I-014 "KERMIT"

PODSTAWOWE DANE 

(dotyczą wersji z największą gondolą)

- rozpiętość: 5 [m];

- powierzchnia nośna: 2,5 [m²];

- masa całkowita: 120 [kg];

- masa płatna (udźwig): 30 [kg].

OSIĄGI OBLICZENIOWE 

(dla płatowca jw. oraz masy całkowitej 120 [kg])

- prędkość maksymalna: 150 [km/h];

- prędkość minimalna (bez mechanizacji): 76 [km/h];

- prędkość wznoszenia: 6,7 [m/s];

- zasięg: 700 [km];

- czas lotu: 8,5 [h].

______________________

UWAGA! Zasięg i czas lotu mogą zostać łatwo wydłużone przez zwiększenie pojemności zbiorników paliwa, zainstalowanie dodatkowych akumulatorów, bądź zastosowanie obu tych rozwiązań na raz.

Wielozadaniowy Samolot Bezzałogowy I-014 "KERMIT" powstaje w oparciu o adekwatne dlań przepisy zdatności sprzętu lotniczego CS (Certification Specifications), wydane przez Europejską Agencję Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA) i interpretowane zgodnie z wytycznymi tej organizacji. 

11.XI.2024

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część jedenasta---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (2018 roku), stycznia, lutego, maja, lipca, października, grudnia (roku 2019), czerwca 2020 oraz lipca 2021 i stanowi jedenastą część cyklu publikacji.

Cytując wieszcza epoki coraz mniej minionej, Adama Ważyka, wypada powiedzieć: „spoza gór i rzek wyszliśmy na brzeg…”. To cytat, który najlepiej oddaje bieżący stan budowy samolotu „Kermit”. Cytat ten zastąpić można w sumie jednym słowem, w zasadzie komendą, która brzmi: RUSZAMY!

Trzy lata z nakładem. Przewlekłe miesiące. Dni liczone w setkach i tysiące godzin, półtora miliona ropiejących minut, w tym cieknące przez palce sekundy…

To z kolei okres, który dzieli nas od ostatniej publikacji na temat „Kermita”. To w ¾ - tych czas niezawinionej stagnacji poczynań, w związku z przeszkodami oraz z koniecznością walki o przetrwanie: osób i projektu. PRYWATNA WOJENKA. Jedna z całej serii wieloletnich wojen (bez przerw i rozejmów), o których w tym miejscu mówić nie będziemy, gdyż to doświadczenie jest zbyt jednostkowe, nie stanowi zatem losu zbiorowości. Ton kreśli zbiorowość: to co jej dolega oraz to czym żyje w konkretnym okresie. To schyłek pandemii jak i OSTRA WOJNA – żadne zaskoczenie dla ludzi myślących, o której to jednak, jeszcze do niedawna, bo i choćby nawet przed kilkoma laty, nie było z kim mówić. Tak jak i praktycznie nie było z kim mówić o dronach – w tym i tytułowym – chociaż czasu na to było co niemiara, chętnych: co kot skapnął. Jako mąciwoda oraz inicjator naszego fermentu wyznaję w tym miejscu, że wszcząłem go jeszcze grubo przed dekadą – w 2011 roku. Data ta dotyczy projektu dużego płatowca o nazwie „Sirocco” i udźwigu 40 [kg] (600 stron obliczeń i 200 rysunków). Szkice mniejszych dronów, w tym i samolotów pionowego startu, zdarzyło mi się popełnić już kilka lat wcześniej, co też dodatkowo odbiera sen w nocy, kaleczy sumienie...

* * *

„Wszędzie piszą o wojnie. To śmieszne. Wojny przecież nie będzie. Co to? Panna Lidka z nami nie jedzie?”... – cytat znany z filmu daje do myślenia, a właściwie dawał, gdyż było to w czasach kiedy państwo polskie miało wielkie kino, w tym rozumnych twórców, nawet z zasadami. Z innej, zapomnianej już dawno powieści wiemy, że WOJNA zastała rodzinę Sincowów na „zalanym słońcem placyku” w Symferopolu. Wiemy z niej i to, że „życie od razu rozpadło się na dwie niedające się połączyć części”: na tę PRZED oraz na tę PO strasznej wiadomości.

Wojna zweryfikowała, dowiodła i uzmysłowiła – tylko CO?

Rozliczni gęgacze przepoczwarzyli się w napoleonków, choć ich bataliony nie proszą o ogień, ale o przelewy, czyli o „podwózkę”. Geszefciarze, gamonie oraz szumowiny współodpowiedzialni za tragedię milionów prędziutko „wajchnęli się” na drugą stronę, znów kogoś udając, zaś bohaterowie – jak to zwykle bywa – leżą martwi w piachu…

Nam bomby na głowę nie lecą (póki co!) – nie można narzekać! Choć są też i tacy, których wątła psyche pęka od inflacji. A w DRONACH? Tu na pozór istna REWOLUCJA! O nie! To nie rewolucja, nie „proszony obiad, rysunek czy haft”, przaśny „akt przemocy”, tylko… PRZEŁAMANIE. Przełamanie mentalnej zapory; pierwsza wyrwa w tamie ludzkiej indolencji, w dodatku wcale nie tak rozłożysta i nie tak głęboka jak można by sądzić. Ale jednak WYRWA. Co do indolencji to ile jej jeszcze zostało w Narodzie wiedzieć może tylko ten, kto tę tamę przez lata konsekwentnie rozkrusza maciupeńkim dłutkiem. Ale za to ostrym – zza iskier, którego widać już pierwiosnki, rozsiane po innych, samotnych wysepkach. Dlatego na pytanie o kapitulację odpowiemy: NIE! I to tym dobitniej, że na świecie „są różne rodzaje zwycięstwa”, zaś zbudowany w 90% samolot „to nie iluzja tylko rzeczywistość.”

Czy nie szkoda zmarnowanych szans?

Pamiętajmy jednak, że szanse powodzenia zależą od tła. W KUŹNICY ich nie marnujemy, bo nas na to nie stać, szanując najmniejszą jak kruszynkę chleba, jak pisklę lub małą, człowieczą istotkę, także i tę w brzuchu. Tło to otoczenie. W kraju tło jest płaskie, podporządkowane, kroczące schematem kopiowania czegoś, co zrobili inni, więc zwykle spóźnione. Tło jest już stłamszone, a na domiar złego tłamszą je codziennie spece z dwóch stron granic, czyniąc tak od wieków, w tym zdrajcy u władzy z papierowym sercem. Tło jest przetrącone – historycznie latami dziejowych katastrof, obecnie subtelnym czesaniem neuronów. Tło jest niewolnicze, nie szanuje nawet własnego języka, nie szanuje prawdy i jej głosicieli, więc grupowo depcze, kolektywnie dusi. Do śmiałych posunięć trzeba ludzi wolnych, tak jak to obecnie jest na Ukrainie – niewolnicy za to padają jak muchy, na swą własną zgubę, leżąc tabunami z drugiej strony frontu...

Lecz nie odpuszczajmy!

Ogólnie rzecz biorąc to im większy Człowiek (w tym lepszy fachowiec) tym większa życzliwość. Takich mamy wielu. Zapoznał mnie z Nimi samolocik „Kermit”. I jeśli fizycznie nie mogli dopomóc, to przynajmniej wsparli mnie życzliwą radą bądź też mądrym słowem. A co do szkodników, czy innych maluczkich – byli, są i będą (tych zresztą nasz „Kermiś” też oddestylował, niczym wierny kompan lub oddany piesek). Taki obraz świata, taka kolej rzeczy… My – patrzymy w niebo!

* * *

Samolocik „Kermit”… Mówię „samolocik” bo jak słyszę frazę o „statku powietrznym” to bolą mnie zęby jak przy „konkubinie” lub przy sterowaniu „w kanale podłużnym”. Tak nawiasem mówiąc, kto chce rosnąć w oczach niech zajada drożdże, zamiast wzbijać pianę. Słowo „awionetka” też uwiera trzewia co niektórych „znafców”, ale to już było – nie dotyczy zresztą samego „Kermita”, gdyż ten jest z droniastych…

Zatem… co u NIEGO?

„Kermit” ma się dobrze i trzyma się mocno! Otrzymał niedawno kilka nowych „klocków”, które okraszają nie tylko samolot, ale także zdjęcia tego artykułu.

Są tu rzeczy drobne i bardziej poważne, są rzeczy… sążniste. Drobne to ZATRZASKI, WZMOCNIENIA, WYKROJE i ZAMKI OWIEWEK (osłony silnika a także kabiny), wbrew oczekiwaniom – mocno pracochłonne, również przez precyzję. Te bardziej poważne to skompletowanie ZESPOŁU USTERZEŃ, wespół ze sterami, ich ZAWIASOWANIEM oraz DŹWIGIENKAMI, wreszcie – z ELEKTRYKĄ, w tym i z OŚWIETLENIEM. Poważnym zadaniem było też FINALNE SKLEJENIE KADŁUBA, dokonane zresztą (jak nauczał Sołtyk) po okablowaniu tabunem przewodów (ze 30 metrów, w masie bliskiej „kilo”!) jak i przepuszczeniu węży paliwowych (możliwie daleko od okablowania), z podziałem połówek jak w „Pe-jedenastkach” (przy dzielonych wręgach, narzuconych także poprzez kształt przekładki), lecz z wzdłużnym kołnierzem podpatrzonym z „Gapy”, bądź też z samolotów Adama Kurbiela. Rzeczy zaś sążniste to… MECHATRONIKA, czyniąca z „Kermita” USKRZYDLONY ROBOT, co brzmieć może szumnie, a co najmniej modnie, lecz kiedy spojrzycie na dwa mechanizmy (MECHANIZM WYCHYLEŃ SILNIKA PRZEDNIEGO oraz REGULACJI OBROTÓW NAPĘDU) to niewykluczone, że mnie nie zbesztacie. Te ostatnie sprawy to cztery miesiące precyzyjnej pracy, a także obliczeń, w materii praktycznie niepodejmowanej przez branżowe książki, to męczące próby, w tym też „żyłowanie” i programowanie serwomechanizmów, trzeba tutaj przyznać: pierwszorzędnej klasy!

Był więc krótki briefing, pora na detale… Istotę wychyleń napędów „Kermita” omówiłem wcześniej w innym artykule, w tym miejscu dopowiem szczegóły techniczne. Samo wychylenie silnika przedniego umożliwiają dwa sprzężone serwa, o momencie obrotowym dobranym tak by mechanizm wychylny pracował także wówczas, kiedy jedno z serw ulegnie awarii (naturalnie przy pewnym REŻYMIE UŻYTKOWANIA MECHANIZMU, przypominającym np. reżym stosowania klap skrzydłowych w typowych płatowcach, co oznacza, że reżym ten wpisany zostanie w OBWIEDNIĘ OBCIĄŻEŃ, czy w inne wytyczne). Idea zdublowania serwomechanizmów nie jest niczym nowym w moim samolocie, gdyż jak dobrze wiemy – z dawniejszych wynurzeń – dotyczy ona nie tylko ogółu powierzchni sterowych „Kermita”, lecz goleni przedniej. W omawianym jednak obecnie przypadku samo rozmieszczenie serw poddane zostało także specyficznym wymaganiom związanym z pracą silnika spalinowego. Otóż odległość serw od silnika nie mogła być mniejsza od zastosowanej, gdyż w przeciwnym razie układ zapłonowy napędu zakłócałby ich pracę, uniemożliwiając tym samym poprawne działanie. Wymóg ten narzucił również długość POPYCHACZA. Popychacz ten – mimo, że przydługi jak turecki western – jest jednak dość lekki oraz bardzo sztywny, a to najważniejsze, także i z uwagi na drgania silnika. Jeśli ktoś sądzi jednak, że był to największy z problemów błądzi nader wielce. Największym problemem okazało się bowiem wyznaczenie ZŁOŻONYCH OBCIĄŻEŃ jakim nasz mechanizm (a więc jego serwa!) będzie poddawany w różnych stanach lotu, czy w pracy „na ziemi” (choćby lądowanie).

A tych jest bez liku…

MOMENT ŻYROSKOPOWY ŚMIGŁA (w przypadku silnika w dolnym położeniu istotne będą np. warunki krążenia czy lot w korkociągu, dla silnika „w górze” zaś kręcenie beczek – tych ostatnich jednak kręcić „Kermitowi” całkiem nie przystoi, a w konfiguracji z wychylonym śmigłem: nie przystoi stokroć…), MOMENT OD SIŁ BEZWŁADNOŚCI (wespół z wychyleniem środek ciężkości silnika zmienia położenie względem osi swego zawieszenia, wydłużając ramię od siły masowej, zależnej z kolei od zmiennych przyspieszeń /wywołanych zresztą także podmuchami, czyli niezależnych od woli „pilota”/), wyklinany przez lotników MOMENT DECENTRACJI CIĄGU (z angielska: P-factor, z rosyjska, a zatem z języka bardziej nieobcego: момент от эксцентриситета тяги винта) w klasycznym przypadku (lot prostoliniowy na dużych kątach natarcia) działa nie tylko w bok, ale i w płaszczyźnie wychyleń silnika, tj. góra-dół, w płaszczyźnie tej zmienia jednak zwrot obrotu (tj. zmienia znak), w zależności od tego czy łopata opadająca znajduje się w dolnej czy też w górnej połówce tarczy zakreślonej śmigłem. Mało tego! Ten ostatni moment będzie przecież wzrastał z wychyleniem napędu w górę, i tak – w oparciu o dostępny materiał obliczeniowy – można ustalić, że maksymalną wartość osiągnie on wówczas, kiedy tarcza śmigła (względem strug powietrza) ustawiona zostanie pod kątem rzędu 70 stopni (jakiś kąt natarcia płatowca + jakiś kąt wychylenia napędu). Zdarzyć się jednak może także lot z TRAWERSEM, kiedy to charakter zjawiska w najprostszym przypadku (oś śmigła odchylona w bok, przy zerowym odchyleniu poziomym) zmieni się w ten sposób, że działanie momentu obróci się niejako o kąt prosty. Oznacza to, że uprzednia tendencja momentu do trwałego działania w bok (moment narasta od zera do jakiejś wartości, lecz nie zmienia zwrotu /kierunku obrotu/, więc nie zmienia znaku) pojawi się w płaszczyźnie wychyleń silnika, ta o zmiennym znaku – w płaszczyźnie poziomej. W przypadku tym potencjalne wychylenie napędu nie sumuje się z kątem trawersu, co nie dotyczy jednakże obciążeń, gdyż te mogą się dodawać albo odejmować, w zależności od kierunku odchylenia osi śmigła (w lewo albo w prawo) oraz położenia łopat na tarczy obrotu… 

Czy to wszystko? Bynajmniej. Śmigło nie pracuje przecież w pełnej seperacji jak medialny „singiel” (tak, wiem wstrętne słowo…), tylko w otoczeniu najróżniejszych części samego latadła, czy wreszcie: silnika. Ich wpływ zaburza np. strumień zaśmigłowy, co z kolei rodzi nowe obciążenia. Wirujące masy silnika „też są żyroskopem”, choć za sprawą rozwoju techniki spalinowy silnik samolotu „Kermit” nie jest rotacyjny, więc wpływ ten jest mały – nie będzie tak jednak w przypadku (także wychylnego) napędu tylnego (trójfazowy silnik elektryczny z wirującym i ciężkim korpusem): to już jednak temat na inną opowieść, nie mówiąc już o tym, że warunki pracy dla śmigła tylnego będą bardziej zaburzone, gdyż znajduje się ono na końcu kadłuba (cień aerodynamiczny)…

Zakładamy wyżej, że wszystko jest „zgrane” – śmigło wyważone (zarówno statycznie jak i dynamicznie), brak NIEOSIOWOŚCI, względnie takie same ODKSZTAŁCENIA ŁOPAT w reżymie ich pracy. Małe BICIE ŚMIGŁA potrafi być źródłem pokaźnych momentów, podobnie i zresztą jak NIEWYWAŻENIE. Oprócz bicia śmigła mamy bicie serca – mocno przyspieszone, kiedy zrozumiemy, że śmigła lotnicze (ściślej: modelarskie) w praktycznych warunkach spotyka EROZJA (w warunkach opadu – dla śmigieł drewnianych) bądź też OBLODZENIE (spotykane nawet w zabawkowych dronach), nie mówiąc już o tym, że niektóre śmigła mogą się zużywać także w tym przypadku gdy końce ich łopat przebiegają blisko nawierzchni lotniska: a to wszystko zmienia wstępne parametry!

Do tego dochodzą i inne czynniki, związane już jednak z samym mechanizmem, jak straty od tarcia czy innych oporów, tudzież siły w dźwigniach, zależne w dodatku od kątów wychyleń (zmiany przełożenia względem popychaczy)…

Jakby było mało jest kolejny MOMENT. Na swój sposób nawet jawi się bliźniakiem (do tego syjamskim) zjawiska P-factor. Rachunkowo rozgryziony przez Mr. Barnwella (w starym czasopiśmie o pięknym i stricte lotniczym tytule, który może również oznaczać „ucieczkę” /jak u Bułhakowa/), potem przeliczony bardziej szczegółowo, ale przez Pysznowa (w polskim tłumaczeniu konstruktora „Kosa”, więc Pana Lassoty), przy okazji mówiąc – wzmiankowany w skrypcie gdzieś z pradziejów WAT-u (autorstwa S. Piątka, w stopniu kapitana); obecnie liczony już nieco inaczej, lub też wyznaczany w próbach tunelowych... Pomińmy szczegóły. Zaznaczę jedynie, że ten właśnie moment upraszcza konstrukcję popychacza drona, wzrasta on ponadto wraz z kątem natarcia, i ze swej natury jest zadzierający, w szczególnym przypadku może nas ponadto wybawić z opresji jak wiadome czołgi, na wiadomych filmach, z wiadomego czasu...*

Bilansując, zatem co nam się rysuje?

P e ł e n  m ę t l i k  w  g ł o w i e.

Albo, jak kto woli: krajobraz po bitwie – obraz minorowy.

Nie zmienia go zbytnio fakt, że choć jeden moment został nam odjęty, tj. MOMENT OPOROWY (REAKCYJNY) ŚMIGŁA. Co prawda hula on sobie w najlepsze, lecz szczęśliwie obciąża jedynie łoże silnikowe oraz zawieszenie tego ostatniego (śliczna para sił w łożyskach ślizgowych /śliczna jak dwa drzewka/), nie przenosi się jednak na strudzone serwa: a to jest kluczowe…

 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

* Z kategorii SPECJALISTA RADZIECKI DORADZIŁ: w poprzednich i dalszych wywodach uważnego Czytelnika zdziwić może powód, dla którego przywiązuję tak dużą uwagę do momentu decentracji ciągu, skoro jego działanie w większości przypadków omówionych w tekście jest zmienne, tzn. wiąże się ze zmianą zwrotu (rozumianego jako zmiana znaku) momentu zachodzącą wraz z obrotem śmigła. Czynię tak za publikacją „Podstawy projektowania samolotów pionowego startu i lądowania” (Основы проектирования самолетов с вертикальным взлетом и посадкой) F. P. Kuroczkina (wydawnictwo Машиностроение, Moskwa 1970). Autor tejże pracy zaleca wliczenie owego momentu (момент от эксцентриситета тяги винта) do bilansu całości obciążeń działających na aerodynę, tak jakby moment decentracji (mimośrodowości) ciągu charakteryzował się niezmiennym zwrotem (kierunkiem obrotu) w trakcie pracy śmigła (należy w tym miejscu wyraźnie podkreślić, że nie chodzi tu o prosty przypadek momentu decentracji wywołany tym, że oś piasty śmigła nie pokrywa się z poziomą osią przechodzącą przez środek ciężkości płatowca, co jest standardowo uwzględniane np. w analizie jego stateczności, czy z przypadkiem, w którym oś ta przebiega nad – tudzież pod – osią zawieszenia wychylnego napędu!). Niewykluczone jest jednak i to, że Fiodor Piotrowicz podaje nam sposób wyznaczenia ramienia decentracji ciągu już dla wypadkowej, „odczuwalnej” wartości momentu, co oznaczać by mogło, że z bliżej niewyjaśnionych przyczyn wartość momentu dla przypadku zadzierania nie jest równa tej pochylającej. Zastanawiające jest również i to, że w żadnej z przestudiowanych przeze mnie publikacji (zarówno z kręgu materiałów archiwalnych jak i nam współczesnych) nie spotkałem się z takim ujęciem tematu – zgodnie z własnymi analizami oraz w oparciu o opracowania innych moment decentracji (P-factor) działający w górę albo w dół pojawić może się wówczas gdy samolot przemieszcza się z trawersem (lub – jak kto woli – ze ślizgiem), i ma on taki obraz jak ten wyłożony wcześniej… Z tego to powodu moment decentracji omawiany w tekście traktujmy więc tak jakby niekoniecznie musiał on wystąpić w rozważanych poniżej przypadkach (uwaga ta dotyczy również informacji o tym, że moment ten osiąga swoją maksymalną wartość dla kąta wychylenia śmigła rzędu 70 stopni, gdyż taka właśnie wartość wywodzi się z metodyki podanej nam przez radzieckiego autora).X

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

X Już po napisaniu tego artykułu trafiło mi w ręce drugie (mocno przeredagowane) wydanie książki Kuroczkina, pochodzące tym razem z roku 1977. Aczkolwiek interesujące nas tu zagadanie i w tej wersji książki omówione jest dość lakonicznie, jednak nie tak bardzo jak w wydaniu pierwszym, gdyż pojawia się w nim stwierdzenie, że decentracja występuje na skutek różnicy ciśnień między górną i dolną półtarczą, i dotyczy ona samolotów VTOL z obracanym skrzydłem (na którym to osadzony jest silnik ze śmigłem ciągnącym w typowej gondoli). Można zatem domniemywać, że przemieszczenie osi ciągu wywołane jest zaburzeniem opływu jaki wywołuje ulokowane tuż za śmigłem skrzydło, co niestety nie zostało dość wyraźnie podkreślone w wydaniu poprzednim (pomimo, że rozważania dotyczyły takiej samej odmiany samolotów pionowego startu można było odnieść wrażenie, że jest to ogólny obraz zjawiska tyczący się śmigła izolowanego…). Ponieważ zagadnienie to stanowi przyczynek szerszego tematu i wiąże się z pojęciem PRAWDY (w sensie obiektywnym), do której zmierzamy „ściągając kolejne warstewki z cebuli”, postanowiłem pozostawić artykuł bez zmian, tak aby stanowił on zapis naszych lichych dążeń. Czytelnika poszukującego prawdy odsyłam zaś do filmu „Pismak” Wojciecha J. Hasa, a ściślej do rozmowy głównego bohatera z więziennym lekarzem o lampie naftowej. Nie jest poza tym żadną rewelacją ogólne stwierdzenie, że wielkie dzieła sztuki mówią nam nie tylko o tym, co dawno przebrzmiało, ale także o tym co dzieje się teraz (choćby u nas w Polsce), bądź nadejdzie jutro (patrz: końcówka filmu).      

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Jest więc jeden plusik. A co z minusami?

