Реактивные модели самолетов

Многие конструкторы авиадвигателей были уверены, что построить настоящий турбореактивный двигатель для авиамоделей невозможно даже теоретически. Тем не менее такие двигатели не только существуют, но и летают более десяти лет.

Новейший сверхманевренный МиГ-29ОВТ застыл на взлетной полосе, слегка шевеля соплами двигателей с отклоняемым вектором тяги. Затем раздался свист турбин, и, присев, самолет начал стремительный разбег по взлетной полосе военного аэродрома. Взлет — и он свечой ушел в небо, после чего на глазах восхищенных зрителей начал крутить фигуры высшего пилотажа: кобру Пугачева, колокол, двойной кульбит и другие, названия которым даже еще не придуманы. Выполнив программу, истребитель зашел на посадку и плавно подкатил к лучшему шоу-пилоту Италии Себастьяно Сильвестре. Лишь тут стало видно, что МиГ хвостовым оперением едва достает пилоту до пояса.

Пионеры с огнетушителями
Запуск первых модельных турбореактивных двигателей, рассказывает нам пионер этой техники в России Виталий Робертус, напоминал небольшой подвиг. Для запуска была строго необходима команда из четырех человек. Они обступали модель самолета, первый — держа в руках водолазный баллон со сжатым воздухом, второй — баллон с бытовым газом, третий — огнетушитель побольше, а четвертый, с пультом управления, был собственно пилотом. Последовательность запуска была следующей. Сначала сжатым воздухом дули на крыльчатку компрессора, раскручивая его до 3000 оборотов в минуту. Потом подавали газ и поджигали его, пытаясь получить устойчивое горение в камерах сгорания. После этого надо было умудриться переключиться на подачу керосина. Вероятность благополучного исхода была крайне мала. Как правило, в половине случаев случался пожар, вовремя не срабатывал огнетушитель, и от турбореактивной модели оставались одни головешки. Бороться с этим на первоначальном этапе пытались простыми методами — увеличив команду запуска еще на одного человека с дополнительным огнетушителем. Как правило, после просмотра видеозаписей таких подвигов энтузиазм потенциальных турбореактивных моделистов быстро испарялся.

Отец модельного ТРД
Рождению модельных турбореактивных авиадвигателей, как, впрочем, и полноразмерных, мы обязаны германским инженерам. Отцом микротурбин принято считать Курта Шреклинга, создавшего простой, технологичный и дешевый в производстве двигатель еще лет двадцать назад. Примечательно, что он в деталях повторял первый немецкий турбореактивный двигатель HeS 3, созданный Пабстом фон Охайном в далеком 1939 году (см. статью на стр. 46). Одноконтурный центробежный компрессор, посаженный на один вал с одноконтурной же турбиной. Конструкция была сколь простой, столь и выдающейся. Шреклинг выбрал центробежный компрессор из-за простоты реализации и меньших требований по допускам — он обеспечивал вполне достаточное увеличение давления в 2,4−2,7 раза.

Крыльчатку компрессора Шреклинг делал из дерева (!), усиленного углеволокном. Самодельное колесо турбины было изготовлено из 2,5-миллиметровой жести. Настоящим инженерным откровением была камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длиной примерно в 1 м подавалось топливо. При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм двигатель весил 700 г и выдавал тягу в 30 Н! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире, потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с. Во все это верится с трудом — один человек в одиночку проделал путь, который на полстолетия раньше не могли осилить государства. Тем не менее двигатель Шреклинга был создан, на нем летали модели самолетов, и по лицензии производство наборов для самостоятельной сборки наладили несколько стран. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Schneider-Sanchez.

Первыми полностью собранными серийными авиамодельными турбинами были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Удовольствие было недешевым, одна «София» стоила в 1995 году $5800. И надо было обладать очень весомыми аргументами, чтобы доказать супруге, что турбина намного важнее, чем новая кухня, и что старое семейное авто вполне может протянуть еще пару лет, а вот с турбиной для самолетика ждать ну никак нельзя.

