Зі збільшенням інтересу до великих моделей у всьому світі і в нашій країні зокрема, все більш актуальним стає питання про правильний підбір сервомеханізмів для приводу рульових поверхонь. Тішить це вас, дорогий читачу, або лякає, але це та область знання, де без залучення хоча б невеликої науки не обійтися. Почнемо з терміна, який, мабуть, відомий усім - моменту рульової машинки, що крутить. Він вимірюється в «кг-см» і є твір сили, що передається рульовій тязі, на відстань до осі валу сервомеханізму. Так, рульова машинка з моментом, що крутить, 3 кг-см зможе докласти зусилля 3 кг на відстані 1 см від валу, 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 сервомеханізму збільшується, сила, що передається тязі, відповідно зменшується.

НАВАНТАЖЕННЯ

Тепер перенесемося в область не так добре знайому багатьом із нас. Йтиметься про навантаження на рульову поверхню. Навантаження це виникає від дії розподілених аеродинамічних сил під час руху моделі у повітрі. Багато хто намагався висовувати руку з вікна машини і знає, що сила зустрічного натиску залежить від швидкості. Точніше, тиск залежить від її квадрата. Оскільки тиск є сила, прикладена до одиниці площі, ми зможемо розрахувати силу, що діє на руку, або стосовно теми — на рульову поверхню. Стосується це всього, чи це кермо висоти, елерон чи закрилок. Для розрахунку знадобиться швидкість, площа рульової поверхні та кут її відхилення.

Щоб дати деяке уявлення про порядок сил, які можуть виникнути, розглянемо досить типову для великих моделей пару кермів висоти Су-26 у масштабі 1:4, кожен з яких має середню хорду 10 см, довжину 30 см, а їхня загальна площа дорівнює 600 см2. . Задамо також максимальним кутом відхилення ±20 градусів. За швидкості 50 км/год сила дорівнює лише 0,23 кг. Але при 160 км/год вона вже становить 2,57 кг, наочно ілюструючи квадратичну залежність, про яку йшлося вище (в даному випадку ми вимірюємо силу в «кг», хоча правильніше було б говорити про «кілограм-сили» кГс). Елерони подібного літака, що мають хорду 8 см, довжину 62,5 см, і площу 1000 см2 кожен, відчувають силу 4,3 кг при швидкості 160 км/год.

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 кермо у них не досягають таких значних величин.

ВИБІР РУЛЬОВОЇ МАШИНКИ

Для оцінки потрібного моменту, що крутить, нам тепер потрібно трохи математики. Припустимо, що вищезгадані сили прикладені на середині хорди кермової поверхні. У такому випадку, для обертання керма висоти з хордою 10 см необхідний момент, що крутить, чисельно рівний силі, помноженій 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 лишилося врахувати ще один фактор. Наведені обчислення припускають рівні кути відхилення кермових поверхонь та важелів сервомеханізмів. Але це не так, оскільки хід кермових машинок становить ±40 градусів, що вдвічі більше відхилення кермових поверхонь, що дорівнює ±20 градусів. Тому розділимо отриманий потрібний момент, що крутить, на два. Через війну, щодо його обчислення необхідно помножити чинність на коефіцієнт 5/2=2,5. Таким чином, при швидкості 160 км/год для приводу керма висоти необхідний момент, що крутить:

2,57x2,5=6,4 кг-см,

а для елеронів:

4,3 x2, 5 = 10,75 кг-див.

У випадку, якщо ми маємо намір керувати кожною половиною керма висоти та елероном окремим сервомеханізмом (що рекомендується), то отримані значення потрібно зменшити вдвічі. Вийде 3,2 і 5,4 кг-см відповідно. Перше значення цілком під силу стандартним рульовим машинам, а друге вимагатиме застосування більш «мускулистих», що мають, скажімо, 5 кг-см моменту, що крутить. При виборі сервомеханізмів великих моделей швидкість відпрацювання не важлива, а сила і точність мають першорядне значення. Безумовно, можна знайти відносно дешеві машинки потрібної потужності, але їхній люфт щодо нейтрального положення, ймовірно, призведе до флаттера рульових поверхонь.

БАЛАНСУВАННЯ

Існують і інші фактори, які потрібно брати до уваги. Сервомеханізмам доводиться також мати справу з власною вагою кермів та елеронів. На маленьких моделях він незначний, чого не можна сказати про більші апарати. Так, інспектори англійського товариства LMA не допускають до польотів моделі вагою понад 20 кг, не оснащені балансом ваги кермів. Велике кермо висоти цілком може важити кілька сотень грам — для прикладу візьмемо 500 г. Отримане раніше значення моменту, що крутить, 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, вагове балансування значно знижує ризик флаттера рульових поверхонь. Багато справжні літаки мають таку форму аеродинамічної компенсації: якась частина керма висоти, елерона чи керма

напрями виступає вперед від осі обертання. Це знижує аеродинамічні навантаження, що передаються на сервомеханізм, і знову ж таки служить боротьбі з флаттером. У наведених обчисленнях ми ігнорували ці особливості, оскільки їх вплив незначний, хоча, безсумнівно, важливий.

ПІД ТИСКОМ

Нарешті, розглянемо найнавантаженішу поверхню з усіх - закрилок або посадковий щиток. Використовуємо базовий підхід, описаний вище. Приймемо кут максимального відхилення щитка рівним 50 градусів, яке розміри рівними: довжина — 40 див, хорда — 10 див, загальна площа двох секцій — 800 см2. Єдина відмінність тут у тому, що кут відхилення більший, і те, що використовується весь хід кермової машинки від одного крайнього положення до іншого. Якщо повний кут повороту важеля сервомеханізму дорівнює 80 градусів, а закрилок відхиляється на 50 градусів, коефіцієнт дорівнює 8/5 = 1,6 замість 2, як це було раніше. Це вже призводить до зростання потрібного моменту, що крутить. Обчислення показують, що при швидкості 160 км/год необхідний момент, що крутить, 24 кг-см для повного випуску щитків. Використовуючи дві потужні рульові машинки для кожної секції, можна вирішити проблему. Коштуватиме таке рішення, однак, буде дорого. Але в ньому немає потреби. Якщо такі навантаження виникнуть, вони, швидше за все, відірвуть закрилок. Залишається прийняти концепцію великої авіації, тобто запровадити обмеження за швидкістю, коли він дозволено випуск закрилків. Цілком законне питання: як це зможе реалізувати пілот радіокерованої моделі? Адже він не сидить у її кабіні, дивлячись на покажчик швидкості. Підійдемо до проблеми з іншого боку. Підберемо сервомеханізми так, щоб вони були здатні випустити закрилки лише за певної швидкості. Задамося цілком відповідним значенням 80 км/год. Цього цілком достатньо, враховуючи, що швидкість звалювання щонайменше вдвічі менша. За розрахунками буде достатньо 6 кг * см, тобто по одній звичайній машинці на секцію.

На закінчення треба сказати, що всі наведені рекомендації мають сенс лише за високої жорсткості проводки управління. При великих навантаженнях сервомеханізм краще встановлювати поблизу кабанчика керма та використовувати наконечник тяги з кульовою опорою.