Trzeba je przeczołgać (taki zwyczaj z wojska), tudzież wziąć na powróz, niczym Kmicic Agę. Można je rozdzielić i oddzielnie rozbić. Odnośnie rozbicia: kto oglądał film pewnego wybitnie zdolnego Sergiusza o Waterloo wie o czym mówimy (w końcu „co mogło być prostszego od Charleroi…”). Lecz o tym nie teraz…

Najpierw: przeczołganie – poprzez dobór śmigła. Jak widać z obrazków jest TRÓJŁOPATOWE. Nie, to nie przypadek! Aczkolwiek sprawność śmigła trójłopatowego jest co nieco mniejsza niźli dla dwóch łopat, za to jego moment żyroskopowy jest mniejszy dwukrotnie! Mało tego – moment ten jest stały, gdyż śmigło trój- i więcej łopatowe stanowi de facto ŻYROSKOP SYMETRYCZNY. Oznacza to, że w przeciwieństwie do śmigieł dwułopatowych nie ma tutaj cyklicznego narastania momentu żyroskopowego od zera do jego maksymalnej wartości, zachodzącego podczas obracania śmigła – nie ma zatem źródła dodatkowych drgań! MOMENT BEZWŁADNOŚCI użytego śmigła w szczególnym (tzn. raczej wyjątkowym) przypadku też może być mniejszy niż dla ekwiwalentnego śmigła dwułopatowego (a więc śmigła o większej średnicy i mniejszej smukłości, choć raczej lżejszego), co jest o tyle istotne, że moment żyroskopowy śmigła wzrasta wespół z owym parametrem (dla dowolnej liczby łopat, przy średnicy śmigła D oraz masie m, jego moment bezwładności wynosi w przybliżeniu: Iśmigła = m∙D2/12, moment żyroskopowy zaś stanowi iloczyn momentu bezwładności, prędkości kątowej wirowania śmigła i prędkości kątowej manewru /trzy i więcej łopat/. Średnica D występuje tu jednak w kwadracie, zatem jej praktyczny wzrost niekiedy może okazać się bardziej szkodliwy od korzyści ze zmniejszenia masy m, co zdarza się czasami w śmigłach modelarskich, i to nawet tych samych wytwórców). Dodatkową zaletą śmigła o mniejszej średnicy jest ponadto zwiększenie prześwitu pomiędzy nawierzchnią lotniska, a końcem łopaty – dla śmigła przedniego samolotu „Kermit” nie ma to co prawda większego znaczenia, istotne jest za to dla śmigła tylnego: zwłaszcza podczas startu czy też przyziemienia ze znacznymi kątami natarcia (chociaż w tym przypadku tylne śmigło naszego latadła zabezpieczone zostanie w sposób wyjątkowy, i li tylko dla niego /„Kermita”/ możliwy, o czym teraz: sza!).

Wszelkie bolączki od niewyważenia czy wspomnianych wyżej zaburzeń opływu, także będą mniejsze dla przypadku śmigieł wielołopatowych (te ostatnie zwłaszcza dla śmigła tylnego); prawidła te dotyczą także decentracji ciągu: większa częstotliwość zmian zwrotu obrotu (tj. znaku) momentu w górę – w dół, przy mniejszych wartościach obciążeń, jak i zadzierającego momentu „Barnwella-Pysznowa”, który (przy pobieżnej analizie uwzględniającej jedynie wpływ średnicy śmigła) powinien być mniejszy. Należy też liczyć i na to, że śmigło o trzech łopatkach okaże się cichsze niż dwułopatowe (decybele), co jest ważne z uwagi na większą dyskrecję przelotu maszyny vel mniejszą uciążliwość dla osób na ziemi.

Teraz czas na powróz, choć w naszym przypadku powróz będzie… TRZPIENIEM.

Czym będzie ów trzpień? – w szerszym rozumieniu prostym MECHANIZMEM BLOKUJĄCYM silnik w skrajnych wychyleniach. Po co w końcu biedzić się z obciążeniami, dręczyć biedne serwa (dosyć prądożerne) przez cały czas lotu, lub zwiększać ich ilość, czy stosować większe, skoro wystarczy zwalniać nasz mechanizm jedynie w przypadku wychyleń napędu, do tego w warunkach (a więc obciążeniach!) w bardzo dużym stopniu zależnych już od nas (wzmiankowane wcześniej podzielenie wroga, w finale: rozbicie)…

Jak działa blokada – obrazują zdjęcia. Oprócz popychacza głównego (tego od wychyleń) do orczyka serw dołączony jest DRUGI POPYCHACZ, z wykrojem pod trzpień i ŚLIZGACZEM z tworzywa sztucznego. Zadanie jego jest proste: przesuwanie odpowiednio zawieszonego trzpienia do przodu i tyłu, w osi prostopadłej do płaszczyzny bocznej samolotu „Kermit”. Jak łatwo się domyśleć w skrajnych wychyleniach serw przesunięcie trzpienia powoduje ustalenie (zblokowanie) silnika w odpowiednim położeniu (położenie dolne, dla konfiguracji zwykłej, położenie górne – napęd wychylony). Sprzężenie blokady z wychylaniem silnika, a więc jego napęd za pomocą tych samych serw, czyni całość bardzo niezawodną, a do tego prostą, co rodzi analogie np. z pracą klasycznego synchronizatora lotniczych kaemów czy z układem rozrządu silnika. Całość mechanizmu jest przy tym łatwo dostępna do wglądu obsługi naziemnej, z tego względu też nieosłonięta (wzrost oporu nie jest tak istotny, gdyż „Kermit” z założenia nie jest samolotem szybko latającym, nie mówiąc już o tym, że wychylne napędy nie muszą być zastosowane w prostszych wersjach drona).

Mechanizm już mamy, jest dość urokliwy toteż cieszy oko, powstał jednak po to, aby go używać, do tego używać w stosownym reżymie (możliwości serw), w jakich więc warunkach?

Wróćmy do cytatu…

„Co mogło być prostszego od Charleroi… Jednym nocnym marszem rozdzielił obie nasze armie i zwycięstwo to osiągnął jedynie kosztem żołnierskich zelówek…”. Jaki z tego morał? W pierwszej kolejności uczmy się od lepszych, niekiedy od diabła, jak trzeba – od wrogów! Tak nawiasem mówiąc u nas ludzie gardzą mądrymi nacjami – śmieją się więc z Tamtych, śmieją się z Owamtych, a najczęściej z Siamtych, płaszczą przed silnymi, gniotąc swe „capecki” niczym chłop przed panem; taki „mental” człeka tłuczonego lagą od dziada pradziada, a co najmniej Września „roku pamiętnego”… Po co ta dygresja? Po to, że jak śmigło: nie działamy w „próżni”, przyszedł czas się się budzić  – „czasu jest”… n i e w i e l e.

Czas unieść się w niebo, co brzmi ciut dwuznacznie… Precyzując jednak: czas unieść się w niebo na naszych warunkach!

Tutaj jak gdzie indziej rozdzielenie wroga także jest wskazane i praktykowane, płycej albo głębiej. Wiadomo przecież, że nikt od dziesiątek lat nie buduje już „pancernych”, przewymiarowanych wytrzymałościowo samolotów pasażerskich, odpornych na nieeksploatowane w praktyce manewry, czy też „ultralajtów” zdolnych do śmigania w strefie turbulentnej z dowolną prędkością, bądź z dowolnym kątem przechylenia w kręgu (dla spragnionych wrażeń przewidziano jednak „leniwe ósemki”, lub choćby zakręty z kątem przechylenia nieprzekraczającym 60 - ciu stopni). Równocześnie pilot – jeśli ma ochotę – może sobie spokojnie przecinać powietrze np. z największą prędkością lotu poziomego, byle tylko nie wychylał on nadmiernie sterów i latał w możliwie spokojnych warunkach (atmosfera). Tak, to są truizmy, w tym zakresie tyczące się również „Kermita”… Jak wspomniałem wcześniej mechanizm wychylny narzuca nam jednak i swoje rygory, poszerzając zakres „praw i obowiązków”.

Ponieważ rzecz jest w miarę świeża (a jeśli nie świeża: słabo opisana), temat mechanizmu to zaledwie ułamek z prac nad samolotem, ja zaś jestem jedynie człowiekiem (pracującym w „nigdzie”) a nie instytutem, za wstępne WARUNKI umożliwiające bezpieczną zmianę wychylenia silnika/silników (z palety dostępnych) przyjąłem poniższe:

❶ możliwie poziomy ustalony lot prostoliniowy, z dopuszczalną prędkością ograniczoną jednak wpływem atmosfery, tj. podmuchami;

❷ lot w zakręcie możliwie ustalonym, w spokojnym powietrzu, z dopuszczalnym przy tym kątem przechylenia.

Pierwszy z punktów przyjmę za wiodący, drugi – za ewentualny, w specyficznych do tego warunkach, takich jak np. kierunek zakrętu.

Zaczynając od punktu ❶, wydawałoby się, że wszystko jest piękne, słodkie i rumiane. Lot po prostej sprawia, że pozbywamy się groźnego wroga pod postacią momentu żyroskopowego, gdyż w takim przypadku moment ten po prostu nie wystąpi. Ponieważ lot ten jest „możliwie” prostoliniowy (tzn. na tyle na ile idealne warunki są możliwe do spełnienia w praktyce, na co wpływ ma choćby błędne sterowanie) WSPÓŁCZYNNIK OBCIĄŻENIA n teoretycznie powinien być zbliżony do jeden. Oznacza to, że siła masowa napędu Pnapędu = 9,81 ∙ mnapędu ∙ n (gdzie mnapędu jest masą silnika ze śmigłem oraz jego łożem) wypadnie niewielka, podobnie jak i moment przez nią wywołany. Jak wynika z powyższego wartość współczynnika n w zasadniczym stopniu zależna jest od nas, gdyż determinuje ją precyzja pilotażu w zadanym rygorze (n ≈ 1), bardziej doskonała dla autopilota, mniej zaś dla człowieka (więcej ruchów „drążkiem”). Wszystko to jest słuszne, lecz tylko dla lotów w spokojnym powietrzu. Podczas lotu w warunkach atmosfery burzliwej wartość współczynnika obciążenia może ulec dość gwałtownej zmianie na skutek działania podmuchu, co oznacza wzrost obciążeń od siły masowej. Samo wyznaczenie siły masowej nie jest wówczas takie proste jak w powyższym wzorze, gdyż w tym przypadku mamy do czynienia ze ZŁOŻONYM UKŁADEM PRZYSPIESZEŃ, analogicznym do rozpatrywanego podczas wyznaczania obciążeń kadłubów, zależnym ponadto od masy całkowitej samolotu w konkretnym zadaniu (konfiguracja startowa systemu), w tym także od masy ładunku czy masy paliwa (malejącej w locie) – zagadnienie staje się więc na tyle skomplikowane, że nie będziemy go tutaj naświetlać, tym bardziej, że na skutek działania podmuchu zmienia się kąt natarcia płatowca, a więc i kąt śmigła, w związku z czym zmieniają się jego momenty (i nie w sposób trwały, bowiem zmianie kątów przeciwdziała „z marszu” siła usterzenia, dążąca do tego by samolot wrócił do stanu „wstępnego”)... Redukując temat do sił bezwładności (pomijając zatem pełną grę momentów) wystarczy w tym miejscu powiedzieć, że dopuszczalna siła masowa mechanizmu, zależna od sumarycznego przyspieszenia, wyznaczona może być przez dopuszczalną prędkość lotu poziomego dla rozpatrywanych prędkości podmuchów. To samo można też ująć w formułce: nieprzekraczanie dopuszczalnej prędkości lotu poziomego (wyznaczonej dla naszego mechanizmu) podczas lotu w atmosferze burzliwej sprawi, że składowa obciążeń serw dla momentu od siły masowej nie przekroczy swej dopuszczalnej wartości (pozwalającej na wychylenie napędu)… Jak widać formułka ta jest przy tym łudząco podobna do innej formuły znanej doskonale wszystkim awiatorom. Jakiej – sami wiecie; jak nie wiecie: sprawdźcie!

Naturalnie przejście z położenia „dolnego” napędu w położenie „górne” najracjonalniej będzie przeprowadzić z poziomu prędkości minimalnej lub nieznacznie większej – np. jej ekonomicznej wartości (najmniejsza MOC NIEZBĘDNA) – co ponadto jawi się bardziej bezpiecznie. Oznacza to, że dopuszczalna prędkość lotu poziomego w omawianym przypadku, a więc i warunkach, teoretycznie nie musi być duża, chyba że zależy nam na zdolności mechanizmu do znoszenia przyspieszeń o większej wartości (traktowanej także jako zapas bezpieczeństwa /nota bene zapas bezwzględnie konieczny, także i z uwagi na wymóg zadziałania mechanizmu w TRYBIE AWARYJNYM, wywołanym niedyspozycją jednego z dwóch serw/). Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie – a nawet byłoby wskazane – gdyby wychylenie napędów w górę sprzęgać z opuszczaniem klap, co pozwoliłoby uzyskać możliwie najmniejszą prędkość przeciągnięcia drona!  

Ale czy to wszystko?

Oczywiście nie! Podkreślmy raz jeszcze – działa przecież moment decentracji ciągu (i jego „brat bliźniak”), wrastający wespół z kątami natarcia całego płatowca (zależnymi z kolei także od prędkości lotu /wraz z sprawnością śmigła, które to jest stałe/) oraz z wychyleniem samego napędu, już nie wspominając o innych bolączkach (wzmiankowanych wcześniej)…

Na te sprawy jednak nie miejsce, nie pora…

Pora na punkt ❷.

Podobnie jak wcześniej założymy, że zakręt jest ustalony na tyle na ile będzie to praktycznie możliwe, pominiemy przy tym wpływ podmuchów, moment decentracji (wraz z „bratem bliźniakiem”) i inne czynniki. W zasadzie rozpatrzymy ten przypadek głównie po to by zwrócić uwagę na pewną zagwozdkę tyczącą się nie tylko rodzaju zachodzących obciążeń, co także i wpływu kierunku zakrętu na ich sumaryczną (wypadkową) wartość.

Ogólnie w poprawnym zakręcie mamy do czynienia z wiadomym prawidłem, w myśl którego współczynnik obciążenia samolotu n zależny jest od kąta przechylenia β, w stosunku n = 1/cosβ. Nie trzeba być przy tym Einsteinem aby zauważyć, że współczynnik n narastał będzie wraz ze wzrostem kąta β. I tak np. dla 60 - ciu stopni wynosi on 2, dla 70 - ciu nieco mniej niż 3 itd., co rzecz jasna dotyczy ogółu płatowców. Oczywiście sam kąt przechylenia w zakręcie ograniczony jest przez wartość DOPUSZCZALNEGO WSPÓŁCZYNNIKA OBCIĄŻENIA płatowca nDOP z obwiedni obciążeń, zaś w warunkach ustalonych (w tym stała wysokość) również poprzez maksymalną MOC ROZPORZĄDZALNĄ (tj. iloczyn mocy użytecznej silnika i sprawności śmigła) pozwalającą na poprawne (ustalone właśnie) wykonanie owego manewru. Tak czy inaczej, dysponując zależnością na współczynnik obciążenia n oraz podanym wcześniej wzorem na siłę masową napędu (Pnapędu), określić możemy wartość tej ostatniej dla danego β. I tak przykładowo dla mnapędu = 4 [kg] oraz kąta przechylenia β równego 60 stopniom, siła masowa wynosi: Pnapędu = 9,81 ∙ mnapędu ∙ n =  9,81 ∙ 4 ∙ 2 = 78,48 [N] i działa w kierunku „na zewnątrz”, a zatem przeciwnie niźli siła nośna. Naturalnie, tak jak w punkcie ❶, siła ta działać będzie na jakimś ramieniu, wywołując stosowny dlań moment, przenoszony finalnie przez serwa (za pośrednictwem dźwigni, orczyka oraz popychacza). Rzecz jasna zarówno wartość jak i zwrot siły masowej (jak i jej momentu) nie zmienia się wraz ze zmianą kierunku krążenia. Wydawałoby się to banałem niewartym uwagi, atramentu czy (obecnie) bitów, gdyby nie fakt, że inaczej jest z momentem żyroskopowym śmigła! O ile wraz ze zmianą kierunku zakrętu sama wartość owego momentu nie ulega zmianie, to zmienia się jego zwrot (znak). W najbardziej kolokwialnej formie możemy powiedzieć, że jeżeli śmigło jest śmigłem prawobieżnym (tzn. obraca się w prawo kiedy spoglądamy od tyłu kadłuba) zakręt samolotu w lewo powodował będzie unoszenie dziobu, zaś zakręt przeciwny: jego opuszczanie… Co więc się z tym wiąże? Ano prosty fakt, że momenty pochodzące od wspomnianych powyżej obciążeń mogą się dodawać (sumarycznie zwiększać) lub też odejmować (więc po części znosić), i to przy tym samym współczynniku n całego płatowca, a więc identycznym kącie przechylenia β! Prawidłowość tak pozwoliłaby nam zatem na rozpatrzenie zasadności ekstraordynaryjnego użycia mechanizmu wychyleń napędu, podyktowanego samym tylko kierunkiem krążenia, przy identycznych (pozostałych) parametrach zakrętu, różnych jednak obciążeniach serw, gdzie ograniczeniem byłby dopuszczalny moment obrotowy przez nie przenoszony (z koniecznym naddatkiem) + przyjęty zapas na rzecz bezpieczeństwa...

Naturalnie pozwoliłem sobie rozpatrzyć bliżej i to zagadnienie, dla obranej już wcześniej wartości kąta przechylenia β = 60 stopni, współczynnika obciążenia w zakręcie n = 2, masy całkowitej samolotu wynoszącej 120 [kg] przy konfiguracji z największą gondolą (której opór przekłada się również na własności aerodynamiczne, w tym na zapotrzebowanie mocy, czyli na osiągi /podobnie jak i założona masa/). Obierając pewną prędkość, przy której zakręt o powyższych parametrach zbliżony jest do warunków dla ZAKRĘTU GRANICZNEGO (tj. do ustalonego zakrętu o możliwie najmniejszym promieniu, czasie zatoczenia kręgu i największym kącie przechylenia, dyktowanych zadaną prędkością i mocą rozporządzalną napędu) uzyskałem interesujące dane porównawcze. Okazało się bowiem, że jeżeli za 100% sumy rozpatrywanych w rachunku momentów (moment żyroskopowy + moment od siły masowej) przyjąć przypadek mniej korzystny, czyli zakręt w prawo, to sumaryczny moment dla zakrętu w lewo wynosi zaledwie około 8% tej wartości, zaś same obciążenia serwomechanizmów są wówczas bardzo dalekie od tych dopuszczalnych. W obydwu przypadkach rozpatrzono przy tym obciążenia względem osi zawieszenia silnika w dolnym położeniu, tuż przed wychyleniem, a zatem w warunkach optymalnych do powstania momentu żyroskopowego w płaszczyźnie pionowej. Okazało się również, że w obydwu przypadkach moment sumaryczny jest pochylający, przy czym – bez względu na obrany kierunek zakrętu – moment żyroskopowy działający względem osi zawiasy silnika wynosi w przybliżeniu 85% momentu od siły masowej, rzecz jasna w wartości bezwzględnej. Naturalnie wraz ze wzrostem wychylenia silnika wzrośnie moment wywołany decentracją ciągu i jego „brat bliźniak” (przy zmianie warunków dla zaistnienia efektu żyroskopowego, co może położyć się cieniem na jego odciążającym działaniu), a przypadek przez nas rozpatrzony nie dotyczy lotów w burzliwym powietrzu. Jak widać analizę należałoby rozszerzyć i przeprowadzić ją choćby dla podmuchów. Ponieważ podmuchy, w zależności od kierunku działania (w górę albo w dół), mogą być odciążające lub dociążające wydawałoby się, że „złapaliśmy Boga za nogi”, i że mamy dodatkową okazję do tego by finalne obciążenia – w korzystnym przypadku – znów się pomniejszyły. Być może tak, lecz prawdopodobieństwo wystąpienie takiego przypadku w praktyce jest mało realne, toteż prędzej należałoby się spodziewać przyrostu obciążeń, nie mówiąc już o tym, że wredne podmuchy – wespół z ich kierunkiem – wciąż nie leżą w gestii sprawczości Człowieka (i to nawet tak przemądrzałego a więc przegranego jak Człowiek Współczesny).

Zrobiło się smutno… Niestety, gdy jeszcze raz tyle, że wyraźniej podkreślić zmianę optymalnych warunków – istotnych dla powstania bądź wartości momentu żyroskopowego – zachodzącą wraz z wychylaniem napędu w górę, w tym jej wpływ na przebieg odciążenia dla zakrętu w lewo, nasz nastrój może ulec dalszej degradacji. Czy takie rozczarowania powinny nas wpędzać w głębsze przygnębienie, czy wreszcie w stagnację? Kategorycznie nie. Wartością jest i to, że własnymi siłami dogrzebaliśmy się do pewnych konkluzji, poszerzając przy tym wstępne horyzonty. Uzyskane wnioski mogą zresztą przydać się gdzie indziej, czasem „przy okazjach” mało spodziewanych, lub na dalszej drodze w zgłębianiu problemu. W ostatnim przypadku „aktiwnej poddierżki” udzielić nam może moment decentracji (tak jak to przedstawia Kuroczkin), względnie moment „Barnwella-Pysznowa” (czyli „brat Syjamczyk”), gdyż jak pamiętamy ten ostatni moment jest zadzierający bez względu na „nastrój”!

W tym miejscu nasze rozważania należy okrasić kolejną przestrogą.

Na pozór mogłoby się wydawać, że ponowne użycie mechanizmu, tym razem dla przypadku powrotnego wychylenia silnika z położenia: „góra” w położenie: „dół”, z uwagi na pochylający moment sumaryczny dla obydwu przypadków zakrętu (tj. moment zgodny z kierunkiem obrotu napędu), będzie już łatwiejsze. Lecz to pozór jeno… Zarówno napęd przedni jak i skorelowany z nim napęd tylny nie mogą zostać wychylone nagle, lecz muszą się „obracać” stopniowo, i na tyle wolno, aby przejście z warunków dla prędkości mniejszej do prędkości większej nie doprowadziło do gwałtownej utraty siły nośnej powiązanej z ciągiem i do przeciągnięcia. Oznacza to, że praca serw w tym przypadku przypominać będzie wysiłek człowieka zdejmującego z szafy silnik od „Trabanta” lub akwarium z rybką (daj Boże, że złotą). Mamy tu więc analogię do użycia klap – zaś tylko „minera podniebnych dróg” ucieszyłby fakt gdyby pilot podciął sobie skrzydła jak Naród przy urnie (tak, dwuznaczne słowo!) już ponad rok temu.

* * *

Kolejnym sporządzonym obecnie mechanizmem samolotu jest wymieniony już wcześniej i widoczny na załączonych do tekstu fotografiach MECHANIZM REGULACJI OBROTÓW SILNIKA (NAPĘDU), znajdujący się w górnej, dziobowej partii kadłuba i częściowo przysłonięty osłoną kabiny.

Proste na pozór zagadnienie jakim jest regulacja obrotów modelarskiego silnika spalinowego w przypadku wychylnego napędu okazało się przy tym dość skomplikowane. Nie ułatwiał go ponadto wymóg minimalnej odległości serw od układu zapłonowego silnika (analogiczny do poprzedniego mechanizmu), dotyczący zresztą wszelkiej elektroniki (zakłócenia). Dalszym wymogiem – również wspólnym dla obydwu mechanizmów – było i to, że ew. popychacz nie mógł być wykonany z materiału będącego dobrym przewodnikiem prądu, w tym także z większości metali (co z automatu uniemożliwiało użycie np. stalowych bowdenów).

