Опытный планер Hütter H 30 TS. Германия
Опытный планер Hütter H 30 TS. Германия
Данный винтажный материал был переведен уважаемым коллегой NF и доработан мной. Перевод был выполнен в мае 2016 года.
Содержание:
Предисловие
В 1959 году по инициативе господина Эрвина Алльгайер (Erwin Allgaier) был построен один планер типа Hütter H 30 с новым профилем крыла и в форме, пригодной для серийного производства. К этому времени (май 1959 года) на проходившей в Ганновере выставке компания BMW продемонстрировала малогабаритную газовую турбину BMW 6011 мощностью 65 л.с., которую предполагалось использовать на легких летательных аппаратах в качестве вспомогательной силовой установки.
Компания BMW предложила устанавливать этот турбореактивный двигатель на моторных планерах. Первый вариант этой силовой установки на уровне моря должен был развивать взлетную тягу величиной в 35 кг в течение 5 минут. Вес турбины без стартера и системы зажигания по состоянию на 26 мая 1959 года был равен 40 кг. Данные показатели считались недостаточными для увеличения летных характеристик и в дальнейшем предполагалось снизить вес этого двигателя.
Первоначальный проект планера типа Н 30 было решено доработать, увеличив размах крыла с 13,6 метров до 15 метров, что при увеличившемся взлетном весе позволяло сохранить в допустимых пределах удельную нагрузку на крыло и его относительное удлинение.
Кроме того крыло планера, получившего новое обозначение H 30 TS, имело размах 15 метров и находилось в диапазоне габаритных размеров так называемого «стандартного планера» (Standardsegelflugzeug).
Решающим отличием конструкции нового планера от конструкции планера Hütter H 30 образца 1948 года являлось изменение профиля крыла, обводов фюзеляжа и наличия на планере силовой установки. В отличие от более раннего варианта, в котором крыло изготавливалось с использованием инвертированной формы, в новом варианте было решено использовать от внутренней стороны к внешней, что должно было принести экономию при серийном производстве.
Риск изготовления крыла был в основном связан только с одним: будет ли вновь разработанный профиль H 300 соответствовать ожидаемому результату. Проведенные позднее замеры крыла подтвердили ранние оптимистичные ожидания. (Рис. 1).
Рис. 1 Поляры профиля крыла
Еще одним отличием от раннего планера Н 30 был отказ от тормозного парашюта. Парашют на моторном планере можно было бы использовать и его полный раскрыв не имел бы никаких проблем, но слишком много трудностей вызывало управление его раскрывом и рифованием (Reffen), т.е. уменьшением площади.
Таким образом, на планере предполагалось использовать тормозные щитки планера Hütter SH (журнал «Flugsport» за 1939 года). Тормозные щитки предполагалось установить примерно на 80 % длины хорды крыла. Вследствие значительного резерва приемлемой конструктивной высоты и размещения данных посадочных щитков на большей части размаха крыла при посадке достигалось значительное снижение скорости захода на посадку. Этот резерв выбирался с учетом непрерывного потока по большей части длины хорды крыла.
В целом обводы фюзеляжа соответствовали фюзеляжу планера Н 30, и только в месте расположения корневых частей консолей крыла следовало внести необходимые небольшие изменения, вызванные необходимостью размещения силовой установки.
1 Крыло
При изготовлении крыла с ламинарным профилем самое большое внимание следовало обращать на обеспечение требуемого качества обработки поверхности (шероховатость не более 2 мм) и сохранение ламинарного потока воздуха у поверхности крыла. Для этого при изготовлении крыла требовалась применение инвертированной формы.
a) Изготовление инвертированной формы
Приведенные ниже рисунки описывают процесс изготовления инвертированной формы крыла.
В первую очередь изготавливалась модель крыла. Это должна быть очень точная модель, для чего следует использовать шпаклевку, шлифовальные и полировальные приспособления, благодаря которым получается основа формы.
Для моторного планера H 30 TS по металлическим трафаретам изготавливали деревянную модель. (Рис. 2; в журнале данный рисунок отсутствует). После того как удавалось добиться желаемой формы, модель обрабатывали шпаклевкой, шлифовали, лакировали и снова шлифовали до тех пор, пока не удавалось получить необходимое качество поверхности.
Затем модель покрывали тонким слоем воска, предотвращавшего склеивание и опять полировали. Такими операциями создатели модели добивались того, чтобы после изготовления крыла форма крыла вновь могла быть использована по назначению.
Выровненная по уровню модель укладывалась на горизонтальной поверхности на подпорках; плоскость соприкасания двух половинок формы так же располагалась горизонтально. У передней и задней кромок крыла располагалась шина, поверхность которой так же обрабатывалась воском. В просверленные на расстоянии примерно 2 метра друг от друга отверстия вставлялись центрирующие втулки .(Рис. 3).
