Реферат: Проверка прочности крыла

"Атлет" - новое поколение крыльев для МДП

За последние несколько лет наблюдается определённая стабильность в конструкции крыльев для мотодельтапланов. В настоящее время улучшения и изменения лётных характеристик в дельтапланерной области наглядно видны только в парителях: жесткокрылы и безмачтовые аппараты вовсю покоряют летающий мир. Решения, примененные в них, не могут быть скопированы или перенесены на крылья мотодельтапланов из-за разницы в весовых категориях.

С другой стороны, широкое применение автодвигателей на мотодельтапланах и потребности применения МДП для авиаработ в сельском хозяйстве требуют высоконагруженного крыла с высокими лётно-техническими характеристиками. Проблема, с которой столкнулись эксплуатанты и производители крыльев - значительные изменения лётных характеристик в зависимости от загрузки. Одни крылья хорошо себя ведут в одноместном варианте, управляются и летят, но как только нагрузишь килограмм 120-130, резко изменяются в худшую сторону по всем показателям. Другие крылья, созданные для больших весов - 500 кг и выше, весьма проблематичны в одноместном варианте, ибо требуют загрузки.

Компания "Воздушный мост" давно занимается решением данной проблемы. Эксперименты начались в 1998 году на обычном дельтаплане парителе - "Стажёре". Суть идеи весьма проста и довольно не нова - предварительное нагружение консоли посредством аутригера. То есть, на земле боковая труба специально изгибается на подобие лука с натянутой тетивой (Рис. 1). В результате довольно гибкая консоль становится жесткой, как на самолёте. Что это даёт?

При смещении пилотом ручки трапеции по крену и, как следствие, килевой трубы, в сторону от равновесного положения, купольность одной половины крыла должна увеличиться, а другой уменьшиться (Рис. 2). На обычном дельтаплане гаширование* оказывается несколько меньше по величине из-за гибкости консоли. Труба на крыле с большей купольностью распрямляется и уменьшает крутку, а труба противоположного крыла, наоборот, подгибается, что не позволяет сильно уменьшить крутку. Система предварительного изгиба консоли (СПИК) не даёт консолям гнуться и разгибаться и, тем самым, увеличивает гаширование*, а значит и управляемость. Таким образом, аэродинамическая составляющая в общей доле управляющего момента по крену значительно увеличивается.

После того, как "Стажер" с системой предварительного изгиба консоли (СПИК) успешно полетел, решили сделать аналогичную систему на двухместном дельтаплане "Би дон". Задуманный для обучения и прогулочных полётов, "Би дон" оказался с норовистым характером и имел проблемы по управляемости. Он был сделан несколько лет назад в нашем клубе, как классический дельтаплан и пылился в ангаре дельтаклуба МАИ.

Благодаря установке СПИК мы получили крутку, почти не зависящую от взлётного веса, но в придачу к этому ещё и управляемость, которой не было раньше. Вот это сюрприз! Наши инженеры, конечно, догадывались об этом раньше, но одно дело умничать на земле, другое - почувствовать в воздухе.

На основании этих экспериментов весной 2000 года был спроектирован и построен двухместный безмоторный дельтаплан нового поколения для обучения и катания - "Бизон". Новое крыло удалось довести за три лётных дня. Несмотря на 19 кв.м. площади, он хорошо управляется в одноместном варианте, а ещё лучше в двухместном. При этом не меняется ни положение ручки трапеции, ни срывные характеристики. Изменяя длину тросовых растяжек СПИК, удалось легко добиться нужной устойчивости в спирали без перешивки дуги и замены труб консоли. Приятное свойство, расширяющее возможности регулировок.

* Гаширование - управление по крену путём перекоса крыльев, закручиванием их в противоположные стороны, что создает аэродинамический управляющий момент по крену.

Если сравнить дельтаплан с музыкальным инструментом, то у балалайки добавилась одна струна, смычок, и она превратилась в скрипку.

Преодолев последний барьер на пути к стабильному крылу, компания "Воздушный мост" начала мостить дорожку к грузоподъёмному мотодельтаплану на 500 - 600 кг взлетной массы, за который не было бы стыдно перед пилотами. Изучив, насколько возможно, конструкции аналогов, мы остались неудовлетворены достижениями коллег по производству крыльев для МДП такой весовой категории.

Холодной зимой 2000-2001 года был нарисован, обсчитан и изготовлен "Атлет" со СПИК, прозванный так за силу, выносливость и твёрдый характер. Было сделано два экземпляра крыла.

Один "Атлет" прошёл проверку в сельскохозяйственном сезоне 2001 года. Кстати, при установленном на аппарате 50-сильном Ротаксе, штатно заливали в бочку 150 литров химикатов. На наш взгляд это не предел.