Na pozór ciekawym rozwiązaniem problemu mógłby być mechanizm wykonany na zasadzie przeciwwagi (analogia do wyważenia masowego sterów), ulokowany pod kadłubem, za silnikiem i sztywno połączony z jego łożem. W zamyśle tym mechanizm wychylałby się wraz z napędem, stopniowo odchylając się od osi podłużnej kadłuba. Sposobność użycia go jako przeciwwagi (pomniejszenie momentu od siły masowej silnika i śmigła) oznaczałaby, że mechanizm mógłby posiadać zmienną masę czy regulowaną długość (w tym ew. długość zmienną z wychyleniem). Wzrost oporu wywołany wychyleniem mechanizmu przypadałby na warunki lotu z niewielką prędkością, stąd też nie stanowiłby raczej istotnej bolączki. Niestety rozwiązanie to okazało się niemożliwe do zastosowania, gdyż wychylony mechanizm kolidowałby z gondolami ładunkowymi płatowca (wymienne i opcjonalne moduły systemu).

Z konieczności przyjąłem zatem inne rozwiązanie, aerodynamicznie zresztą bardziej eleganckie…

Jak widać finalny mechanizm połączony został obrotowo z łożem silnikowym, na kadłubie zaś umocowany został tak by mógł się stosownie przesuwać, do czego służą specjalne ślizgacze oraz dwa polimerowe łożyska z kołnierzem, dociskane za pomocą sprężyn (kompensacja drgań). Sama regulacja obrotów silnika odbywa się przy użyciu zdublowanych serw i nieprzewodzącej taśmy (prowadzonej przez wałki i rolki) połączonej z dźwigienką obrotów silnika. Ponieważ dźwignia silnika posiada fabryczną sprężynkę taśma jest stale napięta, mimo to wprowadziłem możliwość precyzyjnej regulacji naciągu za pomocą śruby. Tak nawiasem mówiąc to poprzez stosowny dobór średnicy przednich rolek prowadzących, lub też potencjalną zmianę wzajemnego położenia tychże, możliwe byłoby sprzężenie pracy mechanizmu z automatyczną zmianą obrotów silnika – rozwiązanie to w przypadku „Kermita” nie byłoby jednak zasadne, toteż przednie rolki umocowane zostały na stałe, w taki jednak sposób by zmiana obrotów silnika w praktyce nie występowała. 

* * *

Odnośnie MODELARSKICH SILNIKÓW BENZYNOWYCH wypada tu jeszcze naświetlić trzy ważkie tematy…

Po pierwsze kategorycznie niewskazane jest unieruchamianie silnika za pomocą zamykania jego przepustnicy, gdyż w takim przypadku odcinamy go nie tylko od dopływu samego paliwa, ale i od SMAROWANIA – unieruchamiany silnik zakręciłby zatem ostatnie obroty „bez oleju w głowie”! Oznacza to, że do bezpiecznego zatrzymania silnika stosować należy oddzielny wyłącznik, odcinający dopływ prądu w układzie zapłonu.

Przy silnikach jednocylindrowych najkorzystniejszym sposobem MONTAŻU SILNIKA jest montaż cylindrem do góry, potem: w położeniu bocznym, najgorsze zaś rozwiązanie to – cylinder w dół. W ostatnim przypadku – po zatrzymaniu silnika – mieszanka paliwowa spływa bowiem z karteru silnika do jego komory spalania, zalewając świecę zapłonową: co utrudnia nam kolejny rozruch.

Jak widać niedogodny wariant dotyczy „Kermita”, którego spalinowy silnik osadzony jest właśnie w ten sposób. Takie osadzenie podyktowały jednak ważniejsze względy z zakresu konstrukcji i aerodynamiki płatowca, z uwzględnieniem specyficznych warunków pracy śmigła w stanie wychylonym. Ponadto, w przeciwieństwie do modeli zdalnie sterowanych, których czas lotu liczymy zazwyczaj w minutach, „Kermit” wpisuje się nieomal w panteon tytanów, gdyż przebywać on może w powietrzu blisko 9 godzin (a czas ten można by jeszcze wydłużyć…). Oznacza to, że praktyczne niedogodności związane z ponownym rozruchem silnika będą przypadłością z gruntu marginalną.

Dalszym zagadnieniem, poruszonym lapidarnie wyżej, jest kwestia momentu oporowego śmigła. Nie jest żadną tajemnicą, że moment ten – dla poprawnie dobranego śmigła – równy jest MOMENTOWI OBROTOWEMU SILNIKA. Oznacza to, że znając MOC UŻYTECZNĄ SILNIKA (N w [kW]) i PRĘDKOŚĆ OBROTOWĄ WAŁU (n w [obr/min]) moment ten obliczyć możemy ze wzoru: M = 9554,14 ∙ N/n. Mało kto zdaje sobie jednak sprawę z faktu, że tak wyznaczony moment nie jest jego maksymalną wartością, lecz wartością średnią, zaś sam przyrost momentu wynika z możliwych nierównomierności zachodzących przy pracy silnika (zależnych z kolei np. od liczby cylindrów lub od tego czy silnik pracuje w cyklu dwu- bądź czterosuwowym). Chcąc wyznaczyć moment maksymalny wprowadzono więc współczynnik k, z zasady większy od jedności, wyznaczany bądź z danych silnika, bądź też za pomocą PRZEPISÓW ZDATNOŚCI (BUDOWY) SPRZĘTU LOTNICZEGO. I tak, bazując np. na SPECYFIKACJACH CERTYFIKACYJNYCH CS-VLA (ściślej: CS-VLA 361(b)) współczynnik k jest tym większy im mniejsza jest liczba cylindrów, i dla spalinowego napędu „Kermita” wynosi on 6 (jednocylindrowy silnik dwusuwowy). Ponieważ MAKSYMALNY MOMENT OPOROWY (względnie OBROTOWY) określa formuła MMAX = k ∙ M, oznacza to aż 6-cio krotny wzrost obciążeń, przy czym – zgodnie z przepisami – wartość M należy wyznaczyć dla warunków dotyczących MAKSYMALNEJ MOCY TRWAŁEJ. Naturalnie moment ten nie obciąża serw mechanizmu wychyleń silnika, obciąża za to łoże silnikowe oraz zawieszenie tego ostatniego, przenosi się również na skręcanie dziobowych przekrojów kadłuba „Kermita”. Jak nietrudno zgadnąć z podobnym obrazem obciążeń mamy do czynienia w przypadku ROZRUCHU SILNIKA, co wynika z procesu sprężania mieszanki w cylindrze – reakcją na moment wymuszający obrót wału (np. rozrusznik lub dłoń napierająca na łopatę śmigła) jest moment przeciwny, związany z rosnącym „oporem kompresji”.

POST SCRIPTUM ①: SIĘGAJMY DO ŹRÓDEŁ

Kręcąc się tu i tam, także i po „Internetach”, zapuszczamy się niekiedy na fora lotnicze, bądź fora „lotnicze-około”, bowiem historyczne, w szczególności fora rodzimego chowu. Jest tam dużo ciekawostek, przemyśleń mniej lub bardziej wielbiących intelekt, są rzeczy wyjątkowe, przeciętne oraz nieciekawe (też w znaczeniu: brzydkie). Tak samo jak wszędzie – a więc siłą rzeczy również i na forach – zdarzają się także różni urwipołcie: zwykle urwipołcie z kręgu podgryzaczy… Tak to swego czasu pewien ancymonek poddawał w wątpliwość poziom metodyki rachunkowej (jak i inżynierskiej) stosowanej w Polsce w czasach „przedwrześniowych”, przy budowie naszych zacnych samolotów… Kto jest szczęśliwym posiadaczem archiwalnych numerów „Techniki Lotniczej” (tu tej przedwojennej, chociaż powojenna też jest znamienita, z wyjątkiem wstępniaków, lecz jedynie tychże z „błędów i wypaczeń”) ten wyrobić sobie może prędko zdanie o tym jak było naprawdę… Z Krynicy Mądrości – dla uzupełnienia rozważań prowadzonych wyżej – wypada polecić tu jeden artykuł (w tym przypadku artykuł niemieckich autorów, w tłumaczeniu inż. Ryszarda Dyrgałły):

K. Lürenbaum, W. Behrmann

Elastyczne zawieszenie silników lotniczych z punktu widzenia drgań.

Technika Lotnicza nr. 5, rok VII, maj 1939.

POST SCRIPTUM ②: JAN ŽIŽKA, JU-JITSU i “KERMIT”

Kto obejrzał wybitny, także i formalnie, československý film zatytułowany „Śmierć nazywa się Engelchen” (poświęcony temu, że blizny na duszy człowieka nie goją się wcale, a jeśli już nawet to o wiele dłużej od postrzału w plecy) pamięta ze wstępu głos pewnego znanego z lat wojny lektora, w tym również te słowa: „…przy aktywnym wsparciu partyzanckiej brygady imienia Jana Žižki, wyzwolone zostało miasto Zlin”. Tak! Nazwę tego miasta noszą samoloty naszych braci Czechów, chociaż w samym Zlinie niejaki pan Bata cyzelował buty – letadla gdzie indziej – zaś AKTYWNE WSPARCIE było już przeze mnie wzmiankowane w tekście. Wbrew oczekiwaniom notka ta nie będzie poezją dla szewców, gdyż dotyczy ona tematu-esencji bieżących rozważań: WYCHYLANIA PRZEDNIEGO NAPĘDU oraz GRY MOMENTÓW WOKÓŁ JEGO OSI.

Wiemy już, że działa tam moment od sił bezwładności (tj. moment od siły masowej), moment decentracji i żyroskopowy, no i wreszcie moment „Barnwella-Pysznowa” (że znów to powtórzę, chociaż oczywiście to nie nazwa własna…). Wiemy również, że niektóre z momentów mogą mieć też zwroty wzajemnie przeciwne, tzn. znoszące i że w dużym stopniu zależy to od nas (REŻYM UŻYTKOWY samolotu „Kemit” + EXTRA WARUNKI dyktowane choćby kierunkiem zakrętów, czy lotem po prostej). A jeśli charakter momentów nie zależy od nas i finalne zwroty byłyby jednakie – co zdarzyć się może w przypadku podmuchów (dla podmuchu z dołu) w bardzo szybkim locie – wartość obciążenia ograniczyć można przez prędkość płatowca…

Co z tego wynika? Instruktor ju-jitsu już by się domyślił. A co gdyby siłę i złość przeciwnika użyć przeciw niemu? Tak, to jest możliwe! Jeśli nie na „stówę” to wydaje się być godne rozpatrzenia, co już zresztą zostało zrobione jak i zapodane (w ścisłych analizach): przez zmianę przełożeń dźwigni popychacza z kątem wychylenia oraz wyzyskanie składowych obciążeń tak by wspomóc serwa, zwiększając tym samym MOMENT MECHANIZMU! Co na to Jan Žižka? Raczej by nie zganił: wszak wrogów miał wspólnych także z Polakami oraz widział więcej niż podzbiór „Tenkrajan” (choć był jednooki).

c.d.n.

11.VIII.2021

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część dziesiąta---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (2018 roku), stycznia, lutego, maja, lipca, października, grudnia (roku 2019) oraz czerwca roku poprzedniego i stanowi dziesiątą część cyklu publikacji.

I znowu wakacje! I znowu z „Kermitem”! Nie na Teneryfie tylko w mym Królestwie. Lazurową przystań z bujnymi palmami i rzęsistym piaskiem zastąpiło wnętrze skromnego warsztatu, oblepione słońcem, trochę żal że sztucznym – utworzonym z czterech brzęczących świetlówek, wspieranych baterią dziarskich promienników…

Po tym rzewnym wstępie – a także po długim zastoju w pisaniu – przyszedł czas przedstawić kolejne etapy z prac nad samolotem.

To co wykonałem omówię kolejno, dzieląc się niekiedy świeżym doświadczeniem. Nowe elementy widzicie na zdjęciach: STATECZNIK PIONOWY, ZBIORNIKI PALIWA, DWUKOŁOWE WÓZKI WYCHYLNE PODWOZIA GŁÓWNEGO czy PODWOZIE PRZEDNIE – najbardziej złożony MECHANIZM płatowca (przynajmniej jak dotąd)… Stali Czytelnicy teraz pewnie stwierdzą, że większość z tych „tworów” (oprócz ostatniego) widzieli już wcześniej; jest jednak różnica, gdyż w „poprzednich razach” żaden z omawianych dzisiaj podzespołów wciąż nie był kompletny – co należy czytać: niewyposażony czy też niesklejony, bądź… niezmontowany. Mówiąc poetycko: te „proste” czynności zajmują niekiedy całe góry czasu!

Przedstawmy szczegóły…

STATECZNIK PIONOWY powstał ze sklejenia omówionych wcześniej, znanych elementów (w tym także kołnierzy). Nie jest jednak tworem w pełni samoistnym gdyż w swej partii górnej przechodzi w CENTROPŁAT PŁYWAJĄCEGO USTERZENIA POZIOMEGO, z łożyskami jego tytanowej osi oraz z mechanizmem służącym do zmiany kąta zaklinowania. W praktyce wykonawczej statecznik pionowy (w bieżącej odmianie) okazał się najbardziej kłopotliwym zespołem płatowca (w przeciwieństwie np. do prostych w sklejeniu skrzydeł czy kadłuba). Komplikacje te nie były jednak dla mnie zaskoczeniem, miały zaś swe źródło w przedprototypowym podziale owego zespołu (partia zasadnicza złożona ze skorup i ścianek wewnętrznych + kołnierze dolne + kołnierze górne i sklejona z nimi dolna skorupa centropłata usterzenia poziomego). Należy w tym miejscu przypomnieć, że skorupy i ścianki statecznika pionowego oraz poziomego powstały na wspólnych foremnikach. Docelowo statecznik pionowy, po finalnym ustaleniu najlepszego kształtu i pola powierzchni (co trudno ustalić w wielu prototypach, nie tylko w „Kermicie”…), otrzyma oddzielny, specjalny foremnik. Przyrząd ten umożliwi wylaminowanie skorup statecznika „za jednym zamachem”, wespół z kołnierzami oraz ze stosowną partią centropłata. Takie rozwiązanie nie tylko uprości samą technologię, ale i poprawi rozkład naprężeń w strukturze, obciążonej zresztą znacznymi siłami oraz zmniejszy masę.

ZBIORNIKI PALIWA – wykonane jak wiadomo z tkaniny węglowej – zostały sklejone i zabezpieczone zarówno przed szkodliwością samego paliwa, co też przed niebezpiecznym wpływem ładunków elektrostatycznych, mogących spowodować niekontrolowany samozapłon oparów benzyny. Wbrew pozorom nie były to proste zagadnienia, toteż nie obeszło się bez konsultacji… W tym miejscu pragnąłbym gorąco podziękować naszym dwóm wyśmienitym konstruktorom lotniczym, Panu Edwardowi Margańskiemu oraz Panu Andrzejowi Papiorkowi, za okazaną bezinteresownie pomoc!

WÓZKI WYCHYLNE PODWOZIA GŁÓWNEGO zostały miejscowo wzmocnione, należało dobrać stosowne dlań śruby (stanowiące osie poddawane dużym obciążeniom), zmienić łożyska kół a także wykonać podkładki kasujące luzy (fabryczne, znormalizowane śruby są nieznacznie dłuższe niż wymaga tego geometria wózków, wykonanie zaś wysokowytrzymałych śrub o odpowiednio dobranej długości w skromnych warunkach mojego warsztatu było nierealne). Teoretycznie masę śrub można by pomniejszyć, przez ich osiowe rozwiercenie, bez znaczącego uszczerbku na wytrzymałości…

I wreszcie na koniec, „wisienka na torcie”: PODWOZIE PRZEDNIE, wespół z KOMPOZYTOWYM ŁOŻEM, umożliwiającym mocowanie całości zespołu do struktury gondoli samolotu „Kermit”…

Ponieważ zasadę działania podwozia przedniego mego latadełka omówiłem w ÓSMEJ CZĘŚCI CYKLU, nie będę jej teraz drugi raz wyłuszczał, ograniczając się tylko do nowych zagadnień. Obrót osi kół umożliwiający manewrowanie samolotem na płycie lotniska możliwy jest dzięki zdublowanym serwomechanizmom (mechanizm pracuje poprawnie także po uszkodzeniu jednego z serw, zdublowanie tychże wynika więc z chęci zwiększenia niezawodności podwozia). Serwomechanizmy osłonięte są ponadto nieuwiecznioną na zdjęciu aluminiową obudową zabezpieczającą popychacze przed dostaniem się ciał obcych (np. opadłe gałęzie, błoto itp.) mogących spowodować ich zaklinowanie. Czym innym jest widoczna na zdjęciu osłonka-owiewka, chroniąca z kolei mechanizm wychylny (przypominam, że koła samoczynnie dopasowywują się do nierówności gruntu) oraz zmniejszająca nieznacznie opór aerodynamiczny. Amortyzację podwozia przedniego (prócz pneumatyków) stanowi sprężyna – do przedprototypu udało się dobrać sprężynę gotową, pochodzącą z katalogu producenta sprężyn i dobraną według wymaganej charakterystyki. Uniknąłem dzięki temu (przynajmniej na razie) konieczności zamówienia tej części „na miarę.” Konstrukcja podwozia została jednak tak zaprojektowana, że zamiast klasycznej sprężyny stalowej możliwe jest zastosowanie specjalnej SPRĘŻYNY KOMPOZYTOWEJ (patrz: przednie podwozie samolotu „Aeroprakt” A-22, samolotu KB-2 „Jeżyk”, czy też opracowanego niegdyś przeze mnie projektu samolotu bezzałogowego I-012 „Sirocco”). Sprężyna taka składałaby się z dwóch kompozytowych elementów o obrysie prostokątnym oraz lekko łukowatym kształcie (jeśli spojrzeć z boku), złączonych ze sobą na zasadzie „lustrzanego odbicia” przez sklejenie i stosowne po temu okucie. Istotę tego rozwiązania wyjaśnia dołączony do tekstu rysunek. Wykonanie takiej sprężyny w amatorskich warunkach nie przedstawia przy tym specjalnej trudności…

Osobnym zagadnieniem jest możliwość szybkiej regulacji długości goleni samolotu „Kermit” (uzyskiwanej za sprawą specjalnie zaprojektowanego w tym celu zacisku), co przekłada się na możliwość zmiany postojowego kąta natarcia płatowca, to zaś – na własności startu oraz przyziemienia. Można więc dobrać ten kąt tak by odpowiadał on kątowi np. dla prędkości optymalnej (dzięki czemu rozbieg samolotu wypadnie najkrótszy) bądź też „skrócić goleń” na tyle aby „Kermit” nie wykazywał tendencji do „podrywania się” po przyziemieniu. 

c.d.n.

3.II.2021

MICHAŁ IMIOŁEK

ZASTOSOWANIE  ŚLIZGOWYCH ŁOŻYSK POLIMEROWYCH W KONSTRUKCJI SAMOLOTU BEZZAŁOGOWEGO I-014„KERMIT”

Polimerowe łożyska ślizgowe zastosowano do łożyskowania podwozia przedniego (łoże goleni i wózek obrotowo-wychylny) oraz tytanowej osi pływającego usterzenia poziomego. Łożyska ślizgowe – pod postacią tulei z kołnierzem – osadzone zostały w miejscowo zgrubionej strukturze kompozytowej składającej się z dwóch okładzin zewnętrznych (kompozyt szklany) i wewnętrznej przekładki (wysokogatunkowa sklejka lotnicza).

Konieczność użycia łożysk wynikała z chęci likwidacji następujących bolączek:

● potencjalne wycieranie się klasycznego elementu kompozytowego (tkanina + żywica) pracującego w charakterze łożyska ślizgowego (obciążenie podane poprzecznie do włókien zbrojenia);

● typowe komplikacje związane z wprowadzaniem znacznych sił skupionych w kompozytową strukturę nośną (i to nawet miejscowo zgrubioną), a także ograniczony maksymalny nacisk powierzchniowy wynikający z właściwości zastosowanego tworzywa;

● ryzyko uszkodzenia aluminiowej rury goleni podwozia;

● piski/skrzypienie (konieczność smarowania);

● zwiększona podatność surowego kompozytu na działanie wody oraz środków smarnych.

Zastosowanie tulei polimerowych rozwiązuje powyższe problemy, szczególnie dotkliwe dla wariantów konstrukcyjnych pozbawionych łożysk („surowa” struktura z kompozytów szklanych), w zestawieniu zaś z użyciem konkurencyjnych łożysk metalowych rozwiązanie to odznacza się prócz tego mniejszą masą, wykluczeniem ewentualnego zjawiska korozji, nie wymaga także smarowania. Ponadto – z racji zastosowanego materiału – łożyska są łatwe w obróbce (np. zmiana długości tulei czy miejscowe, poprzeczne spiłowanie fragmentu kołnierza ułatwiające/wspomagające kontrowanie łożyska w ustalonym położeniu za pomocą oddzielnego elementu konstrukcji).

Użycie łożysk ślizgowych owocuje również zmniejszeniem naprężeń w kompozytowej strukturze części samolotu (nacisk powierzchniowy) gdyż nacisk występuje obecnie na średnicy większej niż w przypadku elementów pozbawionych tulei ślizgowej (średnica otworów w strukturze odpowiada zewnętrznej średnicy tulei, z uwzględnieniem odpowiedniego pasowania), same zaś naprężenia posiadają nieco korzystniejszy rozkład (polimerowe tuleje pośredniczą w „płynniejszym” przenoszeniu obciążeń z elementów metalowych na niejednorodny kompozyt z przekładką). 

14.XI.2020

MICHAŁ IMIOŁEK

„KERMIT” I DWIE „PCHEŁKI”... SUPLEMENT

Ponad rok temu, na łamach portalu AVIATION 24, zamieściłem artykuł pt. KERMIT I DWIE PCHEŁKI ALBO JESZCZE JEDEN GŁOS W SPRAWIE MIKROSAMOLOTU. Przedstawiłem tam koncepcję jednoosobowego latadełka wyposażonego w ROZPROSZONE NAPĘDY ŚMIGŁOWE, możliwego zaś do zbudowania w oparciu o oprzyrządowanie produkcyjne powstałe na potrzeby samolotu bezzałogowego I-014 KERMIT (nad którym to z kolei pracuję samotnie od kilku już lat..). Ponieważ mój tekst doczekał się interesującego komentarza ze strony jednego z Czytelników portalu (podpisanego imieniem Bogusław), przeto postanowiłem nie tylko odpowiedzieć na tę polemikę, ale i rozwinąć nieco moje dywagacje…; tak oto zrodził się obecny tekst (w zasadzie notatka), opatrzony dopiskiem: SUPLEMENT…

PIERWOTNY ARTYKUŁ (UŁATWIAJĄCY ZROZUMIENIE OMAWIANYCH TREŚCI), PRÓCZ OBECNEJ STRONY, DOSTĘPNY JEST TUTAJ:

https://aviation24.pl/component/k2/kermit-i-dwie-pchelki-albo-jeszcze-jeden-glos-w-sprawie-mikrosamolotu

* * *

Po tym wprowadzeniu przejdę do konkretów… By tego dokonać przytoczę na wstępie kompletny komentarz Pana Bogusława i moją odpowiedź.

Pan Bogusław pisze: 

„Mam kilka uwag do projektu (dosyć ciekawego):

1.

Takie małe samolociki są trudne w pilotażu, bardzo nerwowe z powodu krótkiego kadłuba i małych momentów bezwładności. Na pewno nie są dla pilotów z małym doświadczeniem. Duże wydłużenie, mała powierzchnia, a co za tym idzie mała cięciwa skrzydła powoduje dużą czułość na położenie środka ciężkości. Podobno KASIA Margańskiego była tak czuła, że ruchy ręki pilota powodowały odczuwalne zmiany środka ciężkości. (Ale czy to prawda, czy tylko plotka, nie wiem, samolocik wykonał tylko dwa krótkie loty).

