Уже давно мне хотелось реализовать проект FPV-носителя дальнолета своими силами. Мысли уже давно были в голове, но его реализация всё откладывалась из года в год. У меня уже было много попыток реализовать FPV-носитель моей мечты, но всё как-то не складывалось по разным причинам. Обычно всё заканчивалось тем, что самое главное, самолет перетяжелен, а длительность полёта небольшая. У меня было много проектов, о которых я писал в предыдущих статьях и в статье АСК-10. Это очередной такой проект. В итоге я хотел примерно следующее:
- размах крыла 2 метра;
- большое удлинение крыла, как у планера 10...12;
- съемные консоли;
- возможно съемный стабилизатор;
- классическая схема;
- толкащий винт, чтобы не заслонять камеры;
- полётный вес порядка 1100 грамм;
- развитое управление, добавление закрылок помимо стандартных опций.
По начинке хотелось, что-то типа 3 банки Li-Po, 1 БК мотор с тягой на 1000 грамм. хотелось, контроллер Matek на прошивке Inav для автопилота и стабилизации и прочее что к нему нужно.
В итоге со временем выбрал Lion аккумулятор 3S2P секции 18650 По 3400 mah за банку.
Проектирование
Рисовать я стал в программе Solidworks 2020
Начал я в итоге с создания внешнего вида.
Немного по расчётам прикинул в программе Mathcad15
Посчитал на статическую устойчивость в программе XFLR5
В расчёты сильно вдаваться не буду, скажу, что геометрию профиля крыла я решил сделать параметрической, которая подстраивается под реальный размах, но несколько отличается, от самого NACA3512, чтобы в Solidworks удобнее было с ним работать. По сути профиль представляет себя набор дуг и элипсов. Эти изменения незначительно оказали влияние на общие параметры профиля по сравнению с NACA3512
Далее после того, когда я закончил с расчётам принялся за проектирования всего ЛА.
При проектировании я немного смущался аэродинамических схем с толкающим винтом, так как нужно поднимать мотор высоко, чтобы не задеть хвостовую балку, да и винтом я ограничился 9 дюймов. Один из остростоящих вопросов это выкос мотора, для исключения опракидывающего момента. Я его примерно направил в центр фюзеляжа дабы уменьшить плечо от вектора силы до центра масс. Как я понимаю это работает именно так. Делал угол исключительно визуально.
Не буду сильно вдаваться в подробности, покажу в общем итоговый результат.
Не буду сильно вдаваться в подробности, расскажу, только о некоторых проблемных моментах проектирования. В целом я хотел честно говоря достаточно быстро нарисовать модель и чтобы она реализовывалась достаточно просто с точки зрения изготовления. А столкнулся я со следующими проблемами.
- Было сложно в морду запихнуть 2 видеокамеры (курсовую и записывающую) так, чтобы они не мешали друг другу, по обзору, чтобы создать достаточно обтекаемый нос. Конечно нос получился тупорылый.
- катастрофически мало места. Я спроектировал очень маленький фюзеляж. Очень сложно было укомпоновать туда всякие контроллеры, приемники, видеопередатчики, GPS, регуляторы хода и так далее так чтобы оно не мешало друг другу. Пришлось было часть крыла отдавать в фюзеляж.
Из-за этого конструкция набрала вес, с этим пришлось мириться. по крайней мере на частях центроплана появилось место для размешения электроники.
- Хвостовое оперение удалось сделать съемным за счёт использования замка на резинке.
В итоге все модели я разместил по этой ссылке для тех, кому будет интересно.
Далее пошло дело изготовления. Хотел обратить внимание на то, что технологии мои остались прежними. это крылья нарезанные из пеноплекса струной. лонжероны и стрингеры из сосновых напиленных реек. Шпангоуты из фанеры нарезанной на лазере, используются напечатанные детали из PLA пластика, фюзеляж обшит потолочной плиткой. Всё это обтянуто цветным скотчем, вообщем ничего такого интересного, но это очень доступные технологии, которые позволяют собрать самолёт в домашних условиях.
Строительство
Далее покажу некоторый фотоотчет о строительстве:
Проблемы возникли с применением в конструкции впервые для меня тяги в боуденах. для этого я купил стальную проволоку диаметром 0,8 мм и боуден наружным диаметром 2 мм и 1 мм внутренним диаметром. Всё взял с алиэкспресс. Приходилось его выпрямлять, а это оказалось не так просто. идеально прямо его не выпрямить плоскогубцами, и он получался немного змейкой. конечно я это всё дело залил силиконовой смазкой, но трение чувствовалось, тут я понял, что усилия на то чтобы пропихнуть тягу в боудене будут, да и вообще не самая надежная конструкция. Но деваться уже некуда пришлось завершать процесс. Всё в итоге работает, усилия серв хватило, чтобы управлять Рулями высоты и направления. Но для себя я понял, что это вес, это не самое надежное решение, но зато сервы остались в фюзеляже. И теперь я думал, а это место могло использоваться для чего-то более полезного, как приемник или контроллер.
