XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Радиоуправляемая модель самолёта

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рейнгольд Е.А. 1

---

1МБОУ школы №9, г. Жуковский

Черненькая Н.Н. 1

---

1МБОУ школы №9, г. Жуковский

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В своём предыдущем проекте “Исследование свойств эпоксидной смолы” для проверки свойств этого материала я собирал модель торпедного катера с радиоуправлением. Мне стало интересно собрать более сложную модель – радиоуправляемый самолёт.

Цель проекта:

собрать радиоуправляемую модель самолёта и научиться управлять ей.

Задачи исследования:

• познакомиться с литературой по теме;

• узнать историю развития радиоуправляемых моделей;

• выбрать прототип;

• определить состав модели;

• разработать планер модели и выполнить её сборку;

• выполнитьнеобходимые испытания;

• научиться управлять моделью.

Практическая ценность:

Результаты исследования могут быть применены при дальнейшем изучении перспективных направлений развития различной техники и создания действующих масштабных моделей.

Гипотеза: собрать радиоуправляемую модель самолёта можно в домашних условиях из доступных материалов.

Объект исследования: радиоуправляемая модель самолёта.

Предмет исследования: назначение и свойства составных частей модели радиоуправляемого самолёта, испытание модели.

Этапы проекта

1-й этап – подготовительный. На этом этапе были поставлены цель и задачи проекта, определены объект и предмет исследования, выполнен сбор информации.

2-й этап – исследовательский. Практическая деятельность по решению проблемы, экспериментирование.

3-й этап – обобщающий. Анализ проектной деятельности и выводы

4- й этап – презентация проекта

1. История радиоуправляемых моделей и современное их значение

Первую радиоуправляемую модель (рисунок 1) создал знаменитый учёный Никола Тесла в 1898 г, это была модель корабля (патентный номер US613809A) [1]. По командам с пульта управления модель корабля могла двигаться вперёд или назад, выполнять повороты, также могли включаться лампочки, установленные на мачтах корабля.

Рисунок 1 – радиоуправляемая модель Николы Теслы и пульт управления

Никола Тесла успешно продемонстрировал работу своей модели в небольшом бассейне на проходившей в 1898 г. выставке электрических устройств в Нью-Йорке (США). Однако, поначалу такое устройство не вызвало интереса.

Управление по радио осуществляется следующим образом: передатчик (на пульте управления) излучает невидимые для человека радиоволны (электромагнитные волны) через которые на приёмник передаётся информация о положении рычагов и кнопок на пульте управления, соответственно органы управления моделью (рули) отклоняются в необходимое положение.

Большой интерес к транспортным средствам, управляемым на дистанции (по радио) возник в начале 1930-ых годов – во время активного развития авиации. У военных различных стран возникла схожая идея – сделать самолёт без лётчика, который можно будет использовать в самых трудных условиях для сброса бомб или направлять его на крупные объекты противника.

В нашей стране работы по созданию радиоуправляемых самолётов также начались в 1930-ых годах [2]. В организации «Остехбюро» была разработана система радиоуправления «Дедал», которая испытывалась на самолётах-бомбардировщиках А.Н. Туполева ТБ-1 и ТБ-3 (рисунок 2).

Рисунок 2 – тяжёлый бомбардировщик ТБ-3

Таким образом, первыми радиоуправляемыми моделями самолётов были самые настоящие самолёты, это связано с тем что системы радиоуправления того времени были большими и тяжёлыми, и их можно было установить только в большой самолёт. Общей проблемой тех самолётов было то, что их аппаратура радиоуправления была не только громоздкой, но и не очень надёжной.

В дальнейшем было очень много разных проектов самолётов управлявшихся по радио, аппаратура радиоуправления становилась всё меньше и надёжней, что позволило создавать небольшие самолёты на радиоуправлении. Такие самолёты в наше время применяются как для спортивных соревнований (рисунок 3) и различных мирных задач, так и для военных целей (рисунок 4). Радиоуправляемые самолёты военного назначения относятся к беспилотным летательным аппаратам – одному из самых опасных видов современного оружия.

Рисунок 3 – радиоуправляемая модель спортивного самолёта

Рисунок 4 – боевой беспилотный летательный аппарат “Привет-82”

В своём проекте я буду рассматривать радиоуправляемый самолёт гражданского (мирного) назначения.

2. Выбор прототипа

Слово прототип может применяться в разных значениях – в случае создания модели это “настоящий” самолёт, по образцу которого создаётся его уменьшенная и упрощённая копия.