2.

Maksymalny Cz był wyliczony z pracującymi silnikami na mocy maksymalnej. O ile przy starcie może to być wykorzystane, to przy lądowaniu, gdy silniki pracują na minimalnych obrotach, Cz będzie mniejszy, a wtedy nam najbardziej zależy, żeby był największy. Druga sprawa to znaczny wpływ użytej mocy na Cz. Pilotaż takiego samolotu mógłby być trudny (np. ujęcie gazu powoduje znaczny spadek Cz i przepadnięcie samolotu).

3.

W projekcie PCHEŁKA+ częściowe otunelowanie śmigieł nic nie da, bo otunelowanie ma sens, gdy jest całe śmigło otunelowane. Tunel >>robi<< za płytę brzegową, zmniejszającą opór indukowany na końcach łopat śmigła. I ma to sens, gdy szczelina między łopatą a tunelem jest minimalna. co w praktyce jest bardzo trudno osiągnąć. Drgania i odkształcenia konstrukcji powodują ocieranie końców łopat o tunel, trzeba powiększyć szczelinę, a powiększenie szczeliny niweluje zyski z otunelowania. Dlatego tak mało samolotów ma śmigła otunelowane.

Nie mniej życzę powodzenia w budowie i sprawdzeniu konstrukcji w praktyce. Może moje >>krakanie<< się nie sprawdzi.”

Moja z kolei odpowiedź brzmiała mniej więcej w ten sposób (w tym miejscu wzbogaciłem ją jednak o wykonany oddzielnie rysunek, dopełniający wyłożone treści…):

„Dziękuję Panu za komentarz – część bolączek omówiłem w swoim artykule (np. kwestię trudności pilotażowych, wynikającą z małego momentu bezwładności względem osi poprzecznej). PCHEŁKA to bardziej prowokacyjne ćwiczenie intelektualne niż projekt, który rzeczywiście pragnąłbym realizować, pobudzające do ewentualnych poszukiwań, nie zaś recepta na kolejny, >>sprawdzony<<, typowy samolot >>od sztancy<<. Proszę zwrócić uwagę na fakt, że chodziło tu o wykorzystanie gotowego oprzyrządowania produkcyjnego powstałego na potrzeby niewielkiego drona KERMIT, a więc i cech geometrycznych odziedziczonych wprost po protoplaście (które to w przypadku PCHEŁKI rodzą wiadome problemy); sama koncepcja PCHEŁKI stanowi jednak w dużym stopniu przejaw pewnych dywagacji z zakresu spraw technologicznych, wyłożonych przeze mnie gdzie indziej (ARTYKUŁ NA TEN TEMAT DOSTĘPNY JEST TAKŻE NA OBECNEJ STRONIE):

https://aviation24.pl/component/k2/i-014-kermit-bezzalogowy-samolot-wlasnego-projektu-czesc-dziewiata

Odnośnie punktu 2 to myślałem o czymś innym – przy odpowiednim opracowaniu klap lądowanie wcale nie musiałoby się odbywać na minimum mocy, gdyż znacznie wychylone klapy (np. o 60 ÷ 80 [˚]) owocowałyby też znacznym przyrostem nie tylko samego Cz ale i oporu, a to z kolei wymagałoby zwiększenia obrotów silników, a wraz z tym… prędkości opływu na skrzydłach, a więc i >>bonusowego przyrostu<< Cz. Proszę wziąć pod uwagę i to, że mogłyby to być np. klapy szczelinowe (lub też >>kilku<< szczelinowe), a więc urządzenia bardzo efektywne. Takie rozwiązania były stosowane, wymagałyby rzecz jasna optymalizacji…

Odnośnie otunelowania to znam klasyczne rozwiązania – tutaj chodziło bardziej o wzmożenie opływu na górnej powierzchni dolnego płata, pomysł zaś rzucony został jako temat do ewentualnego  rozpatrzenia. Co do sztywności konstrukcji to niewykluczone, że wbrew pozorom mogłaby ona być wystarczająco sztywna dla zapewnienia właściwych wymiarów szczeliny, z uwagi na taką a nie inną, przestrzenną geometrię struktury, sztywność tę można by także dodatkowo zwiększyć przez zastosowanie kompozytów węglowych, cechujących się większymi modułami sprężystości.

Samolot oczywiście wymagałby doświadczonego pilota jak i specjalnego podejścia do spraw pilotażu – należałoby więc uważać go za konstrukcję doświadczalną, z której to być może >>wyłuskałoby się<< coś ciekawego na przyszłość…” 

* * *

Uzupełniając mój powyższy wywód przedstawię tu dwa zagadnienia, stanowiące rozwinięcie poprzednich rozważań.

Zacznę niejako od samego końca, bo od sprawy szkodliwego wpływu ODKSZTAŁCEŃ KONSTRUKCJI. Jak rzecz zniwelować (przynajmniej po części) wyjaśnia dokładnie poniższy rysunek – jak widać ze szkicu dolny płat nie stanowiłby „litej” całości, lecz miałby się składać z „niezależnych” KOMÓR, w miarę niepodatnych na zginanie skrzydła i umiejscowionych względem siebie za pomocą elastycznych, wysuwnych JĘZYKÓW… Co prawda owa niepełna (ale przy tym znaczna) niwelacja odkształceń dotyczyłaby przypadku obciążeń dodatnich (a więc gięcia w górę) to jednak owe obciążenia zapewne byłyby kluczowe, gdyż w przypadku samolotów nieakrobacyjnych obciążenia działające w górę przekraczają znacznie (np. dwukrotnie) obciążenia działające w dół… Oczywiście zastosowanie proponowanego rozwiązania w konkretnym przypadku PCHEŁKI+ miałoby sens tylko wtedy gdyby idea tak rozumianego PÓŁTORAPŁATA okazała się uzasadnioną – odpowiedź na owe pytanie wymagałaby już jednak przeprowadzania szczegółowych badań i analiz, których to ja – działając przecież w pojedynkę – przeprowadzić obecnie nie mogę. Niewykluczone jednak, że sam zamysł przedstawionej przeze mnie konstrukcji mógłby znaleźć zastosowanie gdzie indziej (w tym także i poza lotnictwem), np. tam gdzie istotnym byłoby zmniejszenie naprężeń wybranych fragmentów struktury… 

Ponieważ – jak to już wielokrotnie powtarzałem także w innych tekstach – oprzyrządowanie produkcyjne zbudowane przeze mnie na potrzeby samolotu KERMIT ma UNIWERSALNY CHARAKTER, stąd też (poza PCHEŁKĄ czy też innymi wersjami KERMITA) posłużyć może także do budowy innych samolotów… Kolejnym przykładem takiego myślenia niechaj będzie dron łączący zalety/fragmenty obydwu płatowców, lecz znoszący wady samolotu PCHEŁKA. 

Byłaby to PCHEŁKA w „droniastej” odmianie, oznaczonej nobilitującym ją skrótem DR… Być może kiedyś napiszę coś więcej i o niej, na razie jednak niechaj służy za kolejny przejaw zalet jakie płyną ze stworzenia UNIWERSALNEGO OPRZYRZĄDOWANIA PRODUKCYJNEGO, którego autorską ideę staram się lansować (z uporem lansjera z piórem zamiast lancy) i przy tej okazji…

ARTYKUŁ NA TEN TEMAT (PRÓCZ OBECNEJ STRONY) DOSTĘPNY JEST TUTAJ:

https://aviation24.pl/component/k2/i-014-kermit-bezzalogowy-samolot-wlasnego-projektu-czesc-dziewiata

* * * 

* * * 

2.VI.2020

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część dziewiąta---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (2018 roku) oraz stycznia, lutego, maja, lipca, października i grudnia (roku poprzedniego) i stanowi dziewiątą część cyklu publikacji.

Tak! To znowu „Kermit”! Melduje się raźno po dość długiej przerwie!

Wbrew obyczajowi nie będę dziś pisał o postępach w pracach czy niewielkich częściach, które wykonałem w ostatnim okresie, gdyż na dobrą sprawę nie było ich wiele, nie mówiąc już o tym, że nie są to części specjalnie istotne – od nowego roku pochłaniały mnie bowiem działania „ogólno-lotnicze”, związane chociażby z opublikowaniem książek mojego autorstwa. Jak już pewnie wiecie opublikowałem drugie (poprawione i uzupełnione) wydanie mej pracy pt. PROJEKTOWANIE SAMOLOTÓW KOMPOZYTOWYCH. WYBRANE ZAGADNIENIA W UJĘCIU SZCZEGÓŁOWYM oraz nową książkę – o zawiłym co prawda tytule, lecz przystępnej treści – tj. W STRONĘ DRONÓW CZYLI KILKA SŁÓW O PROJEKTOWANIU BEZZAŁOGOWYCH SAMOLOTÓW (W DIALOGACH PODANYCH)… Praca nad książkami była uciążliwa oraz „czasożerna”, nagrodą jest jednak życzliwe przyjęcie obydwu tytułów – dziękuję w tym miejscu moim Czytelnikom (w tym i Recenzentom) za serdeczne słowa do mnie kierowane!

Czy książki to wszystko? Bynajmniej! Przez ostatni czas pracowałem bowiem nad PROGRAMEM KOMPUTEROWYM (w zasadzie zaś pakietem niezależnych od siebie programów/modułów) o nazwie OZYRYS. OBCIĄŻENIA ZEWNĘTRZNE SAMOLOTU. Pakiet ten niedawno został ukończony, posiada instrukcję i osiem modułów, których docelowo ma być jednak więcej, gdyż zgodnie z planami OZYRYS nie jest bynajmniej produktem „zamkniętym”, lecz będzie on z czasem rozbudowywany…

O tych i o innych sprawach (w tym także o ukończonym „na dniach”, podobnym do OZYRYSA, pakiecie ATLAS. AERODYNAMIKA SAMOLOTU) piszę zwyczajowo na autorskiej stronie internetowej KUŹNICA TECHNIKI AERONAUTYCZNEJ i KOMPOZYTOWEJ „DRACO”, dostępnej pod linkiem:

https://sites.google.com/view/kuznica-draco

A teraz do sedna, czyli do „Kermita”!

Ponieważ obecny odcinek nie będzie typową relacją z budowy poświęcę go treściom bardziej ogólniejszym, wyłożę w nim bowiem fragment „tego czegoś” co nazwałbym szumnie MOJĄ FILOZOFIĄ PRACY W KOMPOZYTACH. Fragmentaryczność ujęcia tematu wynikać będzie jednak stąd, że ograniczę się w tym miejscu jedynie do niektórych zagadnień stricte projektowych, wypracowanych i realizowanych właśnie przy budowie latadełka „Kermit”. Artykuł ten korespondować może zatem z CZWARTĄ CZĘŚCIĄ cyklu, w której poruszyłem ogólne arkana spraw technologicznych.

Na początek jednak przewrotne pytanie: – Jak wygląda „Kermit”? 

Pytanie to może wydawać się śmieszne, zwłaszcza dla tych z Was, którzy na bieżąco śledzą moje artykuły, bądź też zetknęli się z rzeczonym płatowcem przy innej okazji. Śmiesznym jednak nie jest – bynajmniej nie dla mnie! Spójrzmy na rysunek (o nagłówku brzmiącym tak jak i pytanie…), na którym widnieje kształtny samolocik, podobny do jakiejś pierzastej istoty. Czy to nowy „Kermit”, w jakiejś wymuskanej wersji rozwojowej? Tak pewnie myślicie, przecież jest ładniejszy od tego płatowca, który jest Wam znany z poprzednich rozważań. Czas na konstatację: to nie nowy „Kermit”, lecz jego pierwowzór (wirtualny zresztą), zaczerpnięty z pierwszych, lakonicznych szkiców będących wytworem twórczego fermentu... Fakt, wygląda fajnie, zwłaszcza kiedy go porównać z płatowcem „finalnym” (osobny rysunek), lecz nie o to chodzi – wygląd to nie wszystko! Wbrew temu wszystkiemu co się często sądzi stosunkowo łatwo jest zaprojektować rzecz dość finezyjną, pełną zwiewnych łuków, czy też efektownie wymodelowanych przejść pomiędzy bryłami, albo w ich obrębie, lecz nie zawsze pogoń za ciekawą formą uznawać należy za wymóg wiodący. Należy wszak wiedzieć, że od estetyki częstokroć ważniejsza jest TECHNOLOGICZNOŚĆ. Wyrób określany mianem „technologicznego” jest szybszy, prostszy i tańszy w produkcji, w krytycznych przypadkach nawet wielokrotnie. Oprócz tego może się zdarzyć i tak, że profity płynące z technologiczności okażą się ważniejsze niż aerodynamiczne korzyści uzyskane za sprawą finezyjnego wymodelowania brył! Ten temat jest znany – pisali już o nim Mistrzowie, pisałem i ja. Od siebie dorzuciłbym jednak jeszcze jeden czynnik: to UNIWERSALNOŚĆ, rozumiana jednak w dość szczególny sposób. W jaki? Już wyłuszczam… Zarówno samego „Kermita” jak i oprzyrządowanie niezbędne do jego produkcji w finalnym ujęciu zaprojektowałem bowiem tak, że wzajemne usytuowanie poszczególnych zespołów, pomniejszych elementów, okuć czy wykrojów nie zostało narzucone odgórnie, lecz – wespół z kolejną modyfikacją płatowca, bądź też z nowym jego egzemplarzem – istnieje sposobność dość znaczącej zmiany geometrii drona. Sprawę tę wyjaśnia kolejny rysunek. Jak widać, że szkicu możliwość zmiany położenia płata, usterzeń, gondoli czy podwozia (szczególnie głównego) jest czymś „naturalnym” dla mego projektu. Podobna uwaga dotyczy tak samo wykroju kabiny, obrysu usterzeń albo rozpiętości każdego ze skrzydeł, czy długości dziobu, a także długości skorupy kadłuba. Ta uniwersalność pozwala nam zatem na tworzenie kolejnych odmian samolotu ze sprawdzonych „klocków”! Ów nowy samolot mógłby się odznaczać np. korzystniejszym rozkładem mas (istotnym chociażby dla „bezbolesnego” uzyskania założonego położenia środka ciężkości), zoptymalizowanymi, pod kątem zadanych kryteriów, cechami aerodynamicznymi czy bezwładnościowymi, odmiennym zapasem stateczności itp. Listę tę naturalnie można by rozszerzyć – możliwości do zmian jest wszak cała masa! A wszystko to głównie dzięki oprzyrządowaniu, które (podobnie jak części) jest uniwersalne. Aby rzecz wyjaśnić do tekstu rozważań dołączyłem zdjęcie skorupy kadłuba, foremnika tejże (dla jednej z połówek) i jego makiety. Widać tu wyraźnie, że długość kadłuba, geometria wykroju kabiny, położenie okuć pod bagnet skrzydłowy czy też pod statecznik nie jest narzucone przez kształt foremnika. Oznacza to, że w oparciu o ten sam foremnik wykonać można inny (w tym także i krótszy) kadłub, cechujący się odmiennym położeniem okuć czy też inną geometrią wykroju kabiny, bądź też jego brakiem… Są to zresztą cechy, które wprawne oko wyłowi nieomal po pierwszym zerknięciu. Lecz to, że istnieją wynika z prostoty zespołów „Kermita”! I tak dla przykładu: w finalnym projekcie geometria bryły skorupy kadłuba na znacznej długości składa się z przekrojów o tym samym kształcie (dalej zaś o kształcie zbliżonym do siebie), jej obrys opisać zaś można liniami prostymi i łagodnym łukiem (dla widoku z boku) albo też ich parą (jeśli spojrzeć z góry). Taka geometria umożliwia zatem łatwe „przesuwanie” skrzydeł czy gondoli oraz pasowanie stosownie przyciętej osłony kabiny czy choćby osłony silnika przedniego. To samo dotyczy ukrytych w kadłubie szczegółów struktury, pod postacią wręg, podłużnic czy też innych wzmocnień, przy laminowaniu ułatwia zaś proces wklejenia przekładki, wcześniej: jej docięcia… To już i technologiczność i uniwersalność poszczególnych części! Pierwowzór „Kermita” (ze szkicu wstępnego) cech tych nie posiadał, chociaż był ładniejszy. Posiadał rzecz jasna inne przypadłości typowe dla szkicu (będącego przecież jedynie przymiarką do właściwej pracy), niekiedy na pozór zupełnie trywialne. Z „palety bolączek” spójrzmy tu jedynie na kołpaki śmigieł, wpasowane ściśle w geometrię dziobu i tyłu kadłuba. Łatwo zauważyć, że zmiana przyjętej średnicy kołpaków (bez względu na powód tejże ingerencji) nie będzie możliwa bez gruntownej zmiany części samolotu lub ich foremników! W takich właśnie miejscach rodzą się problemy i „wzajemne tarcia”, wszystko wzięte razem generuje koszty i obniża prestiż autora projektu – stąd jeszcze zawczasu dobrze jest przemyśleć podobne tematy, po to by uniknąć chociaż części pułapek, których zresztą w pełni uniknąć nie sposób…

* * *

Tak, uniwersalność… Czy to jednak wszystko? Bynajmniej! Przez uniwersalność rozumiem tu także i inną właściwość jaką to niekiedy warto jest rozważyć, przy okazji pracy nad projektem oprzyrządowania czy wybranych części. Pośrednio pisałem już o tym kiedy indziej, prezentując wstępną koncepcję jednoosobowego MIKROSAMOLOTU I-015 „Pchełka”, którego budowa (w zasadniczej partii) możliwa by była do przeprowadzenia w oparciu o oprzyrządowanie produkcyjne i niektóre części latadełka „Kermit”. Jakkolwiek przykład „Pchełki” z wielu względów jest dość ekstremalny, to wydaje się, że nic nie stoi jednak na przeszkodzie by oprzyrządowanie produkcyjne czy niektóre części wykonane na użytek jednego płatowca wykorzystać w innym, i to nawet znacząco odmiennym projekcie. W głównej mierze mówimy tu przecież o KOMPOZYTOWYCH ZESPOŁACH PŁATOWCA – wykonanie danego zespołu nowego płatowca (np. skorupy skrzydła czy skorupy kadłuba) w uproszczeniu sprowadzałoby się zatem do „dodania” lub „odjęcia” tkanin (czy rowingów) adekwatnie do przebiegu wyznaczonych na nowo OBCIĄŻEŃ ZEWNĘTRZNYCH… 

Jeszcze inna sprawa! Wielokrotnie pisałem już o tym, że sporządzenie oprzyrządowania produkcyjnego (zwłaszcza foremników) to rzecz pracochłonna a także kosztowna. Na przeszkodzie mogą nam też stanąć niedobory w parku maszynowym (jak w moim przypadku), które trzeba zwalczyć poprzez kreatywność. Ale jeśli już uporaliśmy się jakoś z tym problemem to dlaczego by nie wykorzystać niektórych fragmentów oprzyrządowania do produkcji innych, niekoniecznie nawet lotniczych wyrobów? Jak sądzę dobrym przykładem do zobrazowania tej oto koncepcji może być foremnik gondoli „Kermita”, opisany przeze mnie w CZWARTEJ CZĘŚCI cyklu – przecież ten foremnik (wespół z foremnikiem dekielka gondoli) służyć mógłby np. do produkcji zbiorników na wybrane ciecze…   

* * *

Jakiś Zacny Mędrzec (o umyśle zwiewnym jak skrzydło jaskółki) może jednak stwierdzić: – A po co to wszystko? Przecież współczesne samoloty są doskonale zoptymalizowane, czasami zaś kilkuprocentowe różnice w osiągach decydować mogą o rynkowym sukcesie bądź klęsce maszyny. Nie ma tu więc miejsca na żadne składanki!

Odpowiem więc na ten potencjalny zarzut. Nic nie stoi na przeszkodzie by PŁATOWIEC BAZOWY, tj. ten podstawowy samolot, pod którego tworzone jest oprzyrządowanie, był zoptymalizowany tak dobrze jak to jest możliwe. Pamiętajmy jednak, że optymalizacja prowadzona jest po to by osiągać postawione cele, np. w zakresie osiągów płatowca. Załóżmy przy tym, że zgłosił się klient gotowy zamówić nasz produkt dla siebie, pod warunkiem jednak, że samolot będzie mieć zwiększony zasięg, zaś sam rozbieg krótszy, i to bez zwiększania ilości paliwa czy mocy napędu. Jednym ze sposobów może być niekiedy powiększenie rozpiętości płata, co najczęściej znaczy wykonanie tegoż praktycznie od zera, wespół z foremnikiem. U nas jest inaczej – nasze foremniki są uniwersalne, celowo więc dłuższe niż rozpiętość skrzydła konstrukcji bazowej. Wykonanie na nich nowych, dłuższych skrzydeł nie będzie problemem… Taka filozofia to również handicap dający przewagę nad konkurentami (zwykle zamożnymi), którzy bardzo prędko mogą doszlusować do naszych standardów w przypadku gdy wyrwiemy się nieco przed szereg – możemy więc (przynajmniej na krótko) znów od nich odskoczyć...        

No i jeszcze jedno. W moim rozumieniu OPTYMALIZACJA to nie tylko walka o osiągi czy ekonomikę samolotu w locie (uzyskana zwykle przez złożoność kształtów czy niewielką masę), ale również przyjęcie właściwej KONSTRUKCYJNEJ KONCEPCJI STRUKTURY (włączając w to także jej dopracowanie), dobór materiałów, uwzględnienie możliwości wykonawczych (i naszych i podwykonawców), a także ocena finansowych możliwości potencjalnych klientów. To również zdolność do racjonalnego uwzględnienia i skorelowania kosztów obsługi, serwisowania i części zamiennych. W praktyce prosty samolocik, i to nawet o mało wysublimowanej aerodynamicznie bryle (jak chociażby nasz finalny „Kermit”), ale za to niedrogi i łatwy w produkcji czy też w zapewnieniu zdatności do lotu, może w konkretnych przypadkach czy zastosowaniach okazać się lepszy od wyśrubowanego aerodynamicznie i materiałowo, ale za to o wiele droższego płatowca. Spójrzmy tu na „Kruka”, „Dromadera” czy też inne, wyspecjalizowane maszyny rolnicze – służą one przecież do konkretnych celów, stąd taka ich forma wymuszona przez nadrzędne, kluczowe czynniki. Ich ekonomika w warunkach przelotu nie jest najważniejsza, stąd nie posiadają one chowanych podwozi czy wysmukłych skrzydeł o „zmyślnych” obrysach… 

c.d.n.

19.XII.2019

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część ósma---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (poprzedniego roku) oraz stycznia,  lutego, maja, lipca i października (roku bieżącego) i stanowi ósmą część cyklu publikacji.

