Проектирование поплавков гидросамолетов

Противоречивые требования к конструкции поплавков гидросамолетов вынуждают прибегать к компромиссу при выборе формы поплавков.

По степени важности эти требования располагаются следующим образом:

хорошие гидродинамические качества и остойчивость
по возможности малое лобовое сопротивление

Пользуясь соответствующими коэффициентами, полученными из статистики поплавков существующих удачных самолетов различных типов можно избежать значительной доли экспериментальной работы и быстро построить необходимые обводы поплавка.

Для этого требуется знание следующих коэффициентов:

a — коэффициент полноты мидельшпангоута
b — коэффициент полноты ватерлинии
c — коэффициент полноты водоизмещения
d — коэффициент линейных отношений
e — коэффициент моментов инерции

Значение a равно отношению площади сечения мидельшпангоута поплавка к площади описанного прямоугольника ABCD

Значение b равно отношению площади ватерлинии поплавка к площади описанного прямоугольника EFGN

Значение c равно отношению обьема поплавка к обьему описанного прямоугольного параллелепипеда.

Значение d: если L — полная длина поплавка, B — наибольшая ширина, H — наибольшая глубина, то H должно равняться 1,13B, а L должно равняться 8B.

Это соотношение задает пропорции современного поплавка двухпоплавкового гидросамолета с закругленной палубой, V — образным днищем и с одним реданом, расположенным примерно посередине поплавка.

Закругленная палуба является наиболее распространенным типом конструкции благодаря прочности сечения и хорошему стоку воды с верхней части поплавка. В тех случаях, когда это бывает необходимо, можно сделать дорожку для хождения по верхней части поплавка.

Редан должен быть расположен вблизи от центра тяжести самолета, так как при взлете самолет скользит по поверхности воды на редане, и если он находится далеко от центра тяжести, возникают большие дифферентирующие моменты.

Назначение редана состоит в том, чтобы оторвать поток от задней части днища и тем самым уменьшить подсасывание и водяное сопротивление.

V — образная форма глиссирующей части днища уменьшает удар при посдке, почему ей отдается предпочтение перед плоской, несмотря на то, что плоская форма днища меньше прилипает к поверхности воды.

Для вышеуказанного типа поплавка коэффициент полноты мидельшпангоута — 0,75, коэффициент полноты ватерлинии — 0,68, коэффициент полноты водоизмещения — 0,47.

Данные выше коэффициенты представляют собой средние значения для целого ряда самолетов. Пользуясь этими коэффициентами можно получить достаточно хорошие обводы и пропорции поплавка.

Способ построения обводов поплавка тот же, что и в кораблестроении, разница заключается лишь в значении коэффициентов, применяемых для гидросамолетов.

Пользуясь этими коэффициентами и принимая угол V глиссирующей части днища равным 30 градусам, легко найти сечение мидельшпангоута, соответствующее коэффициенту полноты в 0,75, проверяя площадь.

Вогнутая часть днища напоминает носовую часть торпедоносцев и легких крейсеров. Она выполняет два назначения: уменьшает угол наклона брызг и увеличивает продольную остойчивость.

Далее следует построить килевую линию, причем килевая линия кормовой части поплавка представляет собой прямую, образующую с горизонталью угол около 7 градусов. Скуловая линия в кормовой части точно так же представляет собой прямую, переходящую у самой кормы в кривую для соединения с килевой линией.

Необходимая высота редана зависит от взлетной скорости самолета. По мере уменьшения взлетной скорости высоту редана следует увеличивать. В среднем высота редана равна 1/13 ширины поплавка.

Сечения шпангоутов передней части поплавка должны быть подобраны таким образом, чтобы центр водоизмещения был расположен впереди редана, поплавки не зарывались носом в воду.

Верхняя часть поплавка обычно горизонтальна по всей его длине. Для улучшения аэродинамических качеств поплавки могут быть сигарообразной формы. Однако считается, что использование этой формы поплавков для нескоростным самолетов нецелесообразно.

Угол килеватости в 30 градусов, взятый для мидельшпангоута возрастает к носу до 40 градусов, а в корме — до 35.

Теперь можно считать, что сечения поплавка, дающие требуемый его обьем построены, грузовая ватерлиния определена и форма его дана в плане для сравнения, насколько близко она подходит к желаемому коэффициенту полноты.

Кроме хороших взлетных качеств от гидросамолета требуется достаточная остойчивость на воде.

