щетки двигателя приводятся в непрерывное вращение. Установка на холостом ходу уникальна, поскольку преобразовывает входящие импульсы в заранее определенную позицию имеющегося ведущего вала.

Любой импульсный сигнал воздействует на вал под конкретным углом. Такой редуктор максимально эффективен, если ряд магнитных зубцов размещен вокруг центрального зубчатого железного стержня или его аналога. Электрические магниты активируются от наружной контрольной цепи, состоящей из микрорегулятора.

В шаговом электродвигателе первый магнит должен включаться, а следующий элемент – деактивироваться. В результате шестерня начнет вращение, постепенно выравниваясь с предыдущим колесиком. Процесс повторяется поочередно требуемое число раз. Такие обороты и получили название «постоянный шаг». Скорость вращения мотора можно определить путем подсчета количества шагов для полного оборота агрегата.

Чертеж

Чертежи я скачал там же, в статье Е. Рыбкина и распечатал листы на принтере.

Склеивание происходит очень просто — на листах есть метки, которые достаточно совместить, что бы получить правильные, без смещения линии. Для переноса изображения на потолочку можно использовать два способа. Первый заключается в фиксировании листа на потолочке булавками и в прокалывание по контуру тонким шилом.

Затем, для наглядности можно соединить полученные на потолочке отверстия карандашом, а можно просто прорезать острым ножом. На прямых участках достаточно делать несколько проколов, а на кривых чем чаще будут проколы, тем точнее будет перенос. Второй способ годится, если чертеж распечатан на струйном принтере.

При размещение чертежа, стоит помнить, что потолочная плитка имеет разную прочность на изгиб. Это легко проверить, изгибая лист в разные стороны. Это относится к крылу, так как у меня половинки левого и правого бортов были размещены по диагонали, от одного угла, к другому. Это позволило избежать склеивания фюзеляжа из нескольких листов потолочки.

Хотелось бы обратить внимание, на то, что верх и низ самолета даны половинками, и они разных размеров. Для правильного обвода линий надо отчертить сначала одну половинку, а потом сделать ее зеркальное отражение. Верхнюю часть я разделил на два отрезка — передний идет от носа машины, до передней кромки крыла; задний от конца до задней кромки.

Профили крыла, а также внутренние шпангоуты на чертеже оказались меньше, чем нам надо. Поэтому придется изготавливать их самим.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector