Зі збільшенням інтересу до великих моделям літаків у всьому світі і в нашій країні зокрема, все більш актуальним стає питання про правильному підборі сервомеханизмов для приводу рульових поверхонь. Радує це вас, або лякає, але це та область знання, де без залучення хоча б невеликий науки не обійтися. Почнемо з терміна, який, мабуть, відомий всім - крутного моменту рульової машинки. Він вимірюється в "кг x см" і являє собою твір сили, яка передається рульової тяги, на відстань до осі вала сервомеханизма.
Так, рульова машинка з обертовим моментом 3 кг см зможе докласти зусилля 3 кг на відстані 1 см від вала, або (що більш актуально для великих моделей) 1,5 кг на плечі 2 см, і тільки 0,5 кг на 6 см. якщо довжина важеля сервомеханизма збільшується, сила, що передається тязі, відповідно зменшується.
Тепер перенесемося в область не настільки добре знайому багатьом з нас. Йтиметься про навантаження на рульову поверхню. Навантаження ця виникає від дії розподілених аеродинамічних сил при русі моделі в повітрі. Багато хто пробував висовувати руку з вікна машини і знають, що сила зустрічного напору залежить від швидкості. Точніше кажучи, тиск залежить від її квадрата. Оскільки тиск є сила, прикладена до одиниці площі, ми зможемо розрахувати силу, що діє на руку, або, стосовно до теми - на рульову поверхню. Стосується це все, будь то кермо висоти, елерон або закрилків. Для розрахунку потрібно знати швидкість, площа рульової поверхні і кут її відхилення.
Щоб дати деяке уявлення про порядок сил, які можуть виникнути, розглянемо досить типову для великих моделей пару рулів висоти Су-26 в масштабі 1: 4, кожен з яких має середню хорду 10 см, довжину 30 см, а їх загальна площа дорівнює 600 см2 . Задамося також максимальним кутом відхилення 20 градусів. При швидкості 50 км / год сила дорівнює лише 0,23 кг. Але при 160 км / год вона вже становить 2,57 кг, наочно ілюструючи квадратичную залежність, про яку говорилося вище (в даному випадку ми вимірюємо силу в "кг", хоча правильніше було б говорити про "кілограм-силах" кгс). Елерони подібного літака, що мають хорду 8 см, довжину 62,5 см, і площу 1000 см кв кожен, відчувають силу в 4,3 кг при швидкості 160 км / ч.
Тут можна відзначити, що тихохідні моделі з великим лобовим опором, такі як копії біпланів, рідко розвивають швидкість понад 100 км / год, а тому і навантаження на рулі у них не досягають таких значних величин.
Вибір рульової машинки
Для оцінки потрібного крутного моменту нам тепер потрібно трохи математики. Припустимо, що вищезгадані сили прикладені на середині хорди рульової поверхні. В такому випадку, для обертання керма висоти моделі літака з хордою 10 см необхідний крутний момент, чисельно рівний силі, помноженої на п'ять. Таким чином, на момент, що крутить впливають не тільки площа, але і хорда рульової поверхні, і останній фактор зазвичай недооцінюється при проектуванні великих моделей. Нам залишилося врахувати ще один фактор. Наведені обчислення передбачають рівні кути відхилення рульових поверхонь і важелів сервомеханизмов. Але це не так, оскільки хід рульових машинок становить 40 градусів, що в два рази більше відхилення рульових поверхонь, рівного 20 градусів. Тому розділимо отриманий реквізит крутний момент на два. У підсумку, для його обчислення треба помножити силу на коефіцієнт 5/2 = 2,5. Таким чином, при швидкості 160 км / год для приводу керма висоти необхідний крутний момент 2,57х2,5 = 6,4 кг см, а для елеронів 4,3х2,5 = 10,75 кг см. У разі, якщо ми маємо намір керувати кожної половиною керма висоти і елеронів окремим сервомеханізмом (що настійно рекомендується), то отримані значення потрібно зменшити вдвічі.