Другой использовался в охотхозяйстве, в тайге. Отзывы пилотов в обоих случаях удивительно положительные.

Многие пытались сделать нечто подобное СПИК ранее, но особых успехов по разным причинам не добивались. Реализовать преимущества новой схемы получилось пока только в компании "Воздушный мост".

У всякой медали есть две стороны, поэтому давайте ещё раз обозначим плюсы и минусы крыла со СПИК.

Положительные моменты:

1. Отсутствие зависимости формы крыла, а, следовательно, и его характеристик, от взлётного веса. Ни положение ручки трапеции, ни срыв, ни управляемость не изменились в трёхместном варианте по сравнению с одноместным.
2. Стабильная управляемость довольно большого крыла с площадью 16,5 кв.м и размахом 10,14 м.
3. Отличная переносимость "болтанки". По этому параметру "Атлет" даже лучше 15-ти метрового "Марлина" классической схемы, хотя и несколько более жёстко реагирует на вертикальную составляющую турбулентности. Зато гаширование автоматически гасит возмущения от турбулентности по крену.
4. Возможность регулировать изгиб боковой трубы по мере вытяжки обшивки. А это способ продлить хорошие лётные характеристики на весь срок жизни паруса. Ведь, фактически, Вы получаете крыло с изменяемой дугой и можете настраивать её под себя и свои задачи.
5. Валение крыла можно убирать, изменяя длину тросов СПИК.
6. Обшивка крыла на земле не растягивается упругими консолями, что увеличивает срок хранения крыла в собранном виде. Обшивка "Атлета" на стоянке похожа скорее на старинное "рогалло", чем на современный высоконагруженный дельтаплан.
7. При пропадании нагрузки в полёте, лопухи не "подмахивают" вниз, создавая дополнительный пикирующий момент, что повышает устойчивость МДП.
8. Отсутствует поджатие вниз лопухов на большой скорости, что сохраняет правильную крутку до максимальных скоростей и увеличивает устойчивость по тангажу. В будущем это позволит отказаться от концевых антипикирующих устройств.
9. После достижения определённой перегрузки натяжение троса аутригера ослабляется и СПИК выключается из работы. У крыла вновь появляется способность сбрасывать большие перегрузки за счёт упругой деформации боковой трубы.

Отрицательные моменты:

1. Увеличивается время сборки-разборки на одну операцию, длительностью 1 минута.
2. Появляется ещё одна система, от надёжности которой зависит безопасность полётов (хотя полётные нагрузки на СПИК в несколько раз меньше наземных).
3. Увеличивается незначительно вес и цена конструкции.

Мнения пилотов о крыле "Атлет"

Коновалов Алексей

Практически закончил обучение на мотодельтаплане "Пегас" с крылом "Атлет", начинает самостоятельные вылеты.

Мотодельтаплан очень хорошо ведет себя по сравнению с другими аппаратами в турбулентной среде, это отметили все кто пробовал, да и крыло более мягкое и предсказуемое.

С уважением, Коновалов Алексей.

Правдин Андрей

3-его мая летали у подножий местных (домашних) вулканов. Ветер 8 м/с, после устранения заваливания крыла вправо, наконец-то испытал в полной мере великолепные лётные характеристики "Атлета". Заваливание устранили путём вворачивания-выворачивания аутригеров. В жёсткой турбулентности между сопками наблюдается горизонтальная болтанка, и только. Поведение крыла обыкновенное, самолётное. Да, "Атлет" крыло великое!

С искренним уважением Андрей.

Стойко Сергей Федорович

руководитель АСТК "Энергия", г. Королев Московской обл., почетный член НТК СЛА "Август-Дельта", г. Щелково Москов-ской обл., пилот СЛА-инструктор. Дельтапланеризмом занимается с 1976 г. Общий налет на дельталетах примерно 500 часов. Налет на дельталете "Фрегат-Ат" (бортовой номер М - 782)- 1 час 25 мин (8 тестовых полетов).

Крыло "Атлет" понравилось. Действительно, незначительные отличия в поведении при полете в одноместном варианте и вдвоём. Даже при полете с пассажиром весом 125 кг, управляемость изменилась, на мой взгляд, минимально, если сравнивать с другими аппаратами. Крыло устойчиво в виражах, легко разгоняется без потери высоты.

С.Стойко

Иконников Андрей Львович

член АСТК "Энергия", г. Королев Московской обл., член НТК СЛА "Август-Дельта", г. Щелково Московской обл., пилот СЛА-инструктор. Дельтапланеризмом занимается с 1983 г. Общий налет на дельталетах примерно 600 часов. Налет на дельталетах "Фрегат-Ат" (бортовые номера М - 781, М - 782, М - 783)- 25 часов.