Рис. 3 Изготовление формы крыла; первый этап
Сначала на форму наносился слой смолы с соответствующим наполнителем, обеспечивавший позднее хорошее качество внешней поверхности (Рис. 4).
Затем наносился слой стеклопластика, позволявший получить желобообразную форму верхней стороны крыла. Изнутри слой был гладким, снаружи грубее. Кронштейн для крепления шарнирных защелок был покрыт слоем смолы (Рис. 5).
Рис. 4 Нанесение первого слоя смолы
Рис. 5 Изготовление формы; второй этап
Предварительно подготовленный каркас из стальных труб служил для обеспечения жесткости форме оболочки при изготовления верхней секции монококового крыла. Соединение обеспечивалось при помощи пластика с заполнителем и полосами из стекловолокна (Рис. 6).
Рис. 6 Изготовление формы; третий этап. Придание жесткости верхней секции при помощи каркаса из стальных труб
Изготовленная верхняя секция крыла вынималась из формы и крепилась на модели. Доработка нижней стороны модели была необходима, так как при изготовлении возможны некоторые повреждения поверхности. Так же обрабатывались поверхности, которые при сборке должны были соединяться с другими элементами конструкциями. Размещение центрирующих втулок и нанесение ламината для формы нижней секции крыла были сходны с процессом изготовления верхней секции крыла. Затем крепился каркас из стальных труб для нижней секции (Рис. 7). Таким образом, форма крыла была готова.
Рис. 7 Сборка формы. 4-я ступень
Нижняя часть формы вынимается, переворачивается и располагается горизонтально. Модель вынимается из верхней секции, после чего удаляются остатки разделительного материала и затем обрабатывается склонная к повреждениям верхняя поверхность формы.
Изменения, отличные от ранее использовавшегося метода изготовления формы крыла для планера H 30 TS, заключалась в возможности подогрева формы, в результате чего смола быстрее становилась твердой; кроме того удавалось добиться лучшей термостойкости крыла. Именно в то время различными авторитетными органами была высказана озабоченность относительно возможности различного по величине нагрева поверхностей (и даже на белой поверхности) верхней части крыла, который снизит прочность изготовленных из пластика элементов конструкции.
В конструкции крыла был предусмотрен промежуточный пористый слой, предназначенный для передачи горячей воды или пара для отопления или холодной воды или воздуха для охлаждения. На практике было установлено, что такое решение не являлось сильно необходимым.
На рис. 8 показана закрытая форма для изготовления крыла планера H 30 TS.
Рис. 8 Обогреваемая форма для изготовления крыла планера H 30 TS
b) Изготовление крыла
В данном разделе будет описан процесс изготовления крыла.
Сначала поверхность формы обрабатывали воском и полировали. В районе передней кромки, где между собой соединялись внахлест верхняя и нижняя секции крыла, места соединений склеивались между собой в толстые полосы.
В местах, где должны были располагаться тормозные щитки, также наклеивались толстые клейкие полосы (Рис. 9).
Рис. 9 Конструкция крыла (поперечное сечение)
Надписи на крыло наносились в зеркальном отображении и состояли из пластика с добавкой соответствующего красителя. После нанесения перового слоя синтетической смолы посредством кисти добавлялся диоксид титана, придававший желательный белый цвет.
После того как первый слой слегка подсыхал, поверх него наносился первый слой стеклоткани. Этот слой стеклоткани при помощи кисти тщательно промакивался и пропитывался смолой. В результате ткань лежала равномерно и без пузырьков с воздухом.
Затем, там где это было необходимо, подобным же образом наносился второй слой.
Затем в крыло вставлялся лонжерон. Пояса лонжерона состояли из склеенных между собой при температуре 90° эпоксидной смолы аральдит и листов дюралюминия толщиной 0,8 мм каждый. Полученный пакет обматывали тонким слоем стеклопластика.
Затем укладывался заранее подготовленный промежуточный слой из бальзы, после чего для завершения сэндвич-панели добавлялся внутренний слой из ламината.
Для того чтобы слои, состоящие из бальзы и дюраля, соединялись с внешним слоем, между ними укладывался слой пленки. Затем укладывались слой грубого материала, предотвращавший проникновение воздуха, и слой более прочной полимерной пленки. Полимерная пленка наклеивалась на поверхности в корневых частях консолей крыла и на законцовках крыльев и ее листы герметично скреплялись друг с другом (Рис. 10).