Dzisiejszy artykuł zacznę nietypowo, bowiem od APELU związanego ze WSPARCIEM mojej działalności: BEZ WASZEJ POMOCY prace nad „Kermitem” mogą utknąć w miejscu lub wlec się z prędkością najwyżej ślimaczą, stąd też GDYBYŚ TYLKO MÓGŁ DOPOMÓC MI W PRACY, możesz to uczynić poprzez portal ZRZUTKA.PL (znaczenie ma każda, nawet i najmniejsza wpłata, każda przysłowiowy grosz!):

https://zrzutka.pl/samolot-bezzalogowy-i-014-kermit-zbiorka-na-dokonczenie-samotnej-budowy

Zaznaczam przy tym, że owocem mojej działalności jest nie tylko dron I-014 „Kermit” czy też artykuły, w których staram się cyklicznie dzielić z Wami swoim doświadczeniem, lecz i inne przejawy poczynań lotniczych, prezentowane na stronie internetowej KUŹNICA TECHNIKI AERONAUTYCZNEJ i KOMPOZYTOWEJ „DRACO”:

 https://sites.google.com/view/kuznica-draco 

* * *

Co prawda prace warsztatowe nad „Kermitem” w ostatnich tygodniach nie toczyły się zbyt intensywnie, gdyż równolegle do nich prowadziłem czasochłonne działania projektowe i obliczeniowe, tym niemniej sporządziłem wreszcie STERY (kierunku oraz wysokości), POMOCNICZY ZBIORNIK PALIWOWY oraz ŁOŻE WÓZKA KOŁOWEGO goleni przedniej, wespół z WAHACZAMI. Technologia wykonania STERÓW była bardzo prosta, oparta o jeden uniwersalny foremnik dla poszyć i jeden dla ścianek, i to mimo tego, że ster kierunku posiada inny obrys oraz inną grubość aniżeli dwa „lustrzane” stery wysokości. Konstrukcja sterów pozwala również na zastosowanie WYWAŻENIA MASOWEGO, którego praktyczne wykonanie byłoby szczególnie proste dla przypadku sterów wysokości – niewykluczone więc, że zdecyduję się na jego użycie (patrz: CZĘŚĆ SIÓDMA cyklu i uwagi dotyczące lotek).

Jak widać z załączonej fotografii POMOCNICZY ZBIORNIK PALIWOWY jest elementem o dość skomplikowanej bryle, wymuszonej czynnikami takimi jak: umiejscowienie zbiornika w środku ciężkości płatowca (ubytek paliwa w locie nie zmienia poziomego wyważenia samolotu „Kermit”), dostępna przestrzeń (ponad tylną partią „baku” znajduje się bagnet łączący skrzydła, przed nim zaś jedna z wręg głównych), takim jego uformowaniem aby benzyna w sposób naturalny spływała tam gdzie w danej chwili znajduje się ssawka przewodu paliwowego. W założeniu zbiornik pomocniczy (o pojemności znacznie mniejszej aniżeli pojemność zbiornika głównego) może być używany wespół ze zbiornikiem głównym, ulokowanym jak wiadomo w górnej partii gondoli ładunkowej lub bez niego, np. w przypadku gdy skonfigurowany do lotu samolot nie będzie wyposażony w gondolę. Obydwa zbiorniki mogą być również wykorzystywane niejako „wybiórczo”, zależnie od długotrwałości misji – nietrudno bowiem wyobrazić sobie sytuację, w której wymagany czas lotu będzie na tyle mały, że do jego przeprowadzenia wystarczy w zupełności zbiornik pomocniczy, umożliwiający (ze względu na małą objętość) stabilne wypalenie benzyny nieomal „bez resztek”…

Czytelnicy, którzy zapoznali się z SIÓDMĄ CZĘŚCIĄ moich dywagacji wiedzą już, że podwozie główne samolotu „Kermit” wyposażone jest w wózki wychylne, składające się m.in. z dwóch kół (na stronę), ustawionych względem siebie w tandem. Goleń przednia także posiada dwa bliźniacze koła, jednak w tym przypadku ustawione są one nie w tandem, tylko równoległe. Zamocowanie kół przednich również jest wychylne, przez co obydwa koła posiadają możność „stałego” stykania się z gruntem, nieomal bez względu na jego nierówność. Ideę działania WYCHYLNEGO WÓZKA PODWOZIA PRZEDNIEGO wyjaśnia stosowny rysunek, nie sposób przy tym nie zauważyć, że posłużyłem się tutaj rozwiązaniem autorstwa inżyniera Piotra Kubickiego, opracowanym na potrzeby legendarnego samolotu PZL P-37 „Łoś”. Bazując tylko i wyłącznie na dostępnych w literaturze szkicach tego wynalazku wydaje mi się jednak, że konstrukcja wózka „Kermita” (choć nie nowatorska) jest jednak o tyle bardziej złożona, że samo jego łoże posiada jeszcze dodatkową MOŻLIWOŚĆ OBROTU wokół nieobrotowej rury goleni – obrót ten umożliwia sterowanie płatowcem na ziemi, odbywa się on zaś za pomocą stosownych serwomechanizmów (opory tarcia między wózkiem a nieobracającą się rurą goleni wywołane rzutem reakcji pionowej zostały przy tym wydatnie zminimalizowane, gdyż sporządziłem w tym celu specjalne wzdłużne łożysko kulkowe).

* * *

Jak już kiedyś wspomniałem samolot bezzałogowy I-014 „Kermit” wyposażony ma być w SPADOCHRONOWY SYSTEM RATUNKOWY, zwiększający wachlarz zastosowań drona. System ten w zamyśle byłby używany wówczas gdy klasyczne lądowanie nie byłoby możliwe do przeprowadzenia lub też w sytuacjach awaryjnych. Zgodnie z ambitnymi założeniami projektu wstępnego chciałbym przy tym aby system ratunkowy (wraz z mechanizmem wystrzeliwującym) zainstalowany został na grzbiecie zespołu usterzeń, co jest o tyle korzystne, że redukuje niemal do minimum ryzyko kolizji czaszy spadochronu oraz jego linek z częściami płatowca. Takie umiejscowienie spadochronu ograniczają jednak dwa czynniki: praktyczna możliwość uzyskania wymaganego położenia środka ciężkości „Kermita” (trudna do uzyskania wówczas gdy elementy o dużym ciężarze znajdują się z tyłu) oraz potencjalne ryzyko wystąpienia zwiększonej podatności płatowca na KORKOCIĄG PŁASKI (zachodzące wówczas gdy wiodące masy skupione rozmieszczone są przy początku i końcu kadłuba, tak jak to ma miejsce np. w samolocie Tu-154). W przypadku więc gdyby tylne umiejscowienie spadochronu nie było możliwe do przeprowadzenia wówczas zostałby on ulokowany w dziobie samolotu (ściślej zaś w kabinie) wespół ze sprężynowym mechanizmem wystrzeliwującym – obydwa rozpatrywane warianty przedstawia dołączony do tekstu rysunek.

Rozwijając w tym miejscu ten wątek chciałbym jeszcze wyjaśnić, że w prototypowej wersji „Kermita”, kierując się wymogiem minimalizacji kosztów, zdecydowałem się na wykonanie konstrukcji usterzeń z KOMPOZYTÓW SZKLANYCH. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie by w kolejnych egzemplarzach samolotu zespoły te wykonać z KOMPOZYTU WĘGLOWEGO, odznaczającego się nie tylko mniejszą gęstością niż kompozyt szklany, lecz i większą wytrzymałością (zwłaszcza dla pochodzących od gięcia naprężeń normalnych) i większą sztywnością (charakteryzowaną jak wiadomo przez moduły sprężystości podłużnej i poprzecznej). Usterzenia wykonane z kompozytów węglowych (co prawda znacznie droższe) byłyby więc lżejsze od usterzeń „szklanych”, co ułatwiłoby uzyskanie założonego położenia środka ciężkości płatowca. Innym sposobem na spełnienie owego wymogu, możliwym do realizacji wówczas gdyby ładunek „Kermita” (masa płatna) miał charakter stały, byłoby takie jego umiejscowienie aby dzięki niemu uzyskać wyważenie zgodne z wymaganym. Wariant taki traktowałbym jednak jako ostateczność, gdyż kierując się względami użytkowymi przyjąłem niejako a priori, że masa płatna (bez względu na jej charakter) każdorazowo montowana będzie na poziomej współrzędnej środka ciężkości mego samolotu. 

c.d.n.

10.X.2019

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część siódma---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (poprzedniego roku) oraz stycznia,  lutego, maja i lipca (roku bieżącego) i stanowi siódmą część cyklu publikacji.

Po dość absorbujących analizach prowadzących do stworzenia koncepcji JEDNOOSOBOWYCH MIKROSAMOLOTÓW „Pchełka” oraz „Pchełka +” (omówionych przeze mnie w oddzielnym artykule), możliwych zaś do wytworzenia w oparciu o gros oprzyrządowania samolotu I-014 „Kermit”, przystąpiłem wreszcie do przerwanych prac nad tym ostatnim. Owocem bieżących poczynań są nie tylko widoczne na zdjęciu KLAPY, LOTKI oraz DWUKOŁOWE WÓZKI WYCHYLNE podwozia głównego, ale również stosowne foremniki czy szablony niezbędne do ich sporządzenia. Rozważania moje pozwolę sobie przedstawić zgodnie z chronologią, zacznę więc od KLAP i LOTEK, wykonanych „za jednym zamachem” (po parze na skrzydło) na wspólnym oprzyrządowaniu. Obydwa elementy cechuje możliwie daleko idąca prostota i „względna identyczność”, gdyż w zasadzie różnią się one jedynie rozpiętością oraz miejscem mocowania okuć dźwigni napędowych. Takie podejście do pracy sprawiło, że zdecydowałem się na zastosowanie bezszczelinowych KLAP ZWYKŁYCH – nie tylko prostych ale i przewidywalnych w działaniu, co jest bardzo ważne gdy wziąć pod uwagę moje skromne zaplecze badawcze. Inną zaletą konstrukcji – istotną tym razem dla przypadku lotek – jest łatwość uzyskania ZWICHRZENIA AERODYNAMICZNEGO powierzchni sterowych, możliwa do przeprowadzenia przez stosowne podcięcie ich krawędzi spływu przy końcówce skrzydła, i to bez przerwania wytrzymałościowej ciągłości obwodu struktury (poddanej prócz gięcia także i skręcaniu). Zwichrzenie takie ma na celu dodatkową poprawę właściwości płatowca w krążeniu i przy przeciągnięciu, które zresztą i tak powinny być mocno zadowalające z uwagi na zastosowany w „Kermicie”, PROSTOKĄTNY OBRYS PŁATA (oderwanie strug powietrza dla takiego płata, zachodzące po przekroczeniu kąta krytycznego, występuje najpierw na partii centralnej, co chroni samolot przed dotkliwym przepadaniem w bok…). 

Prosta technologicznie konstrukcja klap i lotek posiada jednak też pewną przypadłość związaną mianowicie z tym, że ich środki ciężkości leżą za osią obrotu (z tyłu), co wywołuje niekorzystny wzrost obciążeń serwomechanizmów w przypadkach brutalnych przyziemień oraz potęguje ryzyko wystąpienia zjawiska FLATTERU POWIERZCHNI STEROWYCH (flatter lotkowy), przeto – chcąc temu zapobiec – zdecydowałem się na ewentualne zastosowanie MAS WYWAŻAJĄCYCH. Jak wiadomo flatter powierzchni sterowych jest flatterem występującym najczęściej, przy czym zwykle nie ma on charakteru katastrofalnego. Aby mu zapobiec stosuje się (oprócz zapewnienia możliwie wysokiej sztywności układów sterowania, „naturalnych” zresztą dla „Kermita”) odpowiednie wyważenie sterów, przy czym istotny jest tutaj właściwy rozkład mas wyważających dokonany względem rozpiętości. Rozwiązanie tego zagadnienia sprowadza się zatem zazwyczaj do takiego rozłożenia mas wyważających wzdłuż krawędzi natarcia powierzchni sterowej aby stopień wyważenia (lub niewyważenia, w tym także ewentualnego przekompensowania) każdego z przekrojów wypadł jednakowy – co niekiedy bywa mocno kłopotliwe (zwłaszcza konstrukcyjnie)… Istnieje jednak także inny sposób, możliwy do zastosowania w przypadku gdy dana powierzchnia sterowa jest bardzo sztywna na skręcanie, a polegający mianowicie na tym, że masę wyważającą umieszcza się na zewnętrznej końcówce powierzchni sterowej, przy czym owocuje to również redukcją ciężaru (większe ramię dźwigni)… Zwarzywszy na konstrukcję lotek prototypu samolotu „Kermit” już zawczasu zdecydowałem się na przyjęcie tego rozwiązania, o ile tylko stosowanie mas wyważających będzie w ogóle konieczne.            

* * * 

Patrząc na DWUKOŁOWE WÓZKI WYCHYLNE podwozia głównego samolotu „Kermit” (zamieszczone na wspólnej fotografii oraz na rysunkach) widzimy nie tylko ozdobne osłony w kształcie żabich łapek, ale również ich element nośny, a zatem CEOWNIK wespół ze śrubami spełniającymi rolę osi poszczególnych kół i całego wózka. Ten na pozór trywialny element, oprócz swej wiodącej roli tj. połączenia obydwu kół oraz zapewnienia stosownych wychyleń wózka w płaszczyźnie równoległej do boku płatowca, spełnia jednak także inną, dosyć nowatorską funkcję, którą szczegółowo omówię obecnie. Otóż, pod działaniem pionowych i poprzecznych sił reakcji jakie to zachodzą od kontaktu ogumienia z gruntem (szczególnie znaczących w trakcie lądowania), odpowiednio umiejscowione koła samolotu, działając na konstrukcję ceownika wózka, wywołują jego skręcanie do wewnątrz goleni, a więc tak że dolne partie kół zbliżają się płaszczyzny symetrii całego płatowca, górne – oddalają. Jak łatwo sobie wyobrazić opracowane przeze mnie rozwiązanie przeciwdziała znanemu zjawisku zdzierania opony z felgi, typowemu dla zastosowania goleni sprężystej, poprzez poprzeczne „obracanie” kół przeciwne do ich poprzecznego „obrotu” wywoływanego ugięciem goleni… 

Na koniec tej części rozważań pragnąłbym jeszcze zaznaczyć, że od przedstawionego wyżej rozwiązania jest blisko do kolejnej, być może nawet bardziej wartościowej innowacji, a mianowicie do zastosowania elementu podobnego do naszego ceownika, umiejscowionego jednak poziomo (nie w pionie). Element takowy nie tylko, że skręcałby się w odpowiedni sposób ale i wydatnie odkształcał od gięcia, zwiększając istotnie skok amortyzacji! Taki rodzaj podwozia pozwoliłem sobie nazwać PODWOZIEM KRZYŻOWYM. Podwozie takowe mogłoby być stosowane wówczas gdyby zależało nam np. na tym by nie miało ono znacznego rozstawu…

c.d.n.

17.VIII.2019

MICHAŁ IMIOŁEK

„KERMIT” I DWIE „PCHEŁKI”

albo

JESZCZE JEDEN GŁOS W SPRAWIE MIKROSAMOLOTU

ZAZWYCZAJ MIAŁO TO WYGLĄDAĆ TAK…

Calutka ulica wstała już do pracy, z wyjątkiem jednego, śpiącego gieroja… Gieroj się nie spieszy, bo wie że nie musi. Wyskakuje z łóżka, w chwili gdy sąsiedzi jadą już pociągiem albo stoją w korkach, sapiąc i złorzecząc. Gieroj jest spokojny, pałaszuje grzanki i popija kawę, kontemplując ciszę wymarłej dzielnicy, wylepionej srebrem bezchmurnego świtu. Gieroj się nie spieszy, bo wie że nie musi, że ma dosyć czasu – zdąży przepić kawę wodą mineralną i poprawić krawat z logiem swojej firmy. Niekiedy leniwie otaksuje wzrokiem wskazówki zegara, drwiąco się uśmiechnie i enigmatycznie umknie do krainy myśli. O czym zwykle myśli, tego nie wiadomo, dzisiaj jednak duma o złotym „Rolls-Roysie”, który to jak co dzień zawitał dostojnie pod sąsiednią willę, by godzinę temu zabrać z niej osobę godną uważania. Teraz złoty „Rolls-Royce” złoci się w wściekłości na… czerwonym świetle! Czas wszak ciągle płynie, jednak dla gieroja płynie on inaczej. Gieroj zna swój rozkład i swe możliwości. Gieroj ma przewagę nad skłębioną ciżbą, zabieganą niczym stado dzikich gęsi. Gieroj jest schludniutki, nie sapie, nie wzdycha, nie ocieka potem jak ci co pełzają po powierzchni globu. W stosownym momencie odchodzi od stołu, lecz wciąż się nie spieszy gdyż brudne naczynia płucze z namaszczeniem w połyskliwym zlewie. A gawiedź w pociągu lub na martwej szosie… Gieroj rytualnie ogarnia spojrzeniem wnętrze swego domu, opuszcza rolety i znika za drzwiami, które to prowadzą prosto do garażu. To właśnie w garażu tkwi jego przewaga: magiczny i lśniący, kształtny samolocik. Gieroj chłonie spokój, dumę i mrowienie jakie go ogarnia na myśl o przelocie na takiej łupince jak ta jego „Pchełka”. Wytacza samolot na przyciętą trawę dawnego ogródka, zasiada w kabinie, uruchamia napęd czerwonym guziczkiem i w przeciągu sekund wzlatuje nad płotem, potem nad dzielnicą i wreszcie nad schludnym, choć nieco sceptycznym nowinkom miasteczkiem…

 W pracy jest tym pierwszym. Musi być tym pierwszym gdyż miły nam gieroj robi za portiera w srebrzystym gmaszysku, targającym chmury szklaną elewacją. Zwalnia ochroniarza z nocnego dyżuru i staje na bramce, wyczekując twarzy zmęczonych przyziemną, poranną tułaczką. Większość to sąsiedzi z miasteczka gieroja: suną tu falami, jak rzeczone gęsi, zwykle w większych grupach odzianych szarugą bezosobowości. Pośrodku pochodu – w kontrze do nicości – nadjeżdża nobliwie złocisty samochód, z którego wypływa dostojna szefowa, w posiwiałym futrze długim jak wieczory w syberyjskiej tajdze.

 - Pan jak zawsze pierwszy, Panie Samolocik – odpowiada dama na suche „dzień dobry” portiera-gieroja.  

 - Drugim być nie sztuka – odpowiada gieroj z perlistym uśmiechem i zerka na parking gdzie kręci się szofer złotego „Rolls-Roysa”, klnący coś pod nosem, na widok stojącej obok auta „Pchełki”: wciąż jeszcze gorącej; spowitej strużkami parującej rosy…

TUTAJ EKRAN GAŚNIE.

Kończy się reklama, niknie mgiełka z rosy i świat z ludzkich marzeń. Było ich tak wiele, więc dobrze je znamy. Czy marzenia takie mogą być realne? A jeśli choć nieco to i w jakiej części? Nie chciałbym oceniać, bo to w gruncie rzeczy nie jest takie ważne. W tymże artykule wolałbym się skupić na samych narzędziach, technicznie dostępnych niemal na skinienie, odległych niestety ze względów formalnych (co jest zrozumiałe) a także mentalnych (co już mocno dziwi i trąci kołtuństwem lub asekuranctwem czy też najzwyklejszą, ludzką indolencją skrywaną za nimbem branżowej pozycji)… 

Lecz przejdźmy do sedna: do istoty rzeczy. Zdarza się tak często, że pewne tematy dojrzewają długo, niekiedy latami. Przełom – lub czasami wyrwanie z letargu – następuje nagle, za sprawą olśnienia, postępu techniki, zmiany priorytetów. Jak też często bywa dopięcie pomysłu następuje wówczas gdy wpadnie nam w ręce KLUCZOWE OGNIWO, spajające w całość pierwotną ideę (czyli kwestię tego co mamy „w szufladzie”), stanowiącą zresztą fundament działania… W mojej skromnej drodze – związanej z budową WIELOZADANIOWEGO SAMOLOTU BEZZAŁOGOWEGO I-014 „Kermit”, jaką to prowadzę samotnie od kilku już lat – rozwijał się z czasem i pomysł poboczny, chociaż dosyć ważki. Pomysł ten polegał mianowicie na tym by, w oparciu o  foremniki oraz oprzyrządowanie sporządzone na potrzeby budowy „Kermita”, wykonać JEDNOOSOBOWY SAMOLOCIK ZAŁOGOWY, wytworzony – tak jak i „praojciec” – w pełni z kompozytów. Zwarzywszy jednak na ograniczenia związane z gabarytami „Kermita” (czy też foremników przeznaczonych do jego „produkcji”) siłą rzeczy musiałby to być samolot niewielki, bo zbliżony rozmiarami i masą do takich płatowców jak słynne „Cri-Cri” Michela Colombana czy – powstała niestety w jednym egzemplarzu – „Kasia” inż. Margańskiego. Aczkolwiek samoloty takie są dość urokliwe, ktoś mógłby powiedzieć, że nawet „fikuśne”, w praktycznym użyciu posiadają jednak zasadniczą wadę, tj. stosunkowo dużą prędkość minimalną, w naturalny sposób związaną z niewielkim rozmiarem ich powierzchni nośnych. Ta sama bolączka miała zatem trapić i moją konstrukcję, co oznacza, że tego rodzaju płatowiec nie byłby specjalnie bezpieczny dla „świeżych” pilotów, wymagałby także względnie dużych lotnisk. Cóż, w pewnym momencie pogodziłem się nawet z tym faktem, traktując jednak ów wytwór rozumu jako pewien przejaw technologicznej pomysłowości (wykorzystanie istniejących foremników oraz oprzyrządowania, brane zresztą pod uwagę jeszcze przed ich sporządzeniem), nie zaś jako rzecz, za którą kiedyś na poważnie pragnąłbym się „zabrać”… Lecz to się zmieniło – i to dosyć nagle – przynajmniej w zakresie idei płatowca! Winnym jest po części wspomniany powyżej (i wszystkim nam znany) Pan Edward Margański. Otóż Pan Margański, w artykule jaki to niedawno ukazał się w „Skrzydlatej Polsce”, przedstawił nie tylko koncepcję swego samolotu (futurystycznego następcy AN-2), ale i przypomniał o pewnym sędziwym, francuskim projekcie (Breguet 940) oraz nowoczesnym samolocie z USA (X-57 „Maxwell”), którego idea bazuje w zasadniczym stopniu na idei tego wcześniejszego…

Dobrze, ale o co tu konkretnie chodzi i co na to „Kermit”? 