В целом аппарат оставляет хорошее впечатление по своим летным характеристикам. К числу достоинств также можно отнести большую грузоподъемность, обеспе-чиваемую крылом "Атлет". Дельталет хорошо управляется как в одноместном варианте, так и в варианте с максимальной нагрузкой.

А.Иконников

Щебаров Юрий Евгеньевич

член НТК СЛА "Август-Дельта", г. Щелково Московской обл., пилот СЛА-инструктор.Дельтапланеризмом занимается с 1982 г. Общий налет на дельталетах примерно 500 часов. Налет на дельталетах "Фрегат-Ат" (бортовые номера М - 781, М - 782)- 10 часов.

В течение 2003 г. мне довелось летать на дельталете "Фрегат-Ат" как в варианте с колесным, так и в варианте с лыжным шасси. В целом аппарат оставляет хорошее впечатление: хорошо управляется, адекватно чувствуется ручка, неплохо ведет себя в "болтанку" (если не "пережимать" ручку!) а также при выполнении виражей.

Ю.Щебаров

Никишин Михаил Васильевич

член НТК СЛА "Август-Дельта", г. Щелково Московской обл., пилот СЛА. Полетами на дельтах занимается с 2001 г. Общий налет на дельталетах 123 часа. Налет на дельталетах "Фре-гат-Ат" (бортовые номера М - 781, М - 782, М-783)-19 часов 43 минуты.

Поначалу была настороженность относительно повышенного веса аппарата и, как следствие, возможные (больше психологические) проблемы с управляемостью, но, как показали полеты, эти предполагаемые проблемы были надуманными. Аппарат управляется легко без каких-либо проблем независимо от взлетного веса и метеоусловий (наверное, это положительное свойство СПИКов). Аппарат нравился все больше и больше от полета к полету.

М.Никишин

Сертификация "Атлета"

Веяния прошлого года в России - очередная попытка ввести самостоятельно летающую публику в законные рамки. Осуществляется это путем регистрации летательных аппаратов, для чего необходимо было представить бумагу о том, что аппарат может летать в принципе и в какой-то мере делать это достаточно безопасно. В России такие бумаги должны выдавать специально аккредитованные федеральной службой центры по надзору в сфере транспорта. К сожалению ни один из этих центров не использует средства объективного контроля и подтверждения устойчивости, надежности и прочности крыла мотодельтаплана. наверх

Крыло "Атлет", разработанное и производимое компанией "Воздушный мост", заслуженно получило высокую оценку и популярность у пилотов мотодельтапланов. Конечно же, оно прошло проверку на допуск к полетам в России, но хотелось убедиться в его соответствии не на основе экспертных оценок, которые весьма субъективны, а на основе объективного контроля, по принятым в мировой практике методикам. Наверное излишне говорить о том, что полеты на мотодельтапланах в западных странах уже давно легализованы и существуют соответствующие технологии по допуску к полетам сверхлегких летательных аппаратов новых конструкций, то, о чем Россия только задумалась.

Так, вот, мы и решили испытать крыло "Атлет" по наиболее серьезной методике испытаний - немецкой. Для этого пришлось проделать серьезную работу по подготовке документов, чертежей и прочей документации, которую запросили немецкие сертификаторы. Надо отдать им должное - все было по делу, без излишеств и придирок в требованиях с их стороны. Кульминацией, конечно, стали сами испытания. Об этом стоит рассказать подробнее.

Процесс сертификации в Германии состоит из трех этапов. Первый - подача заявки и рассмотрение документации. Здесь, как я уже упоминал выше, рассматривается комплектность документации, расчетов и чертежей. Основная задача - проверить серьезность намерений заявителя, насколько основательно он подходил к проектированию и проверке прочности конструкции. Надо добавить, что чертежи довольно подробные, но основная задача - однозначное определение конструкции, которую нельзя было бы перепутать с другой подобной. Важно так же и то, что любые изменения в конструкции сделанные после сертификации требуют дополнительной проверки и испытаний, поэтому это похоже на сертификацию типа.

Второй - аэродинамические испытания. Это сугубо практические испытания. Они проводятся на специальном автостенде, оборудованным соответствующими датчиками и аппаратурой измерения. Суть измерений сводится к составлению графика момента Мz в зависимости от угла атаки крыла на различных скоростях от 60 до 120 км/ч. Дополнительно измеряется подъемная сила крыла. Все данные выводятся на компьютер и графопостроитель. Через прозрачный элемент в крыше автомобиля можно наблюдать поведение крыла.

