Автор: Гембицкий Егор
Возраст: 13 лет
Город, регион: Новый Уренгой, ЯНАО
Научный руководитель: Сердюков Андрей Иванович, учитель технологии,
муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №3»
Разработка и изготовление
прототипа транспорта будущего
– модели радиоуправляемого конвертоплана «ЯМАЛ»
Цель проекта: Создание летающей модели конвертоплана, аппарата, сочетающего в себе достоинства вертолёта (вертикальный взлёт) и самолёта (большая крейсерская скорость).
Задачи проекта:
- на основании анализа истории развития авиации рассмотреть основные примеры реализации летательных аппаратов данного типа;
- проанализировать конструкции прототипов и серийных конвертопланов;
- сконструировать летающую модель конвертоплана, используя программу трехмерного моделирования КОМПАС 3D, учитывая недостатки прототипов;
- изготовить летающую, радиоуправляемую модель конвертоплана с применением аддитивных и лазерных технологий;
- спрогнозировать дальнейшее развитие данного типа техники.
Создание подобных машин позволило бы принципиально изменить и расширить схему воздушных перевозок — для взлета и посадки конвертоплана требуются относительно компактные площадки, поэтому они смогут собирать пассажиров и грузы в небольших, отдаленных населенных пунктах, где строительство полноценного аэродрома экономически нецелесообразно, либо невозможно из-за природных условий, при этом скорость полета практически равна скорости турбовинтового самолета регионального класса, что позволит экономить топливо и сократить время работы, относительно использования для этих целей вертолета, за счет использования подъёмной силы крыла.
Конвертоплан — летательный аппарат с поворотными движителями (как, правило, винтовыми), которые на взлёте и при посадке работают как подъёмные, а в горизонтальном полёте — как тянущие; при этом подъёмная сила обеспечивается крылом самолётного типа. Обычно, двигатели поворачиваются вместе с винтами, но могут поворачиваться только винты.
Идея создания конвертоплана не так нова, как кажется. Уже в 20-30-е годы прошлого столетия авиаконструкторы развитых государств начали работу в этом направлении. В 1936 году в Московском авиационном институте (МАИ) состоялась защита проекта «Сокол» – летательного аппарата с поворотным крылом. Автору проекта удалось предсказать развитие конвертопланов за 30 лет до первого построенного образца в 1964 году, когда американскими компаниями Vouht, Ryan и Hiller был создан военно-транспортный винтокрыл ХС-142А. (Рисунок I)
В Советском Союзе с 1972 года велась разработка винтоплана Ми-30, способного перевозить до 5 тонн груза и 32 пассажира. Планировалось создать и боевую модель. Винтоплан был включен в программу вооружения страны на 1986-1995 годы, но задумке было не суждено воплотиться в жизнь. (Рисунок II)
Одним из наиболее интересных летательных аппаратов, не имеющих аналогов в других странах, является американский конвертоплан V-22 «Оспри». Его разработка заняла 25 лет, министерство обороны США затратило на программу 20 млрд. долл. и, как ожидается, затратит еще 35 млрд. долл. Стоимость одного серийного аппарата оценивается в 110-120 млн. долл. (Рисунок III, Рисунок IV) Применение у летательного аппарата сугубо военное, но в ближайшем будущем начнется производство гражданского и более легкого конвертоплана AgustaWestland (Августа Вест ланд) AW609 (Рисунок V).
AW609 также будет разгонятся до 510 км/ч, но вместе 24 десантников будет везти 9 пассажиров и 2,5 тонн груза. Проанализировав прототипы конвертопланов и серийные образцы, их преимущества и недостатки, была выбрана компоновочная схема будущей модели – четырёх двигательный конвертоплан с развитой площадью крыла и оперения. Прототипом послужил Curtiss-Wright (Кёртис Врайт) X-19 — исследовательский конвертоплан (Рисунок VI). Такая схема даёт преимущество в обеих режимах полёта, в вертолётном – лёгкость балансировки аппарата в горизонтальной плоскости, в самолётном режиме – высокая скорость и грузоподъемность.