Odpowiem poniżej, zgodnie z chronologią, skupiając się na samolocie francuskim, amerykańskim i w końcu na moim, skromnym latadełku (w dwóch zresztą odmianach, ujętych na razie w uproszczonych szkicach)…    

Zacznę od Bregueta 940. Cechą tej konstrukcji jest nie tylko bogata mechanizacja skrzydeł (klapy dwuszczelinowe), ale – co w tym najważniejsze – takie rozmieszczenie napędów aby koła opisane okręgami śmigieł pokrywały niemal całą rozpiętość płata samolotu. Jak łatwo odgadnąć „sztuczny” opływ wytworzony przez strumienie zaśmigłowe przyczyni się do powstania na nim siły nośnej, i to nawet w warunkach postoju (wymuszonego np. użyciem hamulców), w trakcie ruchu zaś ten dodatkowy przyrost wyporu zsumuje się z wyporem powstałym klasycznie, tj. z wyporem wywołanym ruchem całego płatowca względem mas powietrza. Na tym więc polegał wynalazek Louisa Bregueta, zaś skutkiem owego odkrycia była niewielka seria samolotów Krótkiego Startu i Lądowania (STOL), testowanych zarówno we Francji jak i w USA…

Temat jednak przycichł, na dalsze pół wieku i odżył niedawno, zapewne za sprawą rozwoju techniki (napęd elektryczny), pod egidą NASA. To właśnie amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej pracuje obecnie nad demonstratorem samolotu elektrycznego X-57 „Maxwell”, posiadającym – podobnie jak Breguet 940 – napędy rozmieszczone równomiernie wzdłuż krawędzi natarcia każdego ze skrzydeł (po sześć na jedno skrzydło) oraz dodatkowo dwa większe silniki zainstalowane na samych końcówkach, spełniające rolę pociągową w warunkach przelotu i redukujące opór indukowany płata (przez korzystny wpływ strumieni zaśmigłowych na wiry powietrza wywołane zachodzącym na końcówkach skrzydeł wyrównaniem ciśnień). Co ciekawe te dwanaście mniejszych napędów w zamyśle konstruktorów używanych ma być jedynie w sytuacji gdy konieczne będzie uzyskanie małej prędkości minimalnej płatowca (np. przy starcie), toteż po osiągnięciu przez samolot prędkości odpowiednio dużej (np. jej przelotowej wartości) silniki zostaną unieruchomione, zaś ich pięciołopatowe śmigła złożą się wzdłuż osi podłużnych gondoli, generując minimalny opór… Korzyści z użycia „śmigiełek” są imponujące. Dowiedziono tego badając samolot na różnych (także planowanych) etapach rozwoju, przy czym bazą całego projektu jest produkowany seryjnie Tecnam P2006T, modyfikowany stopniowo zgodnie z przyjętymi fazami prowadzonych badań (od etapu Mod I do etapu Mod IV). W celach porównawczych najlepiej będzie zestawić ze sobą samoloty z etapów Mod II oraz Mod IV, gdyż oba te płatowce posiadają co prawda taką samą masę (ok. 1361 [kg]), lecz odmienne płaty o różnej powierzchni. Samolot z etapu Mod II wyposażony jest w seryjny płat samolotu Tecnam P2006T. Różnica między oryginałem polega jednak na tym, że dwa silniki spalinowe, umieszczone w klasycznych gondolach skrzydłowych, zastąpiono dwoma silnikami elektrycznymi – zmiany w konstrukcji płatowca oraz w geometrii są więc minimalne, czego jednak nie można powiedzieć o samolocie z etapu Mod IV. Samolot z etapu Mod IV wyposażony jest bowiem w zupełnie nowy płat, o większym wydłużeniu, z napędami rozmieszczonymi tak jak to wyłożyłem wcześniej, lecz (co znamienne!) jest to płat o relatywnie bardzo niedużej powierzchni, bo aż o 2,37 krotnie mniejszej niż powierzchnia skrzydeł w płatowcu bazowym. Mimo tak znacznej różnicy powierzchni obydwa samoloty cechuje taka sama wartość prędkości minimalnej (ok. 30 [m/s] tj. 108 [km/h]), wynikająca w dużym stopniu z użycia „śmigiełek”, przy czym samolot z etapu Mod IV jest ekonomiczniejszy gdyż (dla warunków przelotowych) może on pokonać 2,9 [km] z jednej kilowatogodziny (2,9 [km/kWh]), podczas gdy dla samolotu z etapu Mod II wartość ta wynosi 2,2 [km/kWh]. Wiadomo: mniejsze skrzydło – mniejszy opór! 

Teraz o „Kermicie”, a raczej o „Pchełce” gdyż tak ma się wabić MIKROSAMOLOCIK, który to być może narodzi się kiedyś z genów protoplasty… Jak się prezentuje – widać na rysunku. To dwukadłubowiec, z gondolą pilota na środkowym skrzydle (centropłat), z płatem o dość znacznym wydłużeniu (powyżej 15) oraz z trójkołowym, „wygodnym” podwoziem. Jak łatwo zauważyć bliźniacze kadłuby, centropłat, oba skrzydła, usterzenia pionowe, goleń podwozia głównego a także winglety sporządzić można w oparciu o oprzyrządowanie, które wykonałem budując „Kermita” – to naprawdę wielkie ułatwienie i redukcja kosztów… Wzdłuż długości płata znajdują się elektryczne silniki, z dwułopatowymi „stałymi” śmigłami, przy czym – w pierwotnym zamyśle – ich łopaty nie będą składane. Zdecydowałem się również silniki te umieścić tak aby tarcze śmigieł zachodziły częściowo na siebie, stąd też niektóre z silników wysunięte są bardziej do przodu. Niewykluczone, że rozwiązanie takie sprawi, iż opływany strumieniami zaśmigłowymi płat okaże się bardziej wydajny, gdyż mniej będzie na nim stref „martwych”. Oczywiście rzecz ta wymaga zbadania, względnie optymalizacji, gdyż wzajemne zawirowania pracujących śmigieł mogą okazać się bardziej szkodliwe niż niepewne zyski. Z wiedzy ogólnej o śmigłach wiemy jednak, że średnica strumienia zaśmigłowego maleje stopniowo za śmigłem (poniżej średnicy jego tarczy), zaś z nauki o śmigłowcach można się dowiedzieć, iż wzajemne, niewielkie zacieniowanie wirników, stosowane w niektórych układach tychże aerodyn,  tylko w minimalnym stopniu wpływa na ich sprawność… Jeśli chodzi o dwa silniki ulokowane na rozpiętości centropłata to ich wysunięcie do przodu dyktowane jest inną przesłanką, związaną z bezpieczeństwem pilota w przypadku urwania łopaty, któregoś ze śmigieł: łopata takowa, stanowiąc ostry, rozpędzony przedmiot, w razie kolizji z gondolą nie porazi wrażliwej kabiny pilota, ale jej wzmocnioną burtę, i to na wysokości łydek dzielnego awiatora. Odnoście kierunku obrotów śmigieł to na pewno należałoby dążyć do tego aby poszczególne pary śmigieł obracały się przeciwnie względem płaszczyzny symetrii płatowca (wzajemna niwelacja momentów oporowych i żyroskopowych, symetryczny opływ samolotu, tak ważny dla jego układu), niewykluczone jednak, że – w przypadku śmigieł częściowo się pokrywających – korzystne aerodynamicznie byłoby zastosowanie tutaj obrotów przeciwnych (śmigło lewobieżne/śmigło prawobieżne), naturalnie pod warunkiem, że głębsza analiza dowiedzie zasadności tego rozwiązania…

Na pierwszy rzut oka pewne wątpliwości budzić może troska o zachowanie właściwego opływu usterzenia poziomego, wynikająca z pokaźnych (w skali całego płatowca) rozmiarów gondoli pilota. Aby ograniczyć szkodliwy wpływ potencjalnych zaburzeń w opływie gondola ukształtowana jest jednak w ten sposób, że jej tylny kształt przechodzi płynnie w aerodynamiczne przekroje trójkątne o coraz to mniejszej powierzchni, ponadto samo usterzenie wyróżnia się dużym wydłużeniem i sporą powierzchnią (20% pola powierzchni płata), a zatem zaburzenie przepływu powietrza na jego fragmencie nie powinno być zbytnio dotkliwe. W projekcie wstępnym założyłem przy tym, że usterzenie poziome będzie USTERZENIEM PŁYTOWYM, co zmniejsza pracochłonność jego wykonania, niewykluczone jednak, że konieczne będzie zastosowanie USTERZENIA KLASYCZNEGO (tj. usterzenia ze sterem), na wypadek gdyby pilot miał trudności z zachowaniem stabilnego lotu (patrz: przypadek pierwszych wersji „Kasi” lub „Iskierki”)... CECHA OBJĘTOŚCIOWA usterzenia poziomego (kH) wynosi ok. 0,7, zaś stosunek „jej” ramienia (LH) do cięciwy płata (l) tj. LH/l ok. 3,5, co pozornie wydaje się dużo (jak wiadomo zwykło się zakładać, że kH powinno mieścić się w przedziale od 0,45 do 0,8 zaś LH/l od 2,5 do 3). W sytuacji jednak gdyby ramię LH okazało się niewystarczające można, bez większych kłopotów (tzn. bez konieczności opracowywania nowych foremników), przesunąć całe usterzenie do tyłu, i to nawet o 40 [cm]: pozwala na to odpowiednia geometria foremników, przewidziana jeszcze podczas pracy nad „Kermitem”. Zabieg ten mógłby być konieczny w przypadku gdyby zachodziło ryzyko, że – z uwagi na stosunkowo niedługie kadłuby (odziedziczone wszak po protoplaście) – samolot okaże się zbyt nerwowy w locie (męczący pilotaż). Zjawisku temu przeciwdziała jednak wzajemne rozmieszczenie mas – otóż znaczne masy skupione ulokowane zostaną w partiach dziobowych płatowca, co powiększy podłużny moment bezwładności „Pchełki”... 

Ważnym udogodnieniem prezentowanego projektu jest fakt, że pilot umiejscowiony został na poziomej współrzędnej środka ciężkości samolotu (SC), przez co zmiana jego ciężaru nie wpływa na zmianę poziomego wyważenia naszego płatowca. Uzyskanie wymaganego położenia SC na cięciwie skrzydła następuje dzięki odpowiedniemu rozłożeniu poszczególnych mas samolociku, w szczególności zaś akumulatorów zasilających trójfazowe silniki, które to (akumulatory) ulokowane zostaną w dziobowych komorach kadłubów. Przewidywana, sumaryczna masa akumulatorów samolotu w WERSJI ELEKTRYCZNEJ to 30 [kg] (po 15 [kg] na kadłub). W przypadku gdyby zdecydować się na napęd „mieszany” (WERSJA HYBRYDOWA) ilość akumulatorów byłaby zmniejszona, gdyż wówczas pełniłyby one rolę buforową, dla dwóch SPALINOWYCH GENERATORÓW PRĄDOTWÓRCZYCH (z koniecznym osprzętem) umiejscowionych w spłaszczonej, dziobowej części każdego z kadłubów, a więc tam gdzie „obecnie” znajduje się przedni (spalinowy) silnik samolotu bezzałogowego I-014 „Kermit”. Zastosowanie dwóch generatorów powiększa niezawodność „Pchełki”, na wypadek gdyby jeden z nich odmówił współpracy. Dodać również wypada, że wraz z zachodzącym w locie ubytkiem paliwa poziome położenie SC płatowca nie ulegnie zmianie gdyż zbiornik paliwowy (ew. zbiorniki) – podobnie jak pilot – ulokowany jest na poziomej współrzędnej SC samolotu (może to być np. zbiornik/zbiorniki zaczerpnięty wprost z samolotu „Kermit”)…

Dla ułatwienia transportu czy też na potrzeby magazynowania samolocik „Pchełka” jest demontowalny, przy czym demontaż ten możliwy jest w różnym zakresie, w najprostszej zaś formie ogranicza się on do odjęcia dwóch zewnętrznych skrzydeł. Szerokość tak zdemontowanego samolotu jest nieco mniejsza od 3 [m], a zatem mieści się w zakresie dopuszczalnych przepisów drogowych (dla pojazdów o szerokości 2,55 [m]). W innych przypadkach konieczne byłoby dodatkowe odjęcie kadłubów, poprzedzone demontażem usterzenia poziomego.

Płat samolotu „Pchełka” na całej swej długości wyposażony jest w klapy, przy czym (tak jak i w „Kermicie”) są to klapy zwykłe – proste i przewidywalne w praktycznej realizacji, chociaż jak wiadomo niezbyt efektywne. Teoretycznie możliwe byłoby zastosowanie klap szczelinowych – owocujących większym przyrostem współczynnika siły nośnej (Cz) – przy czym należałoby zawczasu dopracować aerodynamicznie kształt potencjalnej szczeliny i wykonać oddzielny foremnik (ściślej zaś dwa foremniki: górny oraz dolny). W praktycznych poczynaniach rozwiązanie to nie wydaje się jednak zbyt uzasadnione, z uwagi na koszty oraz pracochłonność… Należałoby jeszcze dodać, ze klapy skrzydłowe – oprócz ich konwencjonalnej funkcji wyporowej – spełniać by mogły również rolę znanych nam z szybownictwa klap prędkościowych (po ich wychyleniu w górę), stosowanych np. w warunkach przelotu. Rozwiązanie to zastosowane było także w prezentowanej wyżej „Kasi” projektu inż. Margańskiego…

Ale skoro mowa o Panu Margańskim to w tym miejscu raz jeszcze chciałbym wrócić do koncepcji Jego samolotu (mowa o futurystycznym następcy AN-2). Zagadnienie dotyczyć będzie sterowności poprzecznej płatowca. Na wstępie wyjaśnię, że samolot ten (podobnie jak Breguet 940, X-57 Maxwell czy – goniąca peleton – „Pchełka”) cechować ma się omówionym tu obszernie „układem wielośmigiełkowym”. Inżynier Margański nie planuje stosowania lotek, gdyż poprzeczną sterowność płatowca zapewnić ma niesymetryczna zmiana ciągów napędów skrzydłowych. Jest to zrozumiałe – nie tylko z uwagi na zmianę samej siły ciągu – co też ze względu na fakt, że skrzydło opływane strumieniami zaśmigłowymi o mniejszej prędkości generować będzie mniejszą siłę nośną, niż skrzydło sąsiednie, „opływane szybciej”: operowanie różną prędkością opływu na każdym ze skrzydeł skutkuje zatem efektem podobnym do użycia lotek, ich brak zaś upraszcza konstrukcję układów sterowania płatowca… Niewykluczone zatem, że rozwiązanie to można by zastosować i w „Pchełce”. W tym miejscu rodzi się jednak dość ważka wątpliwość: a co w sytuacji gdy w locie „padnie” elektryka? Wszak samolot z miejsca będzie niesterowany nie mówiąc już o tym, że poprzecznie jest on niestateczny! Otóż samolot Pana Margańskiego wyposażony ma być także w przerywacze. Nie znam szczegółów projektu, ale zapewne jest tak, że oprócz zamysłu poprawienia sterowności poprzecznej przy małej prędkości (np. jak w RWD 9) służyć mają one także w warunkach awarii... Dobrze, ale jak rozwiązać owe zagadnienie w „Pchełce”, tak aby wykonać rzecz możliwie prosto? Pojawiają się tu różne możliwości: klapo-lotki na skrzydłach zewnętrznych czy lotki „szczątkowe” (wzorowane na tych z Bf 108 A „Tajfun”), względnie przerywacze… A także… WZNIOS PŁATA, na tyle wydatny by samolot poprzecznie był samostateczny! Wydaje się, że to właśnie wznios płata byłby rozwiązaniem możliwie najprostszym, szczególnie dla „Pchełki” gdzie wystarczy unieść w górę końcówki jej skrzydeł zewnętrznych by uzyskać znane z modelarstwa „uszy” (dokonać tego można poprzez umiejętne przeprojektowanie „kadłubowych” bagnetów łączących). Wypada także pamiętać i o tym, że – w sytuacji gdy zrezygnujemy na dobre z lotek (u nas klapo-lotek) na skrzydłach zewnętrznych – wychylenia klap mogłyby być większe, gdyż organy te nie musiałaby pełnić funkcji urządzeń sterowych. Warto zatem dogłębniej rozpatrzyć tę sprawę, tym bardziej, że wznios ten ograniczałby także ryzyko zetknięcia się śmigieł płatowca z ziemią podczas lądowania z przechyłem na jedno ze skrzydeł! 

Teraz trochu liczb, także pod postacią DANYCH SAMOLOTU…

Siłą rzeczy nie będzie ich wiele gdyż na obecne potrzeby nie prowadziłem szczegółowych obliczeń, lecz rachunki zgrubne, ograniczyłem się przy tym głównie do analizy masowej, koniecznej nie tylko do wykreślenia „ogólnej” geometrii naszego latadełka, lecz także do ustalenia położenia podwozia i do wyznaczenia prędkości minimalnej (VMIN). Pragnę również wyraźnie podkreślić, że to właśnie możliwie niewielką wartość VMIN  uznałem za jedno z wiodących kryteriów projektu! 

Zacznijmy od MASY. Wydaje się realne, że pusty samolot (bez akumulatorów oraz bez pilota) ważyłby 110 [kg]. Oznacza to, że MASA CAŁKOWITA „Pchełki” dla przypadku pilota „średniego” (85 [kg]) oraz 30 [kg] akumulatorów wyniesie 225 [kg]. Znając przy tym powierzchnię nośną skrzydeł S = 4 [m2] oraz maksymalną wartość współczynnika siły nośnej płata skończonego CzMAX = 1,53 (mniejszy od CzMAX profilu!), czyniąc przy tym pewne założenia, wyznaczyć możemy PRĘDKOŚĆ MINIMALNĄ BEZ MECHANIZACJI (VMIN), z prościutkiej formuły: 

gdzie:

Q – ciężar całkowity samolotu (tj. masa · przyspieszenie ziemskie). Dla „Pchełki”: Q = 225 · 9,81 = 2207,25 [N];

ρ – gęstość metra sześciennego powietrza. Przy ziemi ρ = 1,225 [kg/m3]                                          

Podstawiając do wzoru znane nam wartości otrzymamy:

VMIN = 24,27 [m/s] = 87,37 [km/h]

Taką zatem prędkość minimalną osiągnąłby samolot bez wpływu „śmigiełek” i lecący przy niewychylonych klapach. Dosyć sporo: szczególnie zaś dla tych co to pragną latać możliwie powoli, niekiedy zaś nisko…

Rozpatrzmy teraz kolejny przypadek tzn. warunki dla maksymalnie wychylonych klap, pomijając w dalszym ciągu tak „zbawienny” dla „Pchełki” wpływ od jej napędów… Załóżmy, że w pełni wychylone klapy zaowocują przyrostem współczynnika Cz płata rzędu 0,4 (sumarycznie więc: CzMAX_KL = 1,53 + 0,4 = 1,93). Niektórym wydawać może się to mało (nawet jak na klapy zwykłe, w zestawieniu np. z danymi zawartymi w fachowej literaturze lotniczej), pamiętajmy jednak, że „Pchełka” jest latadełkiem niedużym, o krótkiej cięciwie, do tego niespecjalnie prędkim, przez co operować będzie w dość niskim przedziale liczb Re – stąd też wolę przyjąć nawet zaniżoną wartość przyrostu Cz niż się potem srogo rozczarować. Wypada też wiedzieć, że np. dla „Cri-Cri”, wyposażonego w bardziej efektywne, „szczelinowe” klapy modelu Junkersa, podobny przyrost wynosi 0,61, przy ich wychyleniu o 30° (obwarowanym rolą klapo-lotek), dotyczy on jednak płata o cięciwie ok. 25% większej niż cięciwa „Pchełki”… Tak czy inaczej, dla założeń jakie poczyniłem wyżej, PRĘDKOŚĆ MINIMALNA Z KLAPAMI (VMIN_KL) naszej zabaweczki, wyznaczona podobnie jak wcześniej, wyniesie:

VMIN_KL = 21,6 [m/s] = 77,76 [km/h]

Chcąc choć zgrubnie (i możliwie prosto) oszacować wpływ strumieni zaśmigłowych ośmiu napędów „Pchełki”, na tym wstępnym przecież etapie projektu, posłużę się „pewną analogią” z samolotem X-57„Maxwell”. Zanim jednak przejdę do szczegółów wypada tu jeszcze powiedzieć, że oprócz omówionych przeze mnie odmian owego płatowca (Mod II i Mod IV) istotne w tym miejscu będzie przedstawienie samolotu z etapu Mod III. Samolot ten od samolotu z etapu ostatniego (Mod IV) różni się mianowicie tym, że zamiast dwunastu małych śmigiełek oraz napędzających je silników posiada jedynie same ich gondole, powstał zaś po to by uzyskać dane porównawcze oraz by przebadać „same” nowe skrzydła, wyposażone już jednak w dwa duże napędy (umiejscowione jak wiemy na końcówkach płata). Ponieważ istotne dla naszych obecnych rozważań będą dane samolotu X-57 „Maxwell” z etapów Mod III i Mod IV, toteż od razu wyjaśnię, że oba te płatowce posiadają taką samą masę całkowitą (ok. 1361 [kg]) oraz identyczne płaty (S = 6,19 m2), różnią się natomiast wartościami prędkości minimalnej, która dla Mod III wynosi ok. VMIN_MOD_III = 38 [m/s], zaś dla samolotu Mod IV ok. VMIN_MOD_IV = 30 [m/s]. Różnica ta wynika naturalnie stąd, że samolot z etapu Mod III nie posiada małych napędów, zmniejszających prędkość minimalną płatowca. Korzystając zaprezentowanych danych (upublicznionych zresztą przez NASA) pozwoliłem sobie wyznaczyć CzMAX obydwu samolotów, co zresztą nie było specjalnie uciążliwe, gdyż ograniczało się do przekształcenia podanej wyżej zależności do następującej formy: 

Wyniki, które otrzymałem prezentują się następująco:

CzMAX_MOD_III = 2,44; CzMAX_MOD_IV =3,91

O ile CzMAX samolotu z etapu Mod IV (a więc samolotu wyposażonego dodatkowo w małe napędy), aczkolwiek pokaźny, nie jest raczej zaskoczeniem, gdyż można było oczekiwać, że będzie on znaczny, to zastanowienia wymaga duża wartość współczynnika siły nośnej płatowca z etapu Mod III. Tak znaczna wartość CzMAX_MOD_III (o ile nie jest pochodną niewłaściwych danych, względnie celowego wprowadzania w błąd) wynika być może z następujących czynników:

-duże wydłużenie płata (ok. 15);

-obydwie podane powyżej wartości (niemal na 100%) dotyczą samolotu z opuszczonymi klapami (pochodzą wszak ze zbiorczego zestawienia, w którym zaprezentowano podobne dane dla samolotu z etapu Mod I, czyli dla seryjnego Tecnama P2006T, w konfiguracji do lądowania);

-klapy rozciągają się na całej rozpiętości płata;

-korzystny wpływ napędów ulokowanych na końcówkach skrzydeł, zmniejszający negatywny wpływ wirów indukowanych na rozkład Cz (nie zapominajmy, że w locie poziomym z prędkością VMIN, obydwa silniki pracują, generując siłę ciągu równą sile oporu płatowca, nie mówimy zatem o locie ślizgowym);

-brak klasycznych gondoli silnikowych, szkodliwych aerodynamicznie;

-opracowanie specjalnego profilu oraz wierne odwzorowanie jego geometrii.

Wypada tu jeszcze zaznaczyć, że CzMAX samolotu Tecnam P2006T z wychylonymi klapami wynosi zaledwie: 1,66! 

Tak czy inaczej – kończąc rozważania dotyczące płatowca X-57 „Maxwell” (pomimo trapiących nas tu wątpliwości) – nietrudno jest dowieść, że przyrost CzMAX pomiędzy samolotem z etapu Mod III a tym z etapu Mod IV wynosi ok. 60 % (2,44/3,91 · 100 %). 

Uzbrojeni w ową informację powróćmy do „Pchełki”. Załóżmy przy tym, że w przypadku naszego samolotu, który przecież powstanie w co nieco skromniejszych warunkach, ma swoje słabostki, i zapewne nie będzie aż tak doskonale zoptymalizowany, analogiczny przyrost wyniesie np. 35 %  – jest to oczywiście założenie dość intuicyjne, nie poparte żadnymi szczegółowymi analizami, przyjmijmy jednak, że będzie ono możliwe do spełnienia bez jakiś szczególnych wysiłków. W sytuacji takiej, dla przypadku wychylonych klap, maksymalny współczynnik siły nośnej wzrośnie do: CzMAX_KL_ŚM = 1,93 · 1,35 = 2,6. Wówczas to PRĘDKOŚĆ MINIMALNA płatowca powinna wynosić:

VMIN_KL_ŚM = 18,61 [m/s] = 67,02 [km/h]

Jak widać prędkość ta jest o ponad 20 [km/h] mniejsza od prędkości samolotu bez mechanizacji (87,37 [km/h]), przy czym – co zrozumiałe – tak otrzymany wynik nie przedstawia sobą żadnej wartości dowodowej, służyć ma jedynie wstępnej orientacji.