Для первоначального обучения управлению радиоуправляемыми моделями обычно рекомендуют выбирать модель самолёта типа “высокоплан” (крыло расположено сверху фюзеляжа). Такие самолёты обладают хорошей устойчивостью в полёте, а также простой формой, что облегчает их изготовление и ремонт в случае возможных поломок.

В качестве прототипа я выбрал самолёт СМ-92Т «Турбофинист» (рисунок 5) разработанный фирмой "ТЕХНОАВИА" [3]. СМ-92Т создан на базе самолёта СМ-92 (рисунок 6) и отличается от него более мощным двигателем.

Рисунок 5 – СМ-92Т – вариант с более мощным двигателем

Рисунок 6 – СМ-92 – первый вариант самолёта

Самолёт СМ-92 был создан в начале 1990-ых годов под руководством Вячеслава Петровича Кондратьева. Аэродинамический профиль крыла (форма крыла) этого самолёта (П-301) был разработан учёным из г. Жуковский Сергеем Ивановичем Поповым. Самолёты СМ-92, СМ-92Т, а также модификация для пограничных войск СМ-92П (рисунок 7) производятся на авиазаводе в г. Смоленск.

Рисунок 7 – СМ-92П – вариант самолёта для патрулирования границ

Самолёт СМ-92 выполнен по схеме “высокоплан” (рисунок 8), а также обладает хвостовым оперение большой площади, что делает его хорошим прототипом для радиоуправляемой модели первоначального обучения. Основные характеристики показаны в таблице 1.

Таблица 1 – Основные характеристики самолётов СМ-92 и СМ-92Т

Рисунок 8 – Самолёт СМ-92Т. Схема

3. Состав модели и работа основных систем

В состав модели самолёта входят:

• конструкция (планер самолёта);

• силовая установка (двигатель и его системы);

• бортовое оборудование (оборудование обеспечивающее полёт);

• аккумуляторные батареи.

Планер модели самолёта предполагается изготовить из простых материалов. Перед тем как приступить к изготовлению планера необходимо внимательно изучить все детали которые будут на него устанавливаться, а также разобраться как они работают.

В составе самолёта будет несколько готовых изделий, их называют - покупные комплектующие изделия (ПКИ). В интернете я вместе с родителями нашёл информацию про комплектующие для радиоуправляемых моделей. Сейчас большинство доступных компонентов для моделей привозится из Китая, но в России также начинают их производить.

Силовая установка

Основной частью силовой установки (рисунок 9) является электрический двигатель, для его работы также необходим регулятор оборотов [4]. Работа происходит следующим образом:

1. на регулятор оборотов подаётся напряжение от аккумуляторной батареи силовой установки – “силовой батареи”;

2. на регулятор оборотов подаётся управляющий сигнал от приёмника радиоуправления;

3. регулятор передаёт ток на электрический двигатель.

Рисунок 9 – комплектующие силовой установки

На вал двигателя с помощью специальной цанговой муфты и подходящей центрирующей втулки устанавливается воздушный винт.

Двигатель крепится к фюзеляжу с помощью моторной рамы (из фанеры).

Для соединения “силовой батареи” с регулятором оборотов применяются быстроразъёмные “силовые” разъёмы XT60 (рисунок 10), они позволяют при необходимости быстро снимать блок аккумуляторной батареи.

Рисунок 10 – быстроразъёмные разъёмы XT60

Бортовое оборудование

Основной частью бортового оборудования является приёмник радиоуправления [5], который принимает сигналы от ручного дистанционного управления (РДУ) и передаёт их на сервоприводы (рисунок 11). Мой самолёт будет использовать четыре канала управления приёмника:

1. Тангаж (вверх или вниз) – управление осуществляется за счёт передачи сигнала на сервопривод и поворота руля высоты;

2. Крен (наклон вправо или влево) – управление осуществляется за счёт передачи сигнала на сервопривод и поворота элеронов;

3. Курс (поворот вправо или влево) – управление осуществляется за счёт передачи сигнала на сервопривод и поворота руля направления;

4. Тяга (быстрее или медленнее) – управление тягой осуществляется за счёт изменения оборотов воздушного винта, которое в свою очередь происходит за счёт изменения силы тока передаваемого регулятором на электрический двигатель.