Почти космический корабль
Вторую революцию в мини-турбиностроении произвела немецкая компания JetCat. «Году в 2001-м в каком-то западном авиамодельном магазине мне в руки попался каталог Graupner, — вспоминает Виталий Робертус, — в нем я наткнулся на описание JetCat P-80 — турбины с автоматическим запуском. ‘Щелкните выключателем на передатчике, через 45 секунд турбина сама раскрутится, заведется и передаст управление на передатчик', уверял каталог. В общем, не поверив, но набрав необходимые $2500, я вернулся в Россию счастливым обладателем первого в стране модельного турбореактивного двигателя. Был счастлив несказанно, будто купил собственный космический корабль! Но самое главное — каталог не врал! Турбина действительно запускалась единственной кнопкой».

Умная турбина

Главное ноу-хау немецкой компании — электронный блок управления турбиной, разработанный Херстом Ленерцем. Как же работает современная авиационная турбина?

JetCat добавила к уже стандартной турбине Шреклинга электрический стартер, датчик температуры, оптический датчик оборотов, насос-регулятор и электронные «мозги», которые заставили все это вместе работать. После подачи команды на запуск первым включается электрический стартер, который и раскручивает турбину до 5000 оборотов. Далее через шесть форсунок (тоненькие стальные трубочки диаметром 0,7 мм) в камеру сгорания начинает поступать газовая смесь (35% пропана и 65% бутана), которая поджигается обычной авиамодельной калильной свечой. После появления устойчивого фронта горения в форсунки одновременно с газом начинает подаваться керосин. По достижении 45 000−55 000 оборотов в минуту двигатель переходит только на керосин. Затем опускается на малые (холостые) обороты (33 000−35 000). На пульте загорается зеленая лампочка — это означает, что бортовая электроника передала управление турбиной на пульт радиоуправления. Все. Можно взлетать.

Последний писк микротурбинной моды - замена авиамодельной калильной свечи на специальное устройство, распыляющее керосин, который, в свою очередь, воспламеняет раскаленная спираль. Подобная схема позволяет и вовсе отказаться от газа при старте. У такого двигателя два недостатка: увеличение цены и потребления электроэнергии. Для сравнения: керосиновый старт потребляет 700−800 мАч аккумулятора, а газовый — 300−400 мАч. А на борту самолета, как правило, стоит литий-полимерный аккумулятор емкостью в 4300 мАч. Если использовать газовый старт, то перезаряжать его в течение дня полетов не потребуется. А вот в «керосиновом» случае придется.

Внутренности
Реактивные самолеты стоят особняком в мире авиамоделизма, федерация реактивной авиации даже не входит в FAI. Причин много: и сами пилоты помоложе, и «входной билет» подороже, и скорости повыше, и самолеты посложнее. Турбинные самолеты маленькими не бывают — 2−2,5 м в длину. Турбореактивные двигатели позволяют развивать скорость от 40 до 350 км/ч. Можно и быстрее, но тогда непонятно, как управлять. Обычная скорость пилотирования составляет 200−250 км/ч. Взлет осуществляется на скорости 70−80 км/ч, посадка — 60−70 км/ч.

Такие скорости диктуют совершенно особые требования по прочности — большинство элементов конструкции в 3−4 раза прочнее, чем в поршневой авиации. Ведь нагрузка растет пропорционально квадрату скорости. В реактивной авиации разрушение неправильно рассчитанной модели прямо в воздухе — вполне обычное явление. Огромные нагрузки диктуют и специфические требования к рулевым машинкам: начиная от силы в 12−15 кгс до 25 кгс на щитках и закрылках.

