Сделано в гараже: Самодельные сверхлёгкие вертолёты ХА-2 и ХА-3

Введение

Создание сверхлёгкого вертолёта – задача настолько же сложная, насколько интересная. Подобно попытке построить одному, без команды гоночный автомобиль Формулы-1 у себя в гараже. Подобно команде Формулы-1, собирающей автомобиль буквально по молекуле, энтузиаст вынужден разбираться в десятках дисциплин: аэродинамике, динамике полёта, машиностроении, материалах, силовых установках и электронике. Любая мелочь здесь критична: ошибка в конструкции, ненадёжная система управления или недостаточно мощный двигатель грозят опасностью и аварией.

Главная параллель с проектом Формулы-1 – это стремление выйти за пределы стандартных возможностей и добиться высочайших результатов там, где всё решает миллиметр, грамм и доля секунды. Самодельный вертолёт, созданный своими руками, – не просто техника, а настоящая вершина творчества и доказательство неограниченности человеческих способностей.

Особенно ценны в таком деле поддержка и консультация мастеров своего дела, таких как известный конструктор сверхлёгких вертолётов серии Горняк Николай Иванович Демидов. Огромная благодарность Николаю Ивановичу за ценные советы, консультации и предоставленную методологию, благодаря которым удалось реализовать идеи. Созданные Николаем Ивановичем механизмы и агрегаты сделали возможными многие современные любительские конструкции, став основой для дальнейшего прогресса в сфере любительской авиации.

Книга приглашает познакомиться с увлекательным миром сверхлёгких вертолётов, показать, как рождаются идеи и концепции, какие шаги необходимы для успешной реализации проекта и какие преимущества и риски есть. Откройте для себя захватывающее путешествие в мир самодельной авиации, полный трудностей, побед и невероятных приключений.

1. Сверхлёгкий вертолёт классической схемы ХА-2

2014 год.

Основные характеристики ХА-2.

Тип конструкции: Классический одновинтовой сверхлёгкий вертолёт.

Вес пустого: Около 450 кг.

Несущий винт: Диаметр составляет внушительные 7,5 метров.

Рулевой винт: Небольшой диаметр 1,2 метра.

Силовая установка: Используется двигатель от популярного японского автомобиля Subaru Impreza объемом 1,5 литра, обеспечивающий мощность порядка 105 лошадиных сил.

Особенности конструкции ХА-2

Одной из главных особенностей ХА-2 стала его силовая установка и оригинальный редукторный механизм. Поскольку целью было создание легкого и надежного вертолёта, решено было воспользоваться возможностями современной автомобильной промышленности.

Было найдено элегантное техническое решение: использован стандартный агрегат японской автомобилестроительной фирмы Subaru – двигатель и коробка передач механической трансмиссии от популярной модели Impreza.

Автомобильная коробка передач была приспособлена для роли главного редуктора вертолёта путём поворота на угол 90 градусов и присоединения к специальному переходнику-фланцу. Такая схема обеспечила передачу крутящего момента непосредственно на несущие винты, эффективно распределяя нагрузку и снижая общий вес конструкции.

Использование стандартного агрегата имело несколько преимуществ:

– Высокая доступность запчастей.

– Простота обслуживания и ремонта.

– Проверенная надежность работы узла.

Рис. № 1. Сверхлёгкий вертолёт классической схемы ХА-2.

1.1. Эскизы

Этап эскизирования является отправной точкой любого крупного технического проекта. В случае вертолёта ХА-1 классические эскизы представляли собой графическое отражение концепции будущего аппарата, задолго до реального воплощения.

Необходимость эскизов

Эскизы помогали визуально зафиксировать идеи, определить пропорции и очертания конструкции, провести предварительный анализ функциональных и эстетических свойств. На данном этапе уточнялась геометрия лопастей, форма кабины, распределение масс и другие важные характеристики.

Какие сведения содержатся в эскизах?

Общий вид вертолёта.

Размеры и форма элементов конструкции.

Расположение двигателя и топливных баков.

Ориентировочные контуры кабины и посадочного места пилота.

Эволюция дизайна

Сначала были созданы грубые наброски, дающие общее представление о машине. Впоследствии они трансформировались в более точные изображения, учитывающие законы аэродинамики и инженерные стандарты. Наиболее важными элементами стали:

Обтекаемая форма фюзеляжа.

Рациональный дизайн кабины.

Эффективная система управления.

Образец рисунков

Ниже приведены эскизы вертолёта ХА-2, созданные в процессе начальной стадии проектирования.

Эскизы вертолёта

Эскизы помогли разработчикам сформулировать основные технические требования и заложить фундамент для последующих этапов проектирования. В дальнейшем на основе этих изображений началась работа по подготовке чертежей и смет расходов.

Рис. № 2. Эскизы вертолёта.

Далее мы познакомимся с первыми расчётами и оценочными параметрами вертолёта.

1.2. Развесовка

Рис. № 3. Развесовка вертолёта.

1.3. Автомат перекоса шарнирного типа

Один из ключевых элементов любого вертолёта – это автомат перекоса, управляющий углом атаки лопастей несущего винта и определяющий направление полёта. В нашем проекте использовался автомат перекоса шарнирного типа, изготовленный на основе специального шарового шарнира ШС-60.

Устройство и назначение автоматического перекоса

Шарнирный автомат перекоса предназначен для изменения угла наклона лопастей в полёте, обеспечивая управляемость вертолётом по курсу, тангажу и крену. Принцип его работы основан на передаче управляющих сигналов от рукоятки пилота на оси вращения лопастей через систему тяг и рычагов.

Конструкция подобного автомата проста и надёжна. Основным элементом выступает сферический шарнир, позволяющий вращаться осям лопастей независимо друг от друга. От правильного функционирования автомата перекоса зависят устойчивость, манёвренность и безопасность полёта.

Особенности выбранного шарнира ШС-60

Модель ШС-60 специально разработана для использования в авиации и отличается высокой прочностью, точностью изготовления и устойчивостью к нагрузкам. Материал шарнира подобран таким образом, чтобы выдерживать большие усилия при изменении угла атаки лопастей. Преимущества ШС-60 заключаются в следующем:

– Прочность и долговечность,

– Минимизация люфтов и вибраций,

– Высокое сопротивление износу.

Благодаря качеству используемого материала и особенностям конструкции, шарнир ШС-60 идеально вписался в концепцию простого и эффективного управления.

Рис. № 4. Эскиз автомата перекоса на шарнире.

Рис. № 5. Шаровой шарнира ШС-60

Рис. № 6. Внешний вид автомата перекоса на шарнире.

Рис. № 7. Установка автомата перекоса.

Процесс изготовления и монтажа

Автомат перекоса изготавливался поэтапно:

Сначала выполнялся чертёж и подготовка шаблона.

Далее производилась обработка шарнира ШС-60 на станочном оборудовании, формирование отверстий и пазов под установку рычагов и тяг.

После обработки элементы собирались и подвергались проверке качества стыков и соединений.

Завершающим этапом становилась финальная настройка механизма, проверка плавности хода и устранение возможных дефектов.

В результате проделанных работ автомат перекоса оказался эффективным решением, обеспечивающим необходимую стабильность и управление нашим вертолётом.

Двигаемся далее к следующему важному узлу – ручке циклического шага.