Владимир Хаустов
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.

1.4. Ручка циклического шага

Ручка циклического шага – важный элемент управления вертолётом, предназначенный для регулирования угла наклона плоскости вращения несущего винта. Её правильная конструкция и удобное расположение гарантируют высокую степень контроля и устойчивости машины в воздухе.

Выбор материала и форма рукояти

Материал для изготовления ручки циклического шага выбран прочный и легкий – алюминиевый сплав Д-16Т. Этот сплав отлично подходит для авиационного применения, обладая хорошими показателями прочности и низкой плотностью.

Форма ручки также продумана с учётом удобства и эргономичности. Основное тело выполнено из двух профильных труб, сваренных вместе, что придает изделию дополнительную жесткость и облегчает обработку поверхности.

.

Рис. № 8. Эскиз ручки циклического шага.

Рис. № 9. Конструктивное исполнение ручки циклического шага.

Процесс изготовления

Последовательность изготовления выглядела следующим образом:

– Выполнение чертежа и оформление эскиза будущей конструкции.

– Заготовка необходимого количества труб из алюминия Д-16Т нужного диаметра и длины.

– Резка заготовок и последующая шлифовка кромок для исключения острых граней и заусенцев.

– Соединение труб посредством сварки с использованием специальных электродов для алюминия.

– Полировка поверхностей и нанесение защитного покрытия против коррозии.

– Финальная отделка и контроль соответствия размерам и параметрам чертежа.

Разработанный экземпляр получился надежным, удобным и функциональным. Применение качественного материала и продуманная конструкция обеспечивают эффективное взаимодействие пилота с механизмом управления, повышая общую безопасность и удобство эксплуатации вертолёта.

Переходим к следующей важной составляющей конструкции – раме вертолёта

1.5. Рама

Рама – основа всей конструкции вертолёта, принимающая на себя нагрузки от двигателей, крыла и других элементов. Правильная структура рамы определяет способность вертолёта выдерживать высокие механические напряжения и оставаться прочным и безопасным на протяжении длительного срока службы.

Материал и конструкция рамы

В данном проекте рамная конструкция выполнена из стальной трубы диаметром 32 мм и толщиной стенок 1,5 мм. Трубы соединялись между собой методом автоматической сварки в среде аргона, что обеспечило качественное и герметичное соединение швов.

Применение стальных труб обусловлено рядом преимуществ:

– Отличная стойкость к механическим повреждениям и усталости металла.

– Возможность длительной эксплуатации без появления трещин и деформации.

– Легкость обработки и сварки.

Рис. № 10. Рама вертолёта.

Методика изготовления

Работа велась последовательно и строго по заранее подготовленному чертежу:

– Проектирование рамы и выполнение предварительных расчётов нагрузок.

– Подготовка исходных материалов: нарезка труб необходимой длины и формы.

– Сваривание отдельных частей рамы в единое целое, используя аргонно-дуговую сварку.

– Контроль качества швов и очистка металлических поверхностей от окалин и загрязнений.

Получившаяся рама отличалась прочностью, долговечностью и удобством эксплуатации. Она выдерживала значительные статические и динамические нагрузки, что гарантировало длительный срок службы вертолёта и высокую степень надежности в полевых условиях.

Переходя к следующему компоненту, обсудим рулевую систему вертолёта – ключевой компонент, обеспечивающий курсовую устойчивость и управляемость в полёте.

1.6. Рулевой винт

Материал и конструкция

Рулевые лопасти выполнены из деревянных реек размером 12×12 мм, расположенных вдоль линии стреловидности. Древесину выбрали потому, что она сочетает легкость, гибкость и достаточную прочность, позволяя сохранить нужные аэродинамические свойства и минимизировать вес конструкции.

Лопасти были собраны из нескольких слоёв клееных реек, которые затем обрабатывались по необходимому аэродинамическому профилю. После формирования профиля поверхность покрывалась слоем углеволокна, придающего дополнительную жёсткость и улучшающего общие эксплуатационные характеристики конструкции.

Рис. № 11. Комель лопасти

Рис. № 12. Сборка лопасти

Рис. № 13. Лопасти рулевого винта в сборе.

Последовательность изготовления

Работы проводились поэтапно:

– Подготовка деревянных реек заданного сечения и требуемой длины.

– Склейка слоев реек между собой с последующим прессованием и сушкой для обеспечения монолитности структуры.

– Механическая обработка полученных заготовок по профилю крыльев с применением специального инструмента.

– Нанесение слоя углеволокна поверх деревянной основы для придания нужной жесткости и защиты от влаги и механических повреждений.

– Монтаж готовых лопастей на вал рулевого винта с последующей регулировкой баланса и точной настройки взаимного расположения.

Использование комбинированных материалов позволило снизить вес конструкции, сохранив нужную прочность и долговечность, что положительно сказалось на общей производительности вертолёта.

Далее перейдем к рассмотрению основного элемента несущего винта – лопастей несущего винта.

1.7. Лопасти несущего винта

Исходные материалы и конструкция

В проекте использовали готовый набор лопастей правого вращения от вертолёта Ка-26. Эти лопасти обрезаны до оптимальной длины в 3,5 метра, что уменьшало их площадь и повышало удельную нагрузку на единицу площади.

Для усиления конструкции на концах каждой лопасти устанавливались дополнительные металлические пластины толщиной 4 мм из рессорной стали. Пластины имели специальные крепежные отверстия («уши») для фиксации болтами к несущему кронштейну втулки рулевого винта Ми-2. Чтобы предотвратить повреждение структуры и увеличить адгезию соединения, места контакта фиксировались с помощью эпоксидной смолы.

Такая конструкция обеспечивала необходимое усиление концов лопастей, предотвращая изгиб и деформацию под воздействием ветровых потоков и центростремительного ускорения.

Особенности изготовления

Основные этапы работы:

– Определение необходимой длины лопастей и аккуратная резка по заданным отметкам.

– Подготовка стальных накладок и отверстий под крепление болтами.

– Предварительная фиксация накладок на концах лопастей с предварительным нанесением эпоксидной смолы.

– Запрессовка накладок и полная полимеризация состава.

– Финишная обработка и тестирование готовности лопастей к монтажу.

Рис. № 14. Лопасти несущего винта.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.