Механизация самолета — отдельный разговор. Без механизации крыла скорость при посадке может составить 120−150 км/ч, что почти наверняка грозит потерей самолета. Поэтому реактивные самолеты оборудуют как минимум закрылками. Как правило, есть воздушный тормоз. На наиболее сложных моделях устанавливают и предкрылки, которые работают как при взлете-посадке, так и в полете. Шасси — разумеется, убирающееся — снабжается дисковыми или барабанными тормозами. Иногда на самолеты ставят тормозные парашюты.

Все это требует множества сервомашинок, которые потребляют массу электроэнергии. Сбой в питании почти наверняка приводит к катастрофе модели. Поэтому вся электропроводка на борту дублируется, дублируются и источники питания: их, как правило, два по 3−4 А. Плюс — отдельный аккумулятор для запуска двигателей.

Кстати, причиной гибели легендарной гигантской реактивной восьмимоторной копии B-52 были как раз неполадки электроники в полете. Десятки метров проводов внутри самолета начинают влиять друг на друга и вызывать паразитные наводки — полностью избежать их в такой сложной модели не удается.

Даже целая батарея сервомашинок не решает все самолетные проблемы: щитки, шасси, створки шасси и другие сервисные механизмы снабжены электронными клапанами, секвенсерами и пневмоприводами, которые запитываются от бортового баллона со сжатым воздухом в 6−8 атмосфер. Как правило, полной зарядки хватает на 5−6 выпусков шасси в воздухе.

На очень сложных и тяжелых моделях пневматика уже не работает — не хватает давления воздуха. На них применяют гидравлические тормозные системы и системы уборки шасси. Для этого на борту устанавливается небольшой насос, поддерживающий постоянное давление в системе. С чем так пока и не могут справиться моделисты, так это с постоянным подтеканием миниатюрных гидравлических систем.

Из коробки
Реактивные авиамодели — хобби не для начинающих и даже не для продвинутых авиамоделистов, а для профессионалов. Слишком велика цена ошибки, слишком трудно ее не совершить. Виталий, например, за пять лет разбил десять моделей. А ведь он серебряный призер чемпионата мира!

Самостоятельное изготовление готовой модели — дело дорогое, долгое (около трех лет) и кропотливое. Это практически изготовление настоящего самолета: с чертежами, аэродинамическими трубами и экспериментальными прототипами. Как правило, делают копии хорошо летавших «взрослых» самолетов в масштабе от 1:4 до 1:9, тут главное — уложиться в конечный размер от двух до трех метров. Простая копия летать будет плохо, если вообще будет летать — в аэродинамике простое масштабирование не работает. Поэтому, сохраняя пропорции, полностью пересчитывают профили крыла, рулевые поверхности, воздухозаборники и т. д. — недаром многие из реактивных моделистов заканчивали Московский авиационный институт. Но даже тщательный расчет не спасает от ошибок — требуется разбить от трех до пяти прототипов, прежде чем модель будет «вылизана». Первый прототип теряют, как правило, из-за проблем с центровкой, второй — с рулевыми поверхностями, прочностью и т. д.

Впрочем, большинство авиамоделистов собирают модели не для того, чтобы их строить, а для того, чтобы летать. Поэтому очень удачные модели тиражируются на современных заводах и продаются в качестве наборов для самостоятельной сборки. Самый авторитетный производитель — немецкая компания Composite-ARF, на заводе которой корпуса и крылья изготавливают на самом настоящем конвейере с немецким же качеством. В тройку лидеров также входят германо-венгерский AIRWORLD и американский BVM Jets. Сделанные из самых современных материалов — стекло- и углепластика, — наборы для изготовления турбореактивных самолетов по стоимости на порядок отличаются от аналогичных наборов для поршневого авиамоделизма: цены стартуют от Є2000. При этом, чтобы из набора сделать летающую модель, надо затратить огромное количество сил — новичкам это просто не под силу. Но оно и понятно — это же самый настоящий современный самолет. На соревнованиях, например, уже никого не удивишь моделями с двигателями с отклоняемыми векторами тяги. В отличие, увы, от строевых воинских частей, где таких самолетов днем с огнем не сыщешь.