Рисунок 11 – приёмник радиоуправления и сервоприводы

Аккумуляторные батареи

На моём самолёте будет установлен электрический двигатель, и ему не нужно топливо как самолёту прототипу. В “настоящем” самолёте топливо обеспечивает большой запас энергии для работы двигателя внутреннего сгорания или для работы турбины.

Для работы электрического двигателя также нужен большой запас энергии, только электрической. Этот запас обеспечивает аккумуляторная батарея большой ёмкости – “силовая батарея” (рисунок 12).

Рисунок 12 – аккумуляторная батарея типа 18650 и держатель

Электрическую энергию для работы бортового оборудования обеспечивает аккумуляторная батарея бортового оборудования – “бортовая батарея”. В состав входят 4 аккумуляторных батареи типоразмера АА и держатель (рисунок 13), обеспечивающий их последовательное соединение.

Рисунок 13 – аккумуляторная батарея типа AA и держатель

Наземный пункт управления и средства наземного обслуживания

Для управления моделью потребуется также наземный пункт управления (НПУ), который в состоит из пульта ручного дистанционного управления (РДУ) – рисунок 14.

Рисунок 14 – пульт ручного дистанционного управления

На пульте РДУ расположены различные кнопки, рукоятки и переключатели, а также экран, на котором отображаются настройки. Для управления моделью достаточно кнопки включения (выключения) и двух рукояток (их также называют стиками). Левая рукоятка пульта управляет тягой (оборотами) воздушного винта – перемещение вперёд или назад увеличивает или уменьшает тягу соответственно, а также для управления по курсу. Правая рукоятка необходима для управления по крену и тангажу.

Для того чтобы готовить модель самолёта к полёту потребуются средства наземного обслуживания (СНО) в состав которых входят: зарядное устройство для аккумуляторных батарей (рисунок 15) и набор инструмента для сборки (разборки) модели и мелкого ремонта.

Рисунок 15 – зарядное устройство

4. Разработка и изготовление модели

Когда выбраны основные комплектующие, необходимо разработать планер модели – уменьшенный вариант планера самолёта СМ-92Т.

Для последующего изготовления планера было выполнено масштабирование схемы самолёта прототипа и выполнен плаз (рисунок 16) – схема в натуральную величину с которой удобно снимать размеры при изготовлении. Раньше, до широкого распространения компьютеров, большие самолёты изготавливались по тому же принципу – с построением плаза.

Рисунок 16 – схема самолёта на листе бумаги А4 и плаз модели в масштабе 1:10

Построение плаза – работа не очень сложная, но требующая усидчивости. Сначала определяется масштабный коэффициент – во сколько раз модель будет больше чем маленькая схема самолёта, потом с маленькой схемы снимаются размеры, умножаются на коэффициент и переносятся на плаз. В результате получается схема с размерами как у будущей модели.

Планер объединяет воедино все части самолёта, формирует его облик. Хорошо спроектированный и сконструированный планер может лучше раскрыть характеристики каждой составной части самолёта. Требования к планеру всегда противоречивы: он должен быть прочным и лёгким, иметь минимальный объём и хорошие формы и при этом быть вместительным. Также планер это одна из самых трудоёмких составных частей самолёта. Проектированием планеров больших самолётов занимается много людей разных профессий, которые работают в специальных организациях – конструкторских бюро.

Для модели основными качествами планера должны стать: доступность материалов; низкая трудоёмкость сборки; ремонтопригодность [6].

Для изготовления планера я применял следующие материалы: картон (обшивка); деревянные рейки (силовые элементы); различные клеи (термоклей, ПВА, цианокрилатный клей, клей для пенополистирола и др.); скотч.

Планер включает: фюзеляж; крыло; хвостовое оперение; шасси.

Несмотря на то что мой самолёт маленький, его конструкция во многом схожа с конструкцией большого “настоящего” самолёта, поскольку если модель самолёта летающая – это уже и есть “настоящий” самолёт.

Фюзеляж

Фюзеляж модели состоит из обшивки и шпангоутов – перегородок внутри обшивки, расположенных в тех местах, где требуются усиления. Усиления и различные крепления на фюзеляже выполнены из сосновых реек (рисунок 17).

Рисунок 17 – фюзеляж с шасси и хвостовым оперением

Крыло

Для упрощения модели крыло модели выполним свободнонесущим – без подкосов (в отличии от СМ-92 крыло которого имеет подкосы).

Крыло модели состоит из: обшивки (из картона); лонжерона; нервюр – перегородок внутри обшивки (рисунок 18); элеронов – органов управления по крену.