Вийде 3,2 і 5,4 кг см відповідно. Перше значення цілком під силу стандартним рульовим машинкам, а друге зажадає застосування більш "м'язистих", що мають, скажімо, 5 кг см крутного моменту. При виборі сервомеханизмов для великих моделей швидкість відпрацювання не важлива, а сила і точність мають першорядне значення. Безумовно, можна знайти відносно дешеві машинки потрібної потужності, але їх люфт щодо нейтрального положення, ймовірно, призведе до флаттеру рульових поверхонь.
Існують і інші фактори, які потрібно брати до уваги. Сервомеханізм доводиться також мати справу з власною вагою керма і елеронів. На маленьких моделях літаків він незначний, чого не можна сказати про крупніші апаратах. Так, інспектори англійського суспільства LMA не допускають до польотів моделі вагою понад 20 кг, не оснащені ваговій балансуванням рулів. Великий кермо висоти цілком може важити кілька сот грам - для прикладу візьмемо 500 р Отримане раніше значення крутного моменту 3 кг см може знадобитися тільки для того, щоб підтримувати рульову поверхню в нейтральному положенні (на фігурах перевантаження збільшує вагу деталі в десять і більше разів) . Крім, того, вагова балансування значно знижує ризик флатера рульових поверхонь.
Багато справжні літаки мають наступну форму аеродинамічної компенсації: якась частина керма висоти, елерона або керма напряму виступає вперед від осі обертання. Це знижує аеродинамічні навантаження, що передаються на сервомеханизм, і, знову ж таки, служить боротьбі з флатером. У наведених обчисленнях ми ігнорували ці особливості, оскільки їх вплив незначний, хоча, безсумнівно, важливо.
Нарешті, розглянемо саму навантажену поверхню з усіх - закрилків або посадковий щиток. Використовуємо базовий підхід, описаний вище. Приймемо кут максимального відхилення щитка рівним 50 градусів, а його розміри рівними: довжина - 40 см, хорда - 10 см, загальна площа двох секцій - 800 см кв. Єдина відмінність тут в тому, що кут відхилення більше, і то, що використовується весь хід рульової машинки від одного крайнього положення до іншого. Якщо повний кут повороту важеля сервомеханизма дорівнює 80 градусів, а закрилків відхиляється на 50 градусів, то коефіцієнт дорівнює 8/5 = 1,6 замість 2, як це було раніше. Це вже призводить до зростання потрібного крутного моменту.
Обчислення показують, що при швидкості 160 км / год необхідний крутний момент 24 кг см для повного випуску щитків. Використовуючи по дві потужні кермові машинки для кожної секції, можна вирішити проблему. Коштувати таке рішення, однак, буде дорого. Але в ньому немає потреби. Якщо подібні навантаження виникнуть, вони, швидше за все, відірвуть закрилків. Залишається прийняти концепцію великої авіації, тобто ввести обмеження по швидкості, при якій дозволено випуск закрилків. Цілком законний питання: як же це зможе реалізувати пілот радіокерованої моделі? Адже він же не сидить в її кабіні, дивлячись на покажчик швидкості. Підійдемо до проблеми з іншого боку. Підберемо сервомеханізми так, щоб вони були здатні випустити закрилки тільки при певній швидкості. Задамося цілком відповідним значенням в 80 км / ч. Цього цілком достатньо, враховуючи, що швидкість звалювання мінімум в два рази менше. За розрахунками буде достатньо 6 кг см, тобто по одній звичайній машинці на секцію.
Ну, а що, якщо хтось випадково включить тумблер закрилків на позамежної швидкості? Вони вийдуть на неповний кут, і, при цьому, з'явиться потреба в тріммірованіі моделі літака по висоті. Перебалансування дасть пілотові знати про помилку. У подібному подію немає нічого страшного, так як кут випуску буде малий. Але не потрібно цим зловживати, так як сервомеханізми в даному випадку працюють в режимі повного гальмування і дуже швидко розряджають акумулятори.
На завершення слід сказати, що всі наведені рекомендації мають сенс тільки при високій жорсткості проводки управління. При великих навантаженнях сервомеханизм краще ставити біля кабанчика керма і використовувати наконечник тяги з кульовою опорою.
За матеріалами журналу "Моделизм Cпорт та Хобі"