Наши чемпионы
Реактивные авиамоделисты — это особая всемирная тусовка. Их главная организация, Международный комитет по реактивным моделям IJMC, раз в два года устраивает главное реактивное шоу — чемпионат мира. Впервые российская команда RUSJET принимала в нем участие в 2003 году в Южной Африке (50 участников). Потом была Венгрия-2005 (73 участника) и в этом году Северная Ирландия (100 участников).

IJMC, пожалуй, самая неформальная модельная ассоциация — кстати, не имеющая ничего общего с поршнево-планерной FAI. Попытка объединиться была, но после встречи стороны расстались без сожалений. «Реактивный комитет» более молодой и амбициозный, делает основной упор на шоу, «старенький» FAI — приверженец классики. Собственно, поэтому соревнования IJMC собирают свыше ста участников, а в некоторых древних дисциплинах FAI выступает пяток спортсменов. Но оставим разногласия федерациям, а сами вернемся к реактивной авиации.

Наиболее эффектный чемпионат мира по радиоуправляемым моделям-копиям проходит в два этапа, на каждом из них участник набирает 50% очков. Первый — это стендовая оценка модели, где судьи дотошно оценивают соответствие оригиналу, сравнивая выставленную модель с чертежами и фотографиями. Кстати, на последнем чемпионате мира, проходившем в Северной Ирландии с 3 по 15 июля 2007 года, наша команда RUSJET с копией BAe HAWK TMk1A 208 SQUADRON RAF Valley 2006 Display Team (таково полное название) на стенде набрала наибольшее количество очков. Но все, конечно, решают полеты. Каждый участник выполняет три зачетных полета, из которых два лучших идут в итоговый зачет. Не каждый самолет доживает до итогового зачета. В Африке разбились восемь моделей, в Венгрии — четыре, на нынешнем чемпионате — две. Кстати, RUSJET на своих первых двух чемпионатах потеряла модели как раз в катастрофах. Тем более значительным выглядит наше второе место в чемпионате мира этого года, где российским пилотам удалось перелетать немцев — непререкаемых авторитетов в малой реактивной авиации. «Это все равно что на ‘Формуле-1' объехать Шумахера», — говорит пилот RUSJET Виталий Робертус.

Ну что, понравилось? А ведь еще существуют турбовинтовые модели самолетов и турбореактивные вертолеты. Не верите? Я сам видел.

Какой авиамоделист не мечтает построить реактивный истребитель?
Существует несколько типов турбореактивных авиамоделей. Входной билет в элиту авиамодельного спорта стоит около 2000 евро (1600 — самый простой двигатель, 250 — простейшая модель-тренер, 150 — простенькая электроника и сервомашинки). Только вот на этом этапе никто не останавливается.

Однодвигательные
Самый распространенный тип реактивных моделей. Чаще всего встречаются копии МиГ-15, F-5E, F-16. МиГ-21, Albatros, BAE Hawk. Именно на копии Hawk наша команда RUSJET завоевала серебро Чемпионата мира 2007.

Двухдвигательные
Несколько лет назад многие двухдвигательные копии на самом деле имели один двигатель из-за дороговизны турбин и сложностей с запуском. Сейчас от этой практики отказались. Самые распространенные двухдвигательные копии — F-15, F-18, Me-262, Су-27 и, конечно, МиГ-29.

Многодвигательные
Чрезвычайно дорогой класс реактивного авиамоделизма. Как правило, такие модели строятся на деньги компаний-спонсоров и участвуют в различных шоу. Наиболее известны копии восьмидвигательного В-52, четырехдвигательных Airbus A-380, A-340 и легендарного Boeing 747.

Турбореактивные
Существует менее эффектный, но не менее сложный класс турбовинтовых моделей-копий. На них ставят, как правило, вертолетные турбореактивные модельные двигатели. Чаще встречаются копии спортивных пилотажных самолетов. Из-за малочисленности жанра назвать какие-то хиты затруднительно.