Основной силовой элемент крыла – лонжерон выполнен из сосновых реек 5х10х1000 мм, склеенных в общую конструкцию. Лонжерон это один из главных элементов конструкции самолёта – ведь на лонжероне “висит” весь фюзеляж.

Нервюры крыла задают его аэродинамический профиль – специальную форму, которая при движении самолёта и обтекании его воздухом обеспечивает создание подъёмной силы, обеспечивающей полёт.

Рисунок 18 – лонжерон, обшивка и нервюры крыла

Хвостовое оперение

Хвостовое оперение состоит из: киля с подвижным рулём направления; стабилизатора с подвижным рулём высоты (рисунок 19), выполнено из картона.

Хвостовое оперение предназначено устойчивого полёта самолёта и управления направлением его движения.

Рисунок 19 – хвостовое оперение

Шасси

Шасси самолёта (рисунок 20) предназначено для взлёта и посадки самолёта, а также его стоянки на земле. Шасси модели как и прототипа – трёхстоечное передними основными опорами и задней дополнительной опорой.

Шасси модели выполнено с применением покупных деталей установленных на самодельные площадки из фанеры, которые удобно крепить к фюзеляжу.

Рисунок 20 – основные опоры шасси и хвостовая опора шасси

5. Испытания

Как и любой новый самолёт модель (рисунок 21) нельзя сразу поднимать в воздух, сначала необходимо выполнить испытания. Для модели необходимы следующие испытания: стендовые, наземные и лётные.

Рисунок 21 – модель самолёта в сборе

Стендовые испытания были выполнены ещё до разработки планера, необходимо было определить максимальную тягу силовой установки для последующего выбора размеров модели. Для этой цели части силовой установки крепились к тяжёлому основанию и устанавливались на электронные весы. Далее измерялась разница в показаниях весов – с включенным двигателем и с выключенным. Разница и есть значение тяги (0,7 кгс).

Наземные испытания включали настройку управления, рулёжки по взлётно-посадочной полосе (ВПП), короткие подлёты по прямой линии.

Лётные испытания включали: полёт по кругу, полёты на определение максимальной продолжительности, выполнение простых фигур пилотажа.

Результат испытаний – разработанная модель самолёта пригодна для развития навыков работы с различным инструментом и первоначального обучения пилотированию.

Основные лётно-технические характеристики модели:

1. взлётная масса максимальная: 2 кг

2. скорость максимальная, 70 км/ч

3. продолжительность полёта максимальная, 7…10 мин.

4. высота полёта максимальная, 30 метров.

Заключение

При работе над проектом «Радиоуправляемая модель самолёта» я узнал, что такое радиоуправляемые модели, когда они появились и для чего применяются.

В качестве самолёта-прототипа я выбрал созданный в России самолёт СМ‑92Т, узнал интересные факты из его истории.

Я узнал из каких частей состоит модель радиоуправляемого самолёта, а также назначение каждой части. Для создания модели я выполнил масштабирование схемы самолёта и выбрал материалы для сборки планера.

После сборки модели я вместе с родителями выполнил её испытания.

При работе над проектом я применил свои умения, полученные на занятиях по столярному делу, технологии и электротехнике.

В ходе исследования моя гипотеза подтвердилась: собрать радиоуправляемую модель самолёта можно в домашних условиях.

Список источников и литературы

1. Никола Тесла запатентовал использование военных беспилотников в 1898 году [Электронный ресурс]. URL: https://ru.rt.com/6t0n (Дата обращения: 24.02.2025).

2. Отечественная беспилотная авиация [Электронный ресурс]. URL: https://topwar.ru/137169-otechestvennaya-bespilotnaya-aviaciya-chast-1.html (Дата обращения: 24.02.2025).

3. Самолёт СМ-92Т [Электронный ресурс]. URL: http://sm-92t.ru (Дата обращения: 24.02.2025).

4. Подключение электродвигателя [Электронный ресурс]. URL: https://ya.ru/video/preview/405824104270631546 (Дата обращения: 24.02.2025).

5. Подключение приёмника [Электронный ресурс]. URL: https://ya.ru/video/preview/11263587771993283129 (Дата обращения: 24.02.2025).

6. Большая авиамодель из картона [Электронный ресурс]. URL: http://rc-aviation.ru/make-model/obzor/2047-kartonich-2 (Дата обращения: 24.02.2025).