Рис. 10 Сжатие обшивки крыла при помощи откачивания воздуха
Через воздушные клапаны, расположенные в слое пленки, откачивался остававшийся в полостях воздух и в итоге прижимающая сила была выше давления наружного воздуха на 0,5-0,6 кгс/см². Сжимающая сила должна была выдерживаться до тех пор, пока смола не затвердеет. Затем после уборки вакуумного устройства для горячего прессования на внутреннюю поверхность наносился слой стеклоткани. Далее крепились присоединительные элементы и хвостовые части нервюр, усиленная передней кромки крыла, поперечины с крепежными уголками и усиления с подшипниками для криволинейных (бесщелевых) закрылков и элеронов. Также на крыле приклеивались или монтировались различные сохраненные/законсервированные исполнительные элементы.
Рис. 11 Нижняя часть обшивки крыла с установленными на нее элементами конструкции
Соответствующим образом изготавливалась и верхняя часть крыла. Отличие было в отсутствии обеих нервюр и исполнительных механизмов, которые уже были установлены на нижней секции крыла.
Затем верхняя и нижняя секции крыла скрепляются меду собой. Первоначально слой смолы на линии разъема не наносится, поскольку необходимо убедиться в том, что обе половинки крыла хорошо подходят друг к другу. В случае выявления каких-либо недостатков производится доработка частей крыла.
Рис. 14 Сборка крыла
Соединение верхней и нижней частей крыла при помощи перекрытия передней кромки крыла
Затем на линии разъема обеих частей крыла (передняя кромка крыла, торцевые поверхности и шитки) наносится слой смолы и обе части при помощи зажимов и коленчатого рычага прочно прижимаются друг к другу и удерживаются в течение времени необходимого для затвердевания смолы. Когда схватывания достигнуто, крыло вынимается из формы, после чего на переднюю часть крыла и на торцевые части крыла устанавливаются накладки.
2 Силовая установка
Первоначально на планер устанавливался турбореактивный двигатель BMW 8025. Его внешний вид, характеристики и размеры приведены на Рис. 17 и 18. Хотя диаметр двигателя составлял 450 мм и был достаточно велик (ширина фюзеляжа составляла 520 мм), установка двигателя на планер не создавала каких-либо особых проблем.
Рис. 17 Малый турбореактивный двигатель BMW 6011 (8025)
Для прокладки шедших к хвостовому оперению передаточных элементов системы управления было необходимо изменить расположение некоторых из них в связи с размещением силовой установки.
Более совершенный малый турбореактивный двигатель BMW 8026 (Рис. 19) при меньших размерах и собственном весе развивал большую тягу. Тяга двигателя и расход топлива зависели от скорости полета. На рис. 20 эти параметры указаны в зависимости от высоты полета.
Двигатель с изолирующими его от фюзеляжа элементами PTFA неподвижно крепился на прочном шпангоуте сразу же позади центра тяжести планера.
Рис. 18 Турбореактивный двигатель BMW 8025. Вид слева
Рис. 19 Турбореактивный двигатель BMW 8026
Рис. 20 Развиваемая тяга и расход топлива турбореактивного двигателя BMW 8026
Продольная ось двигателя была наклонена вниз под углом 22°. Сопло двигателя изогнуто и расположено с наклоном назад вниз под углом 6° относительно продольной оси.
Кабина пилота и топливный бак были отделены от двигателя противопожарной перегородкой.
Подача воздуха к двигателю для сжигания в нем топлива и для охлаждения двигателя осуществляется через воздухозаборник, расположенный на верхней части фюзеляжа за фонарем кабины. Высокорасположенный воздухозаборник должен был устранить опасность попадания в него посторонних предметов при взлетах и посадках. Двигатель, установленный в отсеке фюзеляжа закрыт моторным капотом изготовленным из легкого металла. Демонтаж и установка на самолет двигателя осуществлялись через большое отверстие в верхней части фюзеляжа (Рис. 21), покрытое кожухом из легких металлов, и не представляли сложностей.
Запуск двигателя осуществляется при помощи стартера компании Bosch, питаемого то установленной на борту аккумуляторной батареи. Кроме этого на боковой стенке фюзеляжа был расположен электрический штекер, используя который можно запускать двигатель от постороннего источника питания. Находившийся на борту аккумулятор мог использоваться при запуске двигателя в воздухе или при нахождении самолета на чужих аэродромах. 12-ти вольтовой батареи емкостью в 8 ампер-часов было достаточно для шести запусков двигателя в течении дня.
При запуске двигателя турбина набирала необходимые для взлета обороты от 0 до 46000 об/мин в течение 30-40 секунд.
Стартер раскручивал турбину только до 6000 об/мин, далее турбина самостоятельно набирала обороты до режима полной мощности. Двигатель имел автоматические регуляторы оборотов и температуры (Рис. 22-25).