Czy „Pchełka” mogłaby być lepsza? Możliwe, że tak! To już pewnie kwestia szeregu dokładnych obliczeń oraz potencjalnych optymalizacji… Niewykluczone jest także i to, że „Pchełka” mogłaby być inna! Analizując omówiony tu obszernie układ samolotu przyszło mi mianowicie na myśl, że do znanego nam już płata można by dołączyć drugi, dolny płat, przy czym byłby to płat ukształtowany i ulokowany odmiennie od tego pierwszego. Wydaje mi się również, że mógłby to być (przynajmniej dla „Pchełki”) płat o mniejszej cięciwie, zaś ze względu na swój kształt – siłą rzeczy – pozbawiony też mechanizacji.  

Tak oto zrodziła się koncepcja niejako nowego samolotu, pod postacią INNOWACYJNEGO (być może?) DWUPŁATA, który pozwoliłem sobie nazwać „Pchełka +”. 

„Pchełka +” właściwie jest PÓŁTORAPŁATEM, tak jak były nimi sławetne onegdaj, pierwszo-wojenne Nieuporty, lecz – jak to widać z rysunku – jej płat dolny uformowany został odmiennie aniżeli w dawnych samolotach, gdyż na całej niemal rozpiętości posiada on kształt falisty, wytyczony przez promienie nieznacznie większe od promieni śmigieł a także przez odcinki proste. Do tego śmigła te nie znajdują się przed krawędzią natarcia, lecz nad przednią partią profilu i w niewielkiej od niego odległości, zaś ich położenie przypomina to stosowane przy napędach otunelowanych. Istotą tego pomysłu (stosowanego dotychczas, o ile mi wiadomo, niejako w szczątkowym ujęciu, bo w eksperymentalnych, dwusilnikowych jednopłatach) jest spotęgowanie prędkości opływu na górnej powierzchni skrzydeł, skutkujące (w zamierzeniu) wzrostem siły nośnej płata, dodatkową zaś zaletą: częściowe otunelowanie śmigieł. Ponadto niektóre elementy łączące płat górny z dolnym (mowa o tych znajdujących się na końcach skrzydeł) pełnić mogą rolę podobną do roli płyt brzegowych, lub – po innym ich uformowaniu – wingletów dla dolnego płata. 

„Pchełka” w tym ujęciu różni się od samolotu bazowego również i tym, że posiada usterzenie poziome o większej powierzchni (wynika to z większej powierzchni nośnej naszego dwupłata), dłuższą goleń koła przedniego oraz niżej zamocowaną kompozytową goleń podwozia głównego, co z kolei dyktowane jest chęcią zwiększenia odstępu między płatem dolnym a powierzchnią pola wzlotów, szczególnie istotnym dla warunków tuż po przyziemieniu (skok amortyzacji), zwłaszcza wtedy gdy na lotnisku znajdują się jakieś nierówności (naturalnie kwestia zastosowania potencjalnego wzniosu i tu jawi się bardzo korzystnie, z przyczyn podobnych do tych wyłożonych wcześniej). W „Pchełce +” zrezygnowałem także z koncepcji „naprzemiennego” ulokowania śmigieł, co w tym przypadku ma wynikać stąd, że po ustaleniu optymalnego położenia śmigła względem cięciwy płata dolnego, będzie ono identyczne dla wszystkich napędów. Oczywiście – również na drodze badawczej – należałoby jeszcze ustalić najkorzystniejsze wzajemne położenie obydwu płatów, względnie ich proporcje, tak aby zminimalizować wady typowe dla tego układu oraz zastanowić się nad tym czy płaty te nie powinny mieć różnych kątów nastawienia (zaklinowania). 

26.VII.2019

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część szósta---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (minionego roku) oraz stycznia,  lutego i maja (roku bieżącego) i stanowi szóstą część cyklu publikacji.

Słońce, morze, piasek czy też górskie ścieżki. Wiadomo, wakacje! Jednak nie dla wszystkich… Aromat żywicy, przeciskanej wałkiem wbrew oporom włókien, opiłki na skórze, sypkie i gryzące, niesione w powietrze impetem frezarki, czy żar promienników, dyszących czerwienią w trakcie wygrzewania elementów w formach – płynący po karku wraz z namolnym potem... Ot taka codzienność i świadomy wybór. To także wakacje! 

Budowa płatowca posuwa się naprzód... 

Na pozór budowa toczy się powoli, jest to jednak przejaw zimnej konsekwencji. Toczy się nie tylko na samym warsztacie, czy przy „rysownicy”, toczy się wszak także na ciut szerszym polu, gdyż projekt „Kermita” doczekał się wreszcie usankcjonowania, pod jednym ze skrzydeł stosownej placówki, którą założyłem z pierwszym dniem miesiąca w rodzinnym Krakowie, nadając jej nazwę:

KUŹNICA TECHNIKI AERONAUTYCZNEJ i KOMPOZYTOWEJ

„DRACO”

im. Tytusa Liwiusza Burattiniego

Osoby Patrona przedstawiać nie muszę, wszak wszyscy Go znamy, z prastarych przekazów o lotach modeli Latających Smoków jakie miały miejsce na królewskim dworze Władysława z Wazów. Stąd też smocza nazwa tej mojej Kuźnicy jak i smocze logo, archaizujące nieco obrazem i frazą, nowoczesne treścią wyłożoną pod nim… Na wstępie wyjaśniam (trzeźwo i spokojnie), że ta moja skromniutka placówka (właściwie „komórka” lub „inkubatorek”) nie prowadzi póki co żadnej działalności zarobkowej, lecz zajmuje się prezentacją „nieprzyziemnych poczynań” jej założyciela – za pośrednictwem powstałej w tym celu STRONY INTERNETOWEJ – stanowi też pole kontaktu przez adres E-mail. Zachęcam więc Państwa do zwiedzania komnat rzeczonej witryny, poprzez link poniżej:

https://sites.google.com/view/kuznica-draco

Teraz o „Kermicie”…   

Tak jak i w poprzednich artykułach cyklu postępy w budowie obrazują zdjęcia, istotę zagadnień: stosowne rysunki. Na zdjęciach widnieją nowe elementy, jakie sporządziłem w ostatnim okresie, takie jak KOMPOZYTOWA GOLEŃ SPRĘŻYSTA PODWOZIA GŁÓWNEGO, ŁOŻE GOLENI PRZEDNIEJ oraz GŁÓWNY ZBIORNIK PALIWOWY. Widoczne są także inne (niektóre dotychczas nieprezentowane) podzespoły, omówione przeze mnie w poprzednich odcinkach, tj. PŁETWY OGONOWE oraz STATECZNIKI USTERZENIA POZIOMEGO i jego CENTROPŁAT. Moje obecne rozważania zacznę od części najcięższej (i w pracy i w masie) a więc od GOLENI SPRĘŻYSTEJ PODWOZIA GŁÓWNEGO, będącej kluczowym elementem owego zespołu. Goleń ta stanowi nie tylko podstawę dla WYCHYLNYCH WÓZKÓW DWUKOŁOWYCH (patrz rysunek), lecz i amortyzuje reakcje powstałe od ziemi, szczególnie znaczące podczas lądowania: jej kształt oraz właściwości dobrane zatem zostały w ten sposób by goleń sprężysta odznaczała się nie tylko stosowną dlań wytrzymałością, ale i ugięciem, składającym się na pełen wymagany skok amortyzacji (goleń + pneumatyki). Należy też wiedzieć, że goleń takowa podlega nie tylko obciążeniom gnącym ale i skręcaniu, zaś naprężenia wywołane tym ostatnim nie są wcale małe, zmieniają się także wespół z rozpiętością, i to nieliniowo (co wynika z kształtu goleni „Kermita”). Reasumując: poprawne obliczenie czy też wykonanie tej pozornie niezłożonej części nie jest rzeczą łatwą gdyż to ostatnie zajęło mi około dziewięciu dni wieloetapowej pracy oraz pochłonęło w sumie kilkadziesiąt metrów dwóch rodzajów odpowiednio układanych tkanin. Jest to więc element „materiałożerny”, a zatem kosztowny...

ŁOŻE GOLENI PRZEDNIEJ jest już mniej kosztowne i mniej pracochłonne. Sporządzone zostało w postaci „pudełka” z dwoma otworami, przez które docelowo przechodzić będzie goleń przednia, wykonana z duralowej rury. Wytrzymałość owej rury dobrana została przy tym tak by w przypadku nadmiernych obciążeń poziomych (wywołanych np. „ponadnormatywną” nierównością gruntu) rura ta jako pierwsza uległa ugięciu, absorbując tym samym stosowną energię, nieuszkodzone zaś pozostały pracochłonne fragmenty struktury płatowca. Należy tu jeszcze zaznaczyć, że podwozie przednie posiada dwa koła nastawne (ułożone nie w tandem jak koła podwozia głównego, ale równolegle), jest też odpowiednio amortyzowane (tym razem za sprawą stalowej sprężyny śrubowej o zadanym skoku lub gumowych krążków).

Jak wiadomo z wcześniejszych artykułów dotyczących samolotu „Kermit” GŁÓWNY ZBIORNIK PALIWOWY umiejscowiony zostanie w gondoli płatowca – zagadnienia, na które szczególnie pragnąłem wyczulić moich Czytelników w tym właśnie temacie wyłożyłem w jednym z poprzednich odcinków (patrz: Część Trzecia cyklu)…  

* * *

Jak już Państwo wiedzą samolocik „Kermit” jest dwusilnikowy: w dziobie kadłuba znajduje się napęd spalinowy, na jego zaś końcu napęd elektryczny. Ten ostatni spełniać będzie także inną rolę, wykorzystywaną jednak już po przyziemieniu, gdy przez zmianę kierunku obrotów zastąpi HAMULCE! Samo rozwiązanie jest dość oczywiste, i polega na tym by ciąg śmigła (poprzez zmianę kierunku obrotów elektrycznego silnika tylnego) skierować przeciwnie do kierunku ruchu całego płatowca, co dobrze wyjaśnia kolejny rysunek. Naturalnie, pisząc tu o warunkach „już po przyziemieniu”, mam na myśli taką sytuację, w której to samolot bezpiecznie toczy się po lądowisku, wszystkie koła zaś (a więc i te przednie) stykają się przy tym z podłożem: w tym też to przypadku użycie HAMULCA ŚMIGŁOWEGO jawi się jako najmniej ryzykowne…

Ale skoro o silnikach mowa, to z miejsca wyłożę inną ciekawostkę! 

W jednej z części cyklu pisałem już o tym, że przedni silnik „Kermita” wychyla się w górę, co – wraz z odpowiednim wychyleniem pływającego usterzenia poziomego – zapewnia nie tylko równowagę w locie, ale znacznie zmniejsza prędkość przeciągnięcia mego samolotu. Skuteczność tego rozwiązania warunkuje jednak pewna prędkość „graniczna”, poniżej to której statecznik poziomy nie będzie wstanie wytworzyć odpowiedniej siły (a więc i momentu) niezbędnej do zniesienia momentu wywołanego pionową składową ciągu silnika przedniego. Sytuacja ta mogłaby mieć miejsce np. dla samolotu w wersji „odchudzonej”, tj. samolotu bez dużej gondoli oraz bez ładunku, gdyż prędkość przeciągnięcia takiego płatowca byłaby znacząco mniejsza od prędkości przeciągnięcia samolotu w wersji podstawowej, wyposażonego ponadto w kompletny ładunek, mogłaby zatem okazać się mniejsza niż prędkość „graniczna”… By temu zapobiec (oraz by rozszerzyć gamę zastosowań mego rozwiązania) dron I-014 „Kermit” wyposażony jest także w WYCHYLNY NAPĘD TYLNY! Zwarzywszy na układ mego samolotu rozwiązanie takie jest wręcz „wymarzone”, niemal naturalne, umożliwia także „plastyczne” wyzyskanie zalet obydwu urządzeń (np. częściowe wychylenie elektrycznego silnika tylnego wespół z pełnym wychyleniem usterzenia poziomego, ograniczające zużycie energii akumulatorów, używane zamiast pełnego wychylenia napędu tylnego…). Wypada tu jeszcze dodać, że zastosowanie usterzenia pływającego zwiększa NIEZAWODNOŚĆ samolotu „Kermit”, gdyż stery poziome w tym przypadku są niejako zdublowane, co oznacza, że nawet przy awarii części serwomechanizmów samolot zachowa sterowność podłużną (analogicznie: sterowność poprzeczną zapewniają lotki oraz klapo-lotki, które nie tylko mogą się wzajem dublować, lecz i zastępować w warunkach usterek).  

c.d.n.

11.V.2019 

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU

---część piąta---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (minionego roku) oraz stycznia i lutego (roku bieżącego) i stanowi piątą część cyklu publikacji.

W ostatnim okresie prace nad „Kermitem” nieco spowolniły, a to z tego względu że zajęty byłem innymi sprawami oraz zdobywaniem środków na dalszą budowę. Od blisko miesiąca moje moce przerobowe uległy jednak stosownej poprawie, toteż samolot doczekał się wreszcie drugiego skrzydełka i – jak to obrazują zdjęcia – zbliża się do stanu „nobliwej całości”. Oprócz brakującego skrzydła wykonane zostały niektóre, wewnętrzne elementy usterzenia poziomego (ścianki dźwigarowe czy żebra wzmocnione) a także foremniki podwozia głównego (goleń główna) i goleni przedniej. Sporządziłem również PŁETWY OGONOWE, wespół z foremnikiem. W tym miejscu wypada ponadto zaznaczyć, że samolot nie posiada jeszcze powierzchni sterowych (lotki, klapy, stery), które wykonane będą w późniejszym terminie, a także zwrócić uwagę na fakt, że w chwili obecnej poszczególne zespoły zmontowane są prowizorycznie, a zatem nie zostały posklejane w jednolitą całość. Zważywszy na to ostatnie „Kermit” w swym stanie bieżącym przypomina zatem coś na kształt zestawu plastikowego modelu samolotu, z tą tylko różnicą że poszczególne części wykonane są nie tylko inną technologią, lecz stanowią również elementy pokaźnych rozmiarów. Takie podejście do pracy (np. czasowe niesklejenie górnego poszycia skrzydła z dolnym czy lewej i prawej połówki kadłuba) nie wynika jednak z mej opieszałości, lecz z przyjętego uprzednio harmonogramu prowadzonych działań, zgodnie z którym klejenie elementów w całość stanowić będzie przedostatni etap budowy płatowca, przeprowadzony dopiero przed lakierowaniem. Przed finalnym klejeniem możliwe będzie zatem wygodne przeprowadzenie przewodów instalacji elektrycznej czy też paliwowej, zabezpieczenie niektórych wewnętrznych fragmentów struktury przed wpływami wody (deszcz czy topniejący śnieg), benzyny, oleju lub resztek paliwa oraz – co także istotne – umożliwienie wprowadzania stosownych udoskonaleń konstrukcji tam gdzie będę one możliwe i zasadne do przeprowadzenia i to... na bieżąco!

Wrócę jeszcze do tematu elementów wykonanych w ostatnim okresie tj. do PŁETW OGONOWYCH, których rola wydawać się może dość enigmatyczna. Rozwiewam zatem z miejsca wszelkie wątpliwości: w zamyśle mym płetwy ogonowe stanowić mają antidotum dla POTENCJALNEGO przypadku zacieniowania usterzenia (układ T) w locie na dużych kątach natarcia. Ich zadaniem jest zatem poprawa stateczności kierunkowej i podłużnej w szczególnych przypadkach, np. przy głębokim przeciągnięciu (z ang. deep stall). Ponieważ zarówno powierzchnia, kształt czy wreszcie zasadność stosowania płetw jest trudna do oszacowania na etapie projektu czy też prac nad prototypem, stąd też ich foremnik sporządziłem tak by w przyszłości móc na nim wykonać płetwy o innym obrysie i innej powierzchni. Może się zresztą okazać, że samo stosowanie płetw nie będzie konieczne lub też, że posiadać będą one jedynie „szczątkowy” charakter – rozwianie wszelkich wątpliwości wymagać będzie jednak szczegółowych badań a także prób w locie… 

* * * 

Jak wiadomo z wcześniejszych artykułów cyklu (patrz rysunki) uzupełnieniem samolotu I-014 „Kermit” mają być WINGLETY, zwiększające wydłużenie efektywne płata, a zatem doskonałość aerodynamiczną całego płatowca. Z nauki o aerodynamice wiemy przy tym, że winglety (po polsku: Rozpraszacze Wirów Brzegowych) pracują najefektywniej tylko w wąskim przedziale kątów natarcia płata, a zatem – siłą rzeczy – projektuje się je tak aby korzyści z nich płynące zachodziły w niewielkim zakresie prędkości płatowca, zaś ich maksymalna efektywność wystąpiła dla jej jednej, konkretnej wartości (np. dla prędkości optymalnej tudzież przelotowej). Jednym z czynników, który wpływa na możliwość „regulacji” wingletów dla innej prędkości jest niewielka (często ułamkowa) zmiana kąta nastawienia tychże dokonana względem końcówek każdego ze skrzydeł – jest to sposób stosowany w optymalizacji „ustawień” zdalnie sterowanych modeli szybowców, który stosowałem także i w swoich konstrukcjach. Praktyka taka – opisana zresztą w literaturze tematu, a więc znana ludziom z branży – stała się dla mnie inspiracją do opracowania (jeszcze w roku 2012) koncepcji WINGLETÓW NASTAWNYCH. Winglety takowe od wingletów w klasycznej odmianie różniłyby się mianowicie tym, że podczas lotu możliwa byłaby mechaniczna regulacja ich kąta natarcia, dokonana albo poprzez zmianę kąta nastawienia (analogia usterzenia płytowego) lub przez zmianę wychylenia powierzchni sterowej, przeprowadzana za pomocą stosownego serwomechanizmu. Ten drugi wariant wyjaśnia załączony do tekstu rysunek, przy czym prezentowana na nim sytuacja dotyczy przypadku szczególnego, w którym powierzchnie sterowe WINGLETÓW NASTAWNYCH wychylone zostały o kąt prosty (zamiast subtelnych, bo np. kilkustopniowych wychyleń regulacyjnych) i pracują jako INNOWACYJNE HAMULCE AERODYNAMICZNE. W tym konkretnym przypadku winglety nie tylko nie spełniają swojej roli (celowo „degradując” wydłużenie efektywne płata!), lecz pracują również jako powierzchnie o dużym oporze czołowym. Zaznaczam przy tym, że wzrost obciążeń skrzydeł od skręcania, spowodowany siłami oporu obu rozpraszaczy, mógłby zostać zminimalizowany poprzez zastosowanie wingletów dwupłytowych (z płytą górną i dolną, tj. nad i pod skrzydłową), znanych nam jeszcze z lat 70. XX wieku oraz poprzez wprowadzenie prędkości „granicznej”, powyżej to której wingletów nie wolno by było wychylać „ponadnormatywnie” (analogia np. do użycia klap lub prędkości brutalnego sterowania). W szczególnych przypadkach pełne wychylenie wingletów (w opcji hamulcowej) mogłoby być stosowane do przeprowadzenie CELOWEJ AUTODESTRUKCJI samolotu bezzałogowego w locie, co mogłoby zachodzić chociażby dla misji bojowych nad terenem wroga. Naturalnie zasadność prezentowanego przeze mnie pomysłu wymaga przeprowadzenia pogłębionych analiz i szeregu badań, stąd też na obecną chwilę koncepcję WINGLETÓW NASTAWNYCH a także „wynikających z niej” INNOWACYJNYCH HAMULCÓW AERODYNAMICZNYCH uważać należy za studium (do którego to jednak roszczę sobie prawa).

c.d.n.

22.II.2019

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU

---część czwarta---

  Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października i listopada (minionego roku) oraz stycznia (roku bieżącego) i stanowi czwartą część cyklu publikacji.

Ten odcinek cyklu będzie mieć nieco inną formę od poprzednich, a to z tego względu, że – wychodząc naprzeciw prośbom Czytelników – poruszę w nim sprawy związane z zagadnieniami bardziej ogólnymi, prezentując niektóre kwestie technologiczne oraz te dotyczące wyrobienia w sobie umiejętności konstruktorskich; będzie to więc po części artykuł dla tych z Was, którzy być może myślą o tym by przystąpić kiedyś do realizacji podobnego projektu, a zatem artykuł z gatunku: „jak w ogóle się do tego zabrać?” Naturalnie będzie to też tekst adresowany do tych wszystkich, którzy pragną chociaż w podstawowym stopniu uświadomić sobie jak wygląda technologiczna strona budowy i konstruowania, nie tylko kompozytowych samolotów, lecz i innych, niezwiązanych z lotnictwem wyrobów. Do podjęcia obecnego tematu skłoniło mnie również i to, że przez ostatni miesiąc zawiesiłem czasowo prace nad „Kermitem” – nie z lenistwa wszakże! – lecz z twórczych pobudek, związanych z nieoczekiwaną możliwością dokończenia innego mojego projektu: STRATEGICZNEJ GRY KOMPUTEROWEJ „STUDZIANKI ’44”. Ponieważ prace nad wzmiankowaną tutaj grą przerwane zostały ponad dwadzieścia lat temu, i to na etapie tuż przed jej wydaniem (na co wpłynęło „niesprzyjające polskie tło”, wsparte postępkami pewnych osobników) obecna możliwość finalnego postawienia „kropki nad literą i” dała mi nie tylko twórczą satysfakcję, lecz i pozwoliła wyrównać prastare rachunki… Dodam jeszcze, że do owej ukończonej po latach gry napisałem obecnie też nowy (podstawowy) podręcznik obsługi, liczący 65 stron (zaś planuję jeszcze opracować podręcznik uzupełniający, w którym wyłożone zostaną arkana wojskowej taktyki), stąd też do pisania niniejszego artykułu przystępuję z pozycji człowieka nie tylko, że udręczonego piórem i utytłanego niezastygłym jeszcze atramentem, lecz i posiadacza skołatanej duszy, wyjącej: NA WARSZTAT!!! Cóż jednak poradzić – wszak wpierw obowiązki, potem przyjemności…

A zatem – do rzeczy…

Gotowy element kompozytowy (w naszym przypadku to np. połówka kadłuba, osłona kabiny, ścianka dźwigarowa, czy „poszycie” skrzydła) to jedynie przysłowiowy „wierzchołek góry lodowej”. Aby go wykonać konieczne jest bowiem sporządzenie wpierw MAKIETY (nazywanej czasem także i „kopytem”) konkretnego elementu, stanowiącej wierną jego kopię – posłużyć się tu można różnymi technikami, adekwatnymi do naszych możliwości finansowych, materiałowych i umiejętności. Instytucje, firmy czy osoby zamożne posługują się obecnie obrabiarkami CNC, wiąże się to jednak z wielkimi kosztami (które pewnie z czasem się amortyzują, jednak by to nastąpiło trzeba dysponować nie tylko znacznymi środkami, ale mieć odbiorców, lub być dotowanym – to ostatnie w obecnych warunkach stanowi niestety częstą patologię…). Ja pracuję bez użycia maszyn, na które mnie nie stać oraz bez dotacji – sztuka zatem w tym by zrobić rzecz tanio i dobrze, co udaje mi się poprzez połączenie różnych, często własnych technik. 