Ниже приводится пример расчета статической остойчивости:

На следующей схеме показан самолет, наклоненный под небольшим углом, на который действует две равные силы:

Вес, приложенный к центру тяжести и направленный вниз по перпендикуляру к ватерлинии.
Гидростатическая подьемная сила, проходящая через носовой чентр величины, т. е. через центр плавучести самолета в наклоненном положении и направленная вверх по перпендикуляру к ватерлинии.

Когда самолет наклонен, общий обьем поплавков, погруженный в воду остается постоянным, но меняется его форма, так что центр тяжести обьема поплавков, погруженных в воду, также перемещается от B к B₁.

Точка M, где вертикаль, проходящая через B₁ пересекает центральную линию самолета называется поперечным метацентром.

Если теперь мы проведем некоторую линию GZ, перпендикулярную вертикали, проходящей через B₁, то тогда все равные силы 1 и 2 будут действовать на плечо GZ и момент, стремящийся вернуть самолет в прежнее положение бует равен D(GZ).

Для небольших углов крена (примерно 8 градусов) можно считать что расстояние между точками G и M не меняется и следовательно восстанавливающий момент или момент статической остойчивости равен D(GM)sin

Если точка M будет лежать ниже точки G, то результирующий момент будет стремиться перевернуть самолет.

Не стоит думать, что большая метацентрическая высота улучшает самолет. Большая метацентрическая высота вызывает большие восстанавливающие моменты, стремительность угловых перемещений и делает самолет очень чувствительным к любой волне из за слишком большой остойчивости. Поэтому при проектировании стремятся свести величину (GM) к минимуму, обеспечивающему безопасность и удобство плавания.

по материалам:
И. Мунро «Проектирование и расчет гидросамолетов»

Как сделать поплавки для самолета

Каталог >> Технологии >> Расчет поплавков, изготовление, подбор, монтаж.

Разделы

Авиа (80)

Авто (6)

Корабли (1)

Симуляторы (5)

ДВС (1)

Аксессуары для ДВС (12)

Электродвигатели (5)

Импеллеры (1)

Батареи (4)

Зарядники (3)

Радиоаппаратура (32)

Электроника (12)

Провода и разъемы (10)

Инструменты (1)

Материалы (8)

Приборы, тестеры

Литература (2)

Полный список товаров

Поиск

Статьи

Новые статьи (0)
Все статьи (128)
Обзоры (13)
С чего начать? (23)
Технологии (57)
Аккумуляторы (12)
Пилотаж (11)
Это интересно (12)

Информация

Как пользоваться интернет магазином
Услуги лазерной резки
Доставка и возврат
Безопасность
Условия и гарантии
Сотрудничество
Прайс-лист (Excel)
Прайс-лист (HTML)
Свяжитесь с нами

FAQ

Вопросы по работе магазина (14)

Расчет поплавков, изготовление, подбор, монтаж.

Расчет поплавков, изготовление, подбор, монтаж.

В этой статье мы произведем расчет основных размеров поплавков и рассмотрим в общих чертах примеры конструкций поплавков и варианты креплений.

Расчет поплавков

Т.е. А = Длина фюзеляжа * 0,75 = 770 * 0,75 = 577 мм

Высота поплавков берется 8% от длины поплавков:

Б = А * 0,08 = 46 мм

Длина носика поплавка 14 % от длины поплавков, таким образом, формируется оптимальный угол подъема носа:

В = А * 0,14 = 80 мм

Расположение редана Чак Каннинэм рекомендует на расстоянии 53 % от передней кромки:

Д = А * 0,53 = 306 мм

Высота редана составляет 3.2 % от длины поплавка, т.е. это составит:

Г = А * 0,032 = 18 мм

Днище до редана и после редана должно быть под углом 3 градуса.
Если Вам нужно еще знать высоту конца лыжи и перегиба днища в нос в передней части, их можно найти через тангенс угла и длину соответствующего участка днища.

Ширину поплавка предлагается вычислить по формуле:

Ширина, дюйм = (вес модели в унциях * 1,8)/(0,049 * квадрат(длина поплавков, дюйм))

Я ширину поплавков решил рассчитать по-другому – учитывая плотность материала лыж. Запас плавучести – 2. Т.е. один поплавок должен держать на воде самолет. (Эта величина может быть колебаться, не которые делают 1,6 что бы уменьшить размеры и вес поплавков)

Значит, объем вытесненной воды одного поплавка составит – ровно вес модели 0,75 кг. Плотность воды 1000кг/м3. Т.е. объем вытесненной воды составит 0,75л или 0,75 дм3. Это и есть рабочий объем поплавка!