Рис. 22 Двигатель BMW 8025 и H 30 TS во время проведения статических испытаний двигателя
Рис. 23 Заправка планера во время проведения статических испытаний двигателя BMW 8025
Рис. 24 Запуск двигателя во время проведения статических испытаний
a) Запуск турбины
H 30 TS представлял собой моторный планер, и поскольку он не являлся обычным самолетом с силовой установкой (или самолетам с турбореактивным двигателем), то во время выполнения полета следовало обращать внимание на то, чтобы и при работе двигателя избегать дополнительного сопротивления.
Перед работой силовой установки следовало убедиться, что к двигателю поступает необходимый для его работы воздух. Для этого сначала открывалась крышка воздухозаборника, которую после полета следовало закрывать. Двигатель нельзя было запустить до тех пор, пока в него не поступало необходимое для работы количество воздуха.
При соревнованиях, в которых принимали участие планеры с двигателями, или при попытках установить какие-либо рекорды среди планеров следовало осуществлять постоянный контроль за работой двигателя (в нашем случае турбины). Для этого предусматривался барограф, на котором можно было дополнительно делать какие либо пометки. Барограф Paravia Type В 139 давал такую возможность. Вопросом являлось какой из критериев работы двигателя: развиваемые турбиной обороты или температура на выходе следовало принять на основу при учете продолжительности его работы?
Рис. 25 После опробования работы двигателя
Рис. 26 Рычаг управления силовой установкой
Простейшим критерием является открытие пожарного крана. Пока пожарный кран открыт, электрическая сеть закольцована и при помощи прерывателя подаваемые импульсы регистрируются барографом, что однозначно можно видеть по записи на ленте. Кроме этого закольцованная электрическая сеть позволяет использовать стартер.
Рис. 27 Поперечное сечение управляемого колеса передней стойки шасси
Таким образом, правильный порядок действий при запуске силовой установки, предусмотрена установка ряда механических блокирующих устройств (см. Рис. 26). При закрытом воздухозаборнике двигателя открыть пожарный кран и использовать стартер и рычаг регулировки мощности не представлялось возможным.
После того как будет открыт воздухозаборник двигателя можно будет открыть пожарный кран (= топливный кран), затем барограф начнет регистрировать показатели величины давления и можно будет осуществлять регулировку мощности силовой установки и использовать стартер.
Имели место размышления о предотвращении закрытия воздухозаборника до тех пор, пока температура турбины не снизится до определенного показателя, но в итоге было решено не загружать пилота дополнительной интеллектуальной работой.
Рис. 28 Моторный планер Hütter H 30 TS (номер гражданской регистрации D-KABA) на прицепе
Рис. 29 Профиль моторного планера Hütter H 30 TS с двигателем BMW 8025 и с V-образным хвостовым оперением
Рис. 30 Моторный планер Hütter H 30 TS с двигателем BMW 8026, Т-образным хвостовым оперением и управляемым передним колесом
Рис. 31 Буксировка моторного планера Hütter H 30 TS к ВПП для взлета
3 Шасси
В первом варианте (см. чертеж фюзеляжа) планировалось использовать подпружиненные основные колеса размерами 300 × 100 мм и складывающийся наружный полоз. Демпферы полоза и стойки шасси были рассчитаны на нагрузку 125 кгс×м, что соответствовало скорости снижения планера 2 м/с. Колеса должны были убираться в фюзеляж, но при этом их можно было использовать при посадке (но воспринимаемая одними только колесами нагрузка была бы значительно меньше) вместе с небольшим хвостовым полозом.
Для повешения износостойкости в конструкции полозов использовался пенопласт.
Поскольку при взлете реактивная струя сопла двигателя не оказывала стабилизирующего эффекта (при старте обычно использовался самолет-буксировщик с винтом) и ее горячие газы воздействовали на хвостовой полоз, то, вскоре пришлось установить управляемое колесо на передней стойке шасси.
Из-за недостатка в передней части фюзеляжа места для стойки шасси было решено размещать в носовой полости планера колесо у которого поворотный подшипник был перемещен внутри втулки. Конструкция переднего колеса шасси представлена на Рис. 27. Одновременно с этим было решено заменить V-образное хвостовое оперение на обычное и хвостовой полоз из пенопласта заменить на более простой костыль из стекловолокна.
Так как сопротивление качению относительно небольших основных колес с размерами 300 × 100 мм на плохо подготовленных взлетно-посадочных полосах было особенно велико, то из заменили на колеса с размерами 380 × 150 мм. На схемах видно шасси с колесом большего размера.
источник: «Hütter H 30 TS» «Luftfahrt International» 04-1974