Третий элемент - прочностные испытания. К ним допускаются прошедшие первые два этапа. Суть испытаний сводится к нагружению крыла разрушающей нагрузкой эквивалентной +6 g, согласно некоторому теоретическому закону распределения подъемной силы по размаху. Так же нагружается крыло и отрицательной равномерной нагрузкой -2 g. В качестве нагрузки используются специально сшитые мешки, набитые стальными шариками. Крыло считается прошедшим прочностной тест, если выдержит разрушающую нагрузку в течении 3 секунд до разрушения.

По статистике аэродинамический тест с первого раза проходит 30-40%, а прочностной не проходит 90% от заявителей. Поэтому понятно было наше волнение по этому поводу, хотя опыт и уверенность в своих силах придавали некоторую основу для надежды на лучшее.

Нас поставили в график испытаний на 6 июля. Пришлось приложить немало усилий, чтобы успеть к этому сроку в Германию. Можно, например, отметить, что визы в посольстве можно было получить только через месяц из-за большой загрузки отдела по выдаче виз. Мы опустим и транспортные приключения, и всякое прочее, что нужно было преодолеть, чтобы быть вовремя. Мы очень не хотели опаздывать, зная немецкую пунктуальность. В общем, мы успели: 5 вечером были в условленном месте. Радость от прибытия немножко потухла, когда нам сообщили, что испытания отложены на неделю - в понедельник - из-за погодных условий. Надо было признать, что лил дождик и немножко дул ветер. Пилоты всегда готовы ждать погоды и терпение заложено у них в крови, если это настоящие пилоты. Мы имели двухнедельную визу и ничего не оставалось, как ждать.

Потом перенесли еще на несколько дней - на среду. Тут уже стало несколько трепетно, поскольку виза не бесконечна.

У нашего переводчика стала появляться фраза "немецкий саботаж". Мы сначала не очень поняли. Он попытался нам разъяснить: "Вот если бы в Москву на испытание привезли китайское крыло. Как вы отнеслись бы к нему?!"

Унывать не в наших традициях. Мы решили обзвонить местных мотодельтапланеристов, с целью пообщаться, посмотреть на них, себя показать. Но через несколько звонков нам позвонил немецкий сертификатор и сказал, чтобы мы не звонили никому, поскольку почти все маститые местные пилоты были участниками испытаний и восприняли нашу невинную попытку познакомиться, как давление русской мафии, которая лоббирует испытания русского крыла.

На следующий день испытания состоялись.

К удивлению немцев у графопостроителя не хватило ширины, чтобы зафиксировать максимальный восстанавливающий момент - самописцы встали на упоры. В общем, аэродинамический тест "Атлет" прошел с первого раза. Надо заметить, что крыло известной французской компании, испытываемое после нашего, тест не прошло.

Далее нас ждали прочностные испытания. Это очень печальное зрелище. Крыло перевернули мачтой вниз и нагрузили +6g. После этого начали медленно его поднимать за узел подцепки. Как сказал сертификатор, стоит упасть одному мешку и может поломаться из-за динамической нагрузки - ведь все на пределе прочности. Килевая изгибалась, консоль превратилась по форме в "змею". Парус стонал и охал, выпуская лишний воздух и перекатываясь от увеличивающейся нагрузки. Нервы натягивались как боковой трос. И вот последний элемент крыла отделился от земли. Оно висело в воздухе, измученное нагрузкой, с которой никогда не столкнется в реальных условиях, но держало! Настоящий "Атлет"! Напряжение в трубах передавалась на физическом уровне. Через пару минут крыло опустили и сняли нагрузку. Мы были поражены: ни один из элементов не имел остаточных деформаций! После этого тест на отрицательную нагрузку -2 g показался игрой.

"Атлет" стал первым российским крылом для мотодельтаплана, прошедшее сертификацию в Германии! Да еще с первого раза, что является доказательством не только высоких характеристик крыла, но и подтверждением настоящего профессионализма команды, создавшей его.

Мы поинтересовались, почему дается такая нагрузка, которую аппарат не встретит в реальном полете, тем более, что такое нагружение может не отражать реальную нагрузку. Ответ был исчерпывающим: "Просчитать конструкцию крыла мотодельтаплана почти нереально, а этот тест - можно, конечно, спорить, но в Германии не было ни одного случая катастрофы связанного с тем, что дельтаплан или мотодельтаплан разрушился из-за недостатка прочности".

Очень хочется верить, что наши уважаемые авиационные власти не только признают немецкую сертификацию, но и смогут сами создать подобные методики и оборудование, которое позволит повысить безопасность полетов и уровень производимой техники в России и за рубежом! наверх

Лев Киносян, компания "Воздушный мост", Москва.