Ширина поплавка = объем поплавка / площадь боковой поверхности = 50 мм.
(все размеры у нас уже рассчитаны, площадь рассчитаете сами)

Теперь, зная плотность пенопласта – 25кг/м3, вычисляем вес поплавка:

0,75 * 25г/дм3 = 19 г

Теперь пришло время определиться, где будут располагаться наши поплавки относительно фюзеляжа. Здесь важны 3 основных момента:

1. Величина, на сколько будет выступать поплавок за плоскость вращения винта(грубо):

Е = диаметр винта * 0,33 = 230 * 0,33 = 76 мм

2. Расположение центра тяжести (ЦТ) модели относительно редана на днище поплавка. Проекция ЦТ самолета на днище поплавка должна находиться чуть впереди редана.

Возможно, потребуется какая то регулировка или дополнительная балансировка, что бы выполнить одновременно эти 2 пункта. Крайняя мера – изменение расположения редана, но я думаю, до этого не дойдет. Например, многие производители поплавков делают в носу поплавка дополнительный отсек, в который можно положить балансировочный груз при необходимости дополнительной балансировки самолета.

3. Поплавки должны быть установлены таким образом, что бы был положительный угол атаки крыла относительно водной поверхности 2 – 4 градуса.

Теперь у нас есть все размеры поплавка и расположение поплавка относительно ЦТ и плоскости вращения винта и крыла.

Следуя этому расчету и принципам, Вы сможете изготовить или подобрать поплавки и установить их на свой самолет для успешных полетов на воде.

Примеры технологий изготовления, конструкции поплавков и монтажа.

Существует множество типов поплавков для моделей. Как правило, они делятся на 2 типа по форме днища: плоские и V-образные. Все настоящие самолеты имеют V-образные поплавки, хотя раньше были и плоские, например на Sopwith bipe. Поплавки этого самолета более похожи на водные лыжи, в то время как V-образные поплавки более похожи на днище корпуса глиссирующей лодки.

Плоские поплавки более легки в изготовлении, V- образные поплавки сложнее в изготовлении, чаще используются для масштабных моделей. Не смотря на эти различия, основные параметры – длина поплавка, расположение редана и т.д. будет рассчитываться одинаково. Из чего строить поплавки — решать Вам. Обычно, если Вы строите модель копию, то лучше строить с копийными поплавками, а если Вы хотите сделать съемные поплавки для того, что бы просто попробовать себя в качестве пилота самолета с поплавками – можно сделать плоские поплавки, что позволит сэкономить время и материалы.

Существует достаточно много технологий самостоятельного изготовления поплавков. Рассмотрим вкратце одну из них, предложенную Ironsides(Бензиновые самолеты).

Сначала изготавливаются шаблоны, размеры которых были предварительно рассчитаны.

Шаблон можно сделать из тонкого листового алюминия или из электрокартона на край которого клеится толстая металлическая фольга, что бы поверхность была гладкой и термостойкой.

Потом вырезается все горячей струной в такой последовательности:

Должно получиться, что — то вроде этого:

Еще один пример самостоятельного изготовления поплавков (электросамолет) предлагает Джим Спенсер (Jim Spencer)

Он вырезает поплавки из пенопласта электролобзиком

Подкладывает с одной стороны кусок древесины, что бы срез был под углом

После склейки половинок поплавка дно получается с V.

Способ крепления поплавка показан на рисунке.

Вот еще примеры крепления поплавков:

А вот образцы серийных поплавков для моделей:

Примеры конструкции стеклопластиковых поплавков для больших моделей самолетов:

Особенности конструкции стеклопластиковых поплавков:

Бальзовые поплавки с пенопластовой сердцевиной.

Для малой авиации производятся поплавки множеством фирм и конструкция их и технология производства значительно проще.

Например, методом экструзии (вспенивания) в форме.

Или из легкого полого пластика.

На этом мы заканчиваем статью, которая поможет рассчитать, изготовить, подобрать поплавки и установить их на модель. В следующей статье я расскажу об особенности техники полета на гидропланах.
Готовый расчет поплавков в Excel

Эта статья была опубликована 16 октября 2008 г..

Число отзывов: 0