Выбрав схему конвертоплана, мною была разработана модель в программе САПР Компас 3D. (Рисунок VII, Рисунок VIII) Создание модели в системе трехмерного моделирования, позволило применять для изготовления деталей аддитивные и лазерные технологии. Модель конвертоплана была преобразована в формат DXF - открытый формат файлов для обмена графической информацией между приложениями САПР (Рисунок IX) , и при помощи программы RDWorksV8 создан лист резки материала для использования на лазерном гравере. (Рисунок X) Фюзеляж, крылья и оперение выполнены из пенополистирола толщиной 5 мм. (подложка под ламинат). Это не дорогой, доступный материал, отличается малым весом и достаточной прочностью в собранной конструкции. Резка выполнялась на лазерном гравере (Рисунок XI, Рисунок XII)
Аддитивные технологии - послойное наращивание и синтез объектов. Внутренние механизмы и детали были нарисованы в программе Компас 3D и распечатаны на 3D принтере Picaso Designer Pro, что позволило значительно сократить время создания модели (Рисунок XIII, Рисунок XIV, Рисунок XV)
После изготовления всех деталей, приступил к сборке и настройке конвертоплана.(Рисунок XVI, Рисунок XVII, Рисунок XVIII). Модель управляется посредством радиосигнала, используемая электроника и материалы доступны и не дороги. Данную модель возможно использовать в качестве экспериментальной, для исследований поведения в воздухе летательных аппаратов такого типа.
Создание подобных машин позволило бы принципиально изменить и расширить схему воздушных перевозок — для взлета и посадки конвертоплана требуются относительно компактные площадки, поэтому они смогут собирать пассажиров и грузы в небольших, отдаленных населенных пунктах, где строительство полноценного аэродрома экономически нецелесообразно, либо невозможно из-за природных условий, при этом скорость полета практически равна скорости турбовинтового самолета , что позволит экономить топливо и сократить время работы, относительно использования для этих целей вертолета, за счет использования подъёмной силы крыла.. При таком подходе конвертопланы не вытеснят обычные реактивные и турбореактивные самолеты (в том числе и региональные), но станут ценным дополнением к ним.
Этапы работы
|
Используемые технологии
|
Результат
|
Анализ истории развития конвертопланов
|
Исследование
|
Изучено: Компоновочные схемы летательных аппаратов, перспективы развития конвертопланов
|
Разработка модели в программе Компас 3D
|
Трёхмерное компьютерное моделирование
|
Создана трехмерная модель конвертоплана с учетом преимуществ и недостатков прототипов, разработаны детали и внутренние механизмы
|
Изготовление деталей планера
|
Лазерные технологии
|
Изготовлены детали фюзеляжа, крыльев, оперения, изучена программа лазерной резки и принципы работы лазерного гравера
|
Изготовление внутренних деталей и механизмов
|
Аддитивные технологии
|
Изготовлены внутренние детали и механизмы модели методом 3D печати, изучены принципы прототипирования и работы в программе слайсере Polygon X и работа с 3D принтером
|
Сборка и настройка модели
|
Конструирование, прототипирование
|
Собрана модель конвертоплана, изучена строительная механика летательных аппаратов, работа с материалами и инструментом, принципы настройки радиоуправления, и летающих моделей
|
Список использованных источников
- https://www.google.ru/search?q=конвертоплан
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Конвертоплан
- http://old.mirf.ru/Articles/art5303.htm
- https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/2444/конвертоплан
- https://edu.ascon.ru/main/schools/
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Лазерная резка
- https://old.sk.ru/news/b/press/archive/2019/09/18/additivnye-tehnologii-_1320_-chto-eto-takoe-i-gde-primenyayutsya.aspx
- https://picaso-3d.ru/ru/
|