Как сделать пропеллер для самолета
Простой расчет и изготовление самодельных винтов.
Обычно в этом случае есть только одна причина, которая останавливает здоровую идею: как получить винт с заданными характеристиками?
Рис 1. Теория винта. Шаг винта.
Аналогичная ситуация возникает, если нужны два винта разного направления вращения, или если нам понадобились 3-4 лопастные винты. Все это решаемо при наличии разумного подхода и простейших инструментов.
Рис 2. Определение угла наклона профиля винта.
Рис 2. Определение всех углов наклона во всех расчетных точках
Выполнив аналогичные построения для всех 6-ти сечений винта мы получим ширины винта на расстоянии 12.5, 25.0, 37.5, 50, 62.5 и 75 мм. Строить большее количество сечений можно, но особой точности это не добавит. В итоге на рис 2., обведя полученные ширины винта в шести точках, мы получим профиль винта на виде сверху.
Далее изготовляем шаблон винта из картона или любого другого (см рис 3.) плотного материала и переходим к изготовлению собственно требуемого винта (150х100 мм).
Рис 3. Шаблон и размеченная заготовка винта
Рис 4 Вид на размеченную заготовку сверху.
Рис 5 Вид заготовки сбоку и сверху
Рис 6. Балансирова заготовки
Рис 7. Разметка выборки передней части