W KLASYCZNYM UJĘCIU na bazie makiety powstaje FOREMNIK, służący do laminowania elementu w jakiejś większej serii, zależnej nie tylko od ilości zamówień, lecz od żywotności tegoż foremnika. Laminowanie najlepiej prowadzić jest podciśnieniowo, za pomocą odpowiednich folii oraz taśm, używając w tym celu specjalnej POMPY PRÓŻNIOWEJ (można ją sporządzić samodzielnie, wykorzystując agregat z domowej lodówki, co kosztować nas powinno nie więcej niźli 300 zł). Zastosowanie METODY PRÓŻNIOWEJ pozwala nie tylko na właściwe dociśnięcie przesyconych żywicą tkanin, lecz i umożliwia pochłonięcie nadmiaru żywicy przez specjalną matę, dzięki czemu gotowy element będzie lżejszy, wytrzymalszy, bardziej estetyczny i wolny od braków. Stosowanie METODY PRÓŻNIOWEJ (względnie jej podobnej) w większości lotniczych przypadków jest rzeczą niezbędną! Oprócz tego niezbędne jest także wygrzewanie elementów w trakcie utwardzania (i niekiedy po), co nie tylko przyspiesza sam proces „klejenia”, ale zmniejsza masę części, zwiększa zaś jej wytrzymałość czy odporność na temperatury podwyższone (np. wpływ słońca), „zaklepuje” także trwałość samych kształtów… Do wygrzewania można posłużyć się PROMIENNIKAMI PODCZERWIENI lub zbudować specjalną KOMORĘ TERMICZNĄ, z „farelkami” w środku. Klasyczne ujęcie tematu (z  pominięciem procesu produkcji) wygląda tak jak na załączonych fotografiach, prezentujących OSŁONĘ KABINY i OSŁONĘ SILNIKA TYLNEGO, wespół makietami i foremnikami.

Jest z tym wiele pracy i wiele wydatków, stąd też starałem się zawsze znaleźć takie rozwiązanie, które uprościłoby cały ten proceder i zmniejszyło koszty. Z pomocą przyszły tu drzemiące pod czaszką zasoby ludzkiego rozumu, wyrwane z letargu chwilowym przebłyskiem… Okazało się bowiem, że –  wytężając odpowiednio umysł – można, w niektórych przypadkach, zrezygnować z wykonania makiet (zaś z niej foremnika), i wykonać od razu FOREMNIK „WŁAŚCIWY”; co zresztą ostatnio jest praktykowane. Sztuka jednak w tym by przy skromnych środkach wykonać ów foremnik „ręcznie”, względnie za pomocą niedrogich narzędzi, a więc bez użycia kosztownych obrabiarek numerycznych i to wówczas gdy posiada on złożony kształt. Przykład takich dążeń obrazuje zdjęcie FOREMNIKA GONDOLI samolotu „Kermit”. Prace nad tym foremnikiem zajęły mi co prawda 6 tygodni czasu, lecz wykonałem go korzystając jedynie z dwóch niedrogich, manualnych frezarek (trzpień 6 i 8 [mm]), wkrętarki i innych, „domowych” narzędzi, wartych w sumie nie więcej niźli 600 złotych. Nie bez znaczenia jest tu fakt, że materiały na ten (niemały skądinąd) foremnik zamknęły się w kwocie złotych 1200-stu. Foremnik przy tym został tak zmyślnie zaprojektowany, że służy do SPORZĄDZENIA I LEWEJ I PRAWEJ POŁÓWKI GONDOLI, gdyż jest SYMETRYCZNY (patrz: kolejne zdjęcie)! Naturalnie należało to zawczasu przewidzieć, projektując stosownie gondolę, która – co też ważne – w owym foremniku laminowana jest wespół z WIEŻYCZKĄ (stanowiącą z gondolą jednolitą całość)… Inną, ważką sprawą jest także i to, że gondola w swej partii dziobowej charakteryzuje się stałym przekrojem, zbliżonym możliwie do kształtu okręgu: przyjęcie takiego rozwiązania uprościło m.in. proces wykonania WZMOCNIONEJ WRĘGI PODWOZIA PRZEDNIEGO i jej foremnika.

W tym miejscu pragnąłbym jeszcze wyraźnie zaznaczyć (o czym zresztą pisałem onegdaj), że sporządzenie oprzyrządowania produkcyjnego pochłania około 60-65 [%] czasu oraz środków koniecznych do budowy samolotu, oprzyrządowanie to jednak sporządzamy zwykle tylko jeden raz. Zważywszy jednak na taki a nie inny charakter poczynań należy wszelkie sprawy wnikliwie przemyśleć, tak by wystrzec się poważnych i dyskredytujących błędów… 

Jak tego dokonać?

Z pomocą może nam przyjść rada, względnie doświadczenie – najlepiej to własne. Aby je zgromadzić należy się ćwiczyć, i nie tylko w pracy manualnej, czy w projektowaniu, lecz i w obliczeniach, gdyż często jest tak, że obranie kształtu danych elementów związane jest wprost z przebiegiem obciążeń jakim podlegają. O tym wszak tak wielu nie chce dziś pamiętać. I nie jest to tylko bolączka „lotników”, lecz i architektów bez przygotowania, czy też wszelkiej maści różnych „dizajnerów” (wiem, okropne słowo), często z bożej łaski… To samo dotyczy też spraw technologii. „Zielony” projektant, pozbawiony doświadczenia i stosownej wiedzy, zdolnym jest wyrzucić z siebie prawdziwego, technologicznego potworka, biada zaś tym, którzy będą zmuszeni poskromić tę bestię (najczęściej za niego)…

Jak zatem się ćwiczyć?

Projektując, budując, i licząc! Wielkim polem zbierania nie tylko doświadczeń, lecz narzędziem testów, jest tu modelarstwo lotnicze, zwłaszcza samodzielna budowa modeli sterowanych radiem (modele RC). Zacząć można od motoszybowców (są łatwe w lataniu i dają też wiele relaksu przy lotach w termice lub przy „żeglowaniu” na stosownym zboczu), potem zaś „przesiadać się” na samoloty, zwykle coraz szybsze. Materiałem z początku może być i depron, później balsa, sosna, fornir i styropian, następnie tkaniny (szklane, węglowe czy aramidowe) używane z czasem nie tylko na jakieś lokalne wzmocnienia, lecz i całe części, względnie na zespoły (np. na kadłub)… Fragment mojej osobistej drogi dobrze obrazuje kolejna fotografia, stanowiąca melanż wybranych modeli (z tych kilkudziesięciu, które zbudowałem), przy czym – za wyjątkiem znanego nam wszystkich „Wicherka” – każdy kolejny z nich stanowił już projekt mojego autorstwa. Wynikało to m.in. stąd że nigdy nie lubiłem pracować odtwórczo, czy kopiować innych. Myślę, że to właśnie taka forma pracy jaką ja obrałem, mimo iż trafiły mi się także pomysły chybione, była tą właściwą, tym bardziej, że te chybione pomysły wynikały najczęściej ze zbyt dużej weny, a nie zaś z jej braku. Wypada też wiedzieć że, każda nowa konstrukcja pogłębi w nas nie tylko zdolności manualne czy też projektowe, lecz sprawi że będziemy myśleć coraz to klarowniej i coraz „przestrzenniej”, dzięki czemu, wespół ze zbieraniem stosownych doświadczeń, droga do celu będzie coraz mniej ciernista, wolna od zakrętów i ślepych uliczek… Są to jednak rzeczy, których nie nauczą książki ani artykuły.

Ważne też jest to czym się zajmujemy. Moje dotychczasowe życie wyglądało tak, że zajmowałem się (z wyboru lub z musu) różnymi rzeczami, i było to nie tylko tworzenie gier komputerowych, lecz i fotografia, wykonawstwo mebli czy pisanie książek lub też całe lata ciężkich prac fizycznych, głównie w Polsce, lecz i także poza granicami. Wbrew pozorom te wszystkie sprawy łączą się ze sobą, gdyż jeśli tylko głębiej im się przyjrzeć to pewne zasady zostają niezmienne, co dotyczy np. kwestii kompozycji czy znanej zasady zgodnie, z którą w realizacji naszych twórczych zamierzeń winniśmy zmierzać od ogółu do szczegółu – arcyważną sprawą jest jednak to, aby nie popełnić błędów w owym „ogóle”, gdyż w przeciwieństwie do niego „szczegół” często można zmienić, albo dopracować…

c.d.n.

2. I . 2019

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU

---część trzecia---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułów z października oraz listopada 2018 roku i stanowi trzecią część cyklu publikacji.

Prace nad samolotem ciągle postępują, nie zwalniając nawet w okresie świątecznym jak i w Nowym Roku. Niektóre z wykonanych elementów widoczne są na załączonej fotografii, prezentującej prowizorycznie zmontowane zespoły płatowca, posiadającego na razie tylko jedno skrzydło. Brakujące skrzydło sporządzone zostanie w późniejszym terminie, co nie jest jednak zbytnio uciążliwe gdyż skrzydło to powstanie w oparciu o gotowe już oprzyrządowanie, w związku z czym jego budowa nie powinna zająć więcej niż około miesiąc rutynowej pracy. Należy zaznaczyć, że na oprzyrządowanie to składają się nie tylko foremniki górnej i dolnej „połówki” skorupy, lecz również foremniki i szablony ścianek dźwigarowych, żeber zwykłych (chroniących obciążone poszycie przed lokalną utratą stateczności) i żeber wzmocnionych (spełniających dodatkowo rolę węzłów mocujących, przenoszących siły skupione reakcji).

Z nowych elementów widocznych na zdjęciu wyróżnić wypada: osłonę silnika tylnego, centropłat usterzenia poziomego oraz zewnętrzną część kołnierzy mocujących statecznika pionowego. Obrys osłony silnika celowo został wydłużony poniżej kadłuba, tak aby zapewnić dodatkowy nawiew chroniący elektryczny napęd tylny przed ryzykiem zbytniego przegrzania. Centropłat posiada cięciwę znacznie większą od cięciwy samego usterzenia – wynika to m.in. stąd, że (jak już nam wiadomo) usterzenie poziome będzie pływające, centropłat mieści zatem w sobie odpowiedni napęd, stanowi on również podstawę mocowania gondoli spadochronu ratunkowego oraz tylnego światła pozycyjnego (światło stroboskopowe). Kołnierze mocujące statecznika pionowego opracowane zostały tak aby zapewnić możliwie korzystną dystrybucję naprężeń w spoinie pomiędzy kołnierzem a statecznikiem właściwym oraz aby zminimalizować szkodliwy wpływ skokowej zmiany grubości tej partii poszycia. Ponadto niewykluczonym jest, że w wersji rozwojowej kołnierze nie będą doklejane, lecz sporządzone zostaną od razu jako niepodzielna całość z resztą statecznika, gdyż zaprojektowany został w tym celu osobny foremnik (obecnie zarówno statecznik poziomy i pionowy laminowany jest w oparciu o jedno UNIWERSALNE OPRZYRZĄDOWANIE, co wynikło z chęci obniżenia kosztów i nakładów pracy).

Oprócz elementów widocznych na zdjęciu wykonane zostały foremniki zbiorników paliwowych: głównego i pomocniczego. Zbiorniki te obwarowane są wymiarami kadłuba (zbiornik pomocniczy) i gondoli ładunkowej (zbiornik główny) mają ponadto dość złożony kształt, stąd też niemożliwe było zastosowanie zbiorników dostępnych na rynku. Ponieważ zbiorniki – jak cały samolot – wykonane będą z laminatu należało nie tylko zapewnić im właściwą odporność „chemiczną”, lecz i zabezpieczyć przed niebezpiecznym gromadzeniem ładunków elektrostatycznych: zagadnienia te zostały już teoretycznie rozwiązane...

Naziemne wskazania poziomu benzyny realizowane będą w sposób najprostszy z możliwych a przy tym bezpieczny – pozbawiony potencjalnie zawodnych elementów mechanicznych – poprzez odpowiednie poprowadzenie przezroczystych wężów paliwowych (w oparciu o zasadę naczyń połączonych).  

Kontynuując ten wątek dodam jeszcze, że rozpatrywany jest wariant samolotu wyposażonego w główny ZBIORNIK INTEGRALNY, na co pozwala odpowiedni podział przestrzeni gondoli ładunkowej, jak i „plastyczność” projektu płatowca wynikająca z przyjętej filozofii pracy. W przypadku tym wewnętrzna część struktury gondoli wymagałaby pokrycia odpowiednią powłoką ochronną, zabezpieczającą kompozyt przed szkodliwym działaniem benzyny.                

* * * 

Uniwersalność samolotu bezzałogowego I-014 „Kermit” (o której pisałem już we wcześniejszych artykułach cyklu) uzupełniają dodatkowo zamieszczone wraz z tekstem rysunki. Prezentują one gondolę wyposażoną w zasobnik desantowy o masie 30 [kg], korzystną aerodynamicznie owiewkę gondoli stosowaną w przypadku gdy wyposażenie ma charakter stały oraz specjalny (elektryczny) MODUŁ PIONOWEGO STARTU, stanowiący dopełnienie całości SYSTEMU. O ile dwa pierwsze zagadnienia są dość oczywiste o tyle sprawa modułu pionowego startu wymaga osobnego omówienia. Należy przy tym zaznaczyć, że zaprezentowana na rysunku lokalizacja dwóch otunelowanych śmigieł wielołopatowych ma charakter wstępny, gdyż niewykluczone, że napędy te umiejscowione zostaną na końcówkach płata (niezakłócony przebieg rozkładu współczynnika siły nośnej w nasadowych partiach skrzydeł, okupiony jednak większym poprzecznym momentem bezwładności płatowca). Bez względu na przyjętą finalnie lokalizację śmigieł otunelowanych dopełnieniem ich będzie znany nam już wychylny (dziobowy) silnik spalinowy. Napęd ten zapewni odpowiednią sterowność całego układu, uzupełniając siłę ciągu samego modułu, niezbędną do pionowego lotu wznoszącego.  

c.d.n.

19.XI.2018 

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 „KERMIT”: SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU

---część druga---

Artykuł ten jest kontynuacją artykułu z października 2018 roku, i stanowi drugą część cyklu publikacji.

Od czasu pierwszej prezentacji mego samolotu poczyniłem pewne postępy w budowie, widoczne na zdjęciach. W oparciu o foremniki wykonane na bazie sporządzonych własnoręcznie makiet, wykonałem osłonę „kabiny” oraz dziobowy dekielek gondoli ładunkowej. Wnętrze kabiny jest pojemne i zostało specjalnie wzmocnione, stanowiąc strukturę zdolną do przenoszenia pokaźnych obciążeń, zarówno od gięcia jak i od skręcania – jest to o tyle ważne, że kabina posłuży do ulokowania w niej akumulatorów zasilających elektryczny silnik tylny, ponadto ta partia kadłuba poddana jest obciążeniom pochodzącym od spalinowego silnika przedniego (zarówno masowym jak i tym związanych z jego pracą, a także z rozruchem). 

Standardowa masa ogniw zasilających to 10 [kg], przestrzeń ładunkowa pozwala jednak na to by ją zwiększyć, i to co najmniej o 50 %. Oczywistym jest, że ogniwa o tak dużej masie generować będą dalsze obciążenia, szczególnie istotne w warunkach manewrów czy podczas przyziemień. 

Sam kształt kabiny, o spłaszczonym dziobie, nie jest przypadkowy i wiąże się z kolejną cechą samolotu, o której nie pisałem wcześniej, a mianowicie z możliwością WYCHYLENIA SILNIKA PRZEDNIEGO w górę, o kąt rzędu 60 ÷ 65 stopni. Rozwiązanie to, wraz z pływającym usterzeniem poziomym (usterzenie nie tylko posiada stery wysokości, lecz również możliwość osiowego obrotu, co czyni je bardziej skutecznym), pozwoli zmniejszyć prędkość przeciągnięcia czy długość rozbiegu, tak jak to wyjaśnia osobny rysunek.

Dekielek dziobowy gondoli stanowi osłonę łoża goleni podwozia przedniego, jej układu amortyzującego, a także łoża głowicy obserwacyjnej (kamera), stanowiącej stałe wyposażenie płatowca. Dekielek został pomyślany tak aby mógł być stosowany do mniejszych gondoli, może on również stanowić ich tylne zamknięcie – oznacza to, że zarówno sam dekielek tak jak i jego foremnik są uniwersalne, co zresztą dotyczy i łoża goleni podwozia przedniego i łoża głowicy. 

* * * 

Samolocik I-014 „Kermit” może latać również bez gondoli. Umożliwia mu to, ulokowany w kadłubie, pomocniczy zbiornik paliwowy, używany zamiast zbiornika głównego mieszczącego się w górnej, centralnej części gondoli ładunkowej. Obydwa zbiorniki umieszczone są w środku ciężkości płatowca, dzięki czemu – wraz z wyczerpywaniem się paliwa w locie – poziome wyważanie płatowca nie ulega zmianie. Samolot bez gondoli mógłby służyć do przenoszenia specjalnych podwieszeń (zasobniki, bomby, pociski o największej masie) lub też pełnić funkcję NOSICIELA jakiś mniejszych dronów, wliczając w to nawet zdalnie sterowane modele szybowców!

Co do samego wyposażenia gondoli to może być ono stałe lub wymienne – zależnie od celów misji czy od przeznaczenia konkretnego egzemplarza samolotu. Wyposażeniem tym może być np. skaner geodezyjny lub opryskowa aparatura agrolotnicza, czy też inny system postulowany przez użytkownika, mieszczący się w zakresie użytkowych właściwości płatowca. 

Gondola ładunkowa w największej (widocznej na zdjęciach) odmianie może służyć także i do zrzutów, gdyż posiada w tym celu wykrój pod zasobnik desantowy o masie 30 [kg]. Wykrój ten – w przypadku gdy wyposażenie ma „charakter stały” – może zostać przysłonięty specjalną osłoną, zmniejszającą opory szkodliwe płatowca. W szczególnych przypadkach osłona ta też mogłaby być odrzucana w locie (np. osobny, ratunkowy albo planowany zrzut wrażliwej i kosztownej aparatury). 

c.d.n.           

19.X.2018

MICHAŁ IMIOŁEK

I-014 "KERMIT":  SAMOLOT BEZZAŁOGOWY WŁASNEGO PROJEKTU 

---część pierwsza---

Korzystając z możliwości internetu, licząc zaś na Państwa zainteresowanie, pragnąłbym w tym miejscu przedstawić plon mych kilkuletnich, samotnych, można by rzec „samozwańczych” poczynań lotniczych. Efektem tych prac jest samolocik I-014 „Kermit” –  projekt autorski, realizowany wyłącznie w oparciu o środki własne lub też samodzielnie zdobyte. 

W obecnym momencie samolot zbudowany jest w około 70%. Jako, że do finalizacji prac nad prototypem pozostało mi około pół roku, uznałem iż jest to właściwy czas po temu by wydobyć go wreszcie z ukrycia i przedstawić światu. W moim zamyśle artykuł ten jest więc jedynie pierwszym tekstem z serii artykułów, poświęconych temu tematowi. 

* * *      

I-014 „Kermit” to SAMOLOT BEZZAŁOGOWY, o gabarytach stosunkowo znacznych gdyż zbliżonych do gabarytów najmniejszych załogowych maszyn jednoosobowych, latających obecnie po niebie. 

Napęd samolotu jest dwusilnikowy, hybrydowy (spalinowo-elektryczny). Silnik spalinowy znajduje się w dziobie kadłuba, elektryczny zaś na jego końcu, przy czym obydwa napędy ułożone są w jednej osi (linii), co oznacza, że w przypadku awarii któregoś z silników (względnie wyczerpania źródła zasilania bądź też celowego jego wyłączenia), nie powstanie moment odchylający samolot od pierwotnej trajektorii lotu. 

Projektowy udźwig, obwarowany chęcią osiągnięcia założonych osiągów, wynosi 30 [kg], zaś masa całkowita płatowca 120 „kilo”, wliczając w to masę akumulatorów elektrycznego silnika tylnego. 

Struktura samolotu jest w praktyce niemal wyłącznie kompozytowa, z nielicznymi tylko domieszkami metali i sklejki (odpowiednio: złącza, goleń i mechanizmy podwozia przedniego oraz mniej obciążone żebra, wzmocnienia i wręgi). Samolocik powstaje z myślą o wytwórstwie seryjnym – nie zaś w jednym egzemplarzu – co oznacza, że wykonanie każdej z prototypowych części poprzedza proces sporządzenia odpowiedniego foremnika, powstałego częstokroć na bazie zbudowanej w tym celu makiety. Wykonanie oprzyrządowania produkcyjnego pochłania więc 60 ÷ 65 % pracy, czasu i pieniędzy! Na szczęście oprzyrządowanie produkcyjne sporządzamy zwykle tylko jeden raz, co oznacza, że koszty jego wykonania z czasem się amortyzują... 

* * * 

WIELOZADANIOWY, TRWAŁY, FUNKCJONALNY – taki właśnie będzie ten samolot, a przynajmniej dążę do tego aby takim był, gdyż z takiego zamysłu powstaje.

WIELOZADANIOWY, bo: 

-z uwagi na pojemną gondolę może przenosić wyposażenie stałe oraz zasobniki desantowe nie tylko o pokaźnej masie, lecz i znacznych gabarytach (z możliwością wpasowania tychże do kształtów komory ładunkowej płatowca);

-przedstawiona na rysunkach i zdjęciach gondola jest gondolą o największym „wagomiarze”: modułowość konstrukcji pozwala na instalowanie mniejszych i lżejszych gondoli lub latanie bez niej, zależnie od woli użytkownika i od charakteru prowadzonych działań;  

-samolot posiada spadochronowy system ratunkowy (umiejscowiony na „grzbiecie” zespołu usterzeń lub w dziobie płatowca) oraz sprężyste, wytrzymałe, szerokie podwozie główne: rozwiązania te sprzyjają twardym, awaryjnym lądowaniom w przygodnym terenie.

TRWAŁY, bo:

-projektowe współczynniki obciążeń dopuszczalnych wynoszą +6 i -2,7 g, samolot zdolny jest więc do znoszenia pokaźnych obciążeń, zarówno od manewrów jak i od podmuchów czy tych zachodzących podczas przyziemienia; 

-wiele elementów wzmocniono celowo, co czyni je odpornymi nie tylko pod kątem brutalnej obsługi, lecz i na wypadek mniej groźnych sytuacji awaryjnych, takich jak np. potencjalne kolizje z niewielkimi ptakami lub też lądowania w miejscach do tego nieprzystosowanych;

-kompozytowa, odpowiednio zabezpieczona konstrukcja sprawia, że samolot odporny jest na wpływ czynników atmosferycznych. Celowe zastosowanie tkanin szklanych w przeważającym ogóle struktury (dyktowane również chęcią obniżenia ceny), odznaczających się znaczną wytrzymałością zmęczeniową, w oczywisty sposób wpływa też korzystnie na wytrzymałość zmęczeniową całego płatowca.

FUNKCJONALNY,  bo:

-samolocik jest niewielki, lekki, po zdemontowaniu skrzydeł daje się on bez problemu załadować na stosunkowo niedużą naczepę, o wymiarach nieprzekraczających norm przepisów ruchu drogowego;

-samolot może zostać przygotowany do lotu nawet przez jedną osobę;

-opisane już wcześniej przymioty konstrukcji (spadochron ratunkowy, duża wytrzymałość, właściwości podwozia głównego) sprawiają, że I-014 „Kermit” może być eksploatowany w ciężkich warunkach, a zatem w sytuacjach trudnych bądź też często niemożliwych do spełnienia przez inne konstrukcje. 

c.d.n.