Когда уже начал компоновать аккумулятор из 6 банок Lion я понял, что он едва помещается, пришлось сильно ужимать конструкцию сборки аккумулятора. Т.е. стало понятно, что ширина фюзеляжа получилось на гране. были проблемы с компоновкой и регулятора хода, конечно он помещался, но запаса места на всякие приемники и контроллеры практически не оставалось. Пришлось во время уже сборки применить такое решение как перенос приемника в отсек над аккумулятором. Это повлекло за собой то, что каждый раз, когда потребовалось менять аккумулятор приходилось сверху скидывать приемник, что нарушало эксплуатационную технологичность. Дошло до того что аккумулятор лежал в своем отсеке на решетке, под которой проходили провода к видеокамере.
Немного про массу расскажу. Расчётная масса при проектировании получалась где-то 1100 грамм, что для 2х метрового аппарата неплохо. Но ранее я писал статью про весовое проектирование авиамодели с использованием своих технологий и подходов. я уже догадывался, что масса у меня будет несколько выше. По расчётам масса получалась порядка 1400 грамм. В итоге масса получилась 1360 грамм. Недалеко от истины. Конечно мне пришлось смириться с этой цифрой.
Самолёт я уже собирал наспех, быстро сварил новую сборку аккумулятора.
Аккумулятор получился по весу 310 грамм. Сложно подобрать аналог с таким же весом и такой же емкостью среди LiPo аккумуляторов, да и выходит он несколько дешевле. Я использовал такие секции 100% New Original NCR18650B 3.7 v 3400mah 18650 Lithium Rechargeable Battery For Flashlight batteries
В качестве начинки я использовал следующие комплектующие:
RC MODEL E-Power Brushless Moto D2830 2830 1000KV Brushless Motor For Multicopter and Helicopter
Rctimer SimonK Multicopter Speed Controller ESC 30A
Как я уже говорил, я наспех собрал самолёт, не использовав все детали, которые ещё не успели прийти, всякие метизы, провода, антенты, разъемы и так далее.
Провода от сервоприводов элеронов и закрылков я не спрятал в крыло, что могло оказать влияние на аэродинамику, Видеопередатчик по каким-то причинам не работал. я не смог установить связь с видеоприемником. Примерно посмотрел центр тяжести, и вроде как примерно нормально. Ну и в таком виде я пошел на облет.
Облет
К облету я достаточно быстро подготовился. Погода очень радовала, но небольшой ветер дул со стороны солнца, и это меня обязывало запускать модель против солнца... Ну ладно, начнем с видео.
В итоге по первым ощущениям самолёт перетяжелен. Во-вторых во время взлета 1-го самолёт конечно не захотел вообще лететь. просто плюхнулся.
Во время 2-го взлета на выпущенных закрылках самолёт и руле высоты на себя едва едва оторвался и пошёл в небо. Чувствовалось явное кивание самолёта. даже с отпущенным закрылками, Я едва на полную отримировал самолёт в воздухе рулем высоты на себя. Был сильный крен в одну сторону. Но несмотря на это с трудом, но мне удалось выравнить самолёт. и он летел уже относительно ровно. Ведь при проектировании я закладывал установочный угол в 2 градуса.
Откуда это кивание, можно предположить от передней центровки, что нужно Центр масс двигать назад. Я исключил вероятность влияния на кивок действие мотора, так как мне кажется, что я и так его достаточно сильно задрал вверх, то есть плечо минимальное, хотя... кто его знает...
влияние проводов? возможно? может они организовали какой-то срыв потока, спрячу провода, и всё будет хорошо. посмотрим.
Возможно конечно центр масс и правда должен быть более задний, так как хвост длинный центровка должна быть задняя наверное т.е. двигать назад к центру давления по ближе. Есть такая поговорка, у самолётов с короткой ж*пой центровка должна быть передняя. Тут я исхожу из обратного.
Может конечно криво всё это склеилось у меня, я ведь не проверял угол установки хвостового оперения к крылу. А может и совокупность причин
С этим ещё конечно нужно плотно разбираться, но проблема мне кажется решаемая. Конечно уже не решить вопрос с массой ЛА. Не должен самолёт после запуска проседать по высоте это значит самолёт перетяжелен. Но доводить самолёт до ума надо, и мне кажется он будет ещё нормально летать.
Также во время полёта была проблема того, что горизонтальное оперение слабо зафиксировано, его во время полёта болтало, хорошо, что на управляемость это не повлияло.
Что я вынес на сегодняшний день из опыта постройки:
- хорду консоли по больше можно сделать может 200 мм;
- заднюю кромку не нужно делать под 1 мм, нужно как мне кажется под 2-3 мм иначе пенопласт плохо её режет.
- Ширина фюзеляжа должна быть шире, для удобства компоновки минимум на 5 мм, наверное оптимально 10мм.
- не думаю что стоит заморачиваться с боуденами, лучше сервы установить в хвост, освободиться место в фюзеляже.
- как-то решать вопрос с курсовой камерой, может быть её нужно сделать чтобы она была ещё одновременно и записывающей, чтобы нормальная была морда.
- тщательнее прорабатывать вопрос с компоновкой.
- Обязательно оставить такую же развитую управляемую геометрию (элероны, закрылки).
- стараться не делать таких частей крыльев, которые являются частью фюзеляжа.
- если уж и делать съемный стабилизатор, то его крепление делать значительно жестче.
- Ну я не знаю, что-то делать с весом что-ли.
- Возможно я бы рассмотрел сборку аккумулятора 4S2P да тяжело, но на дальность это значительно бы повлияло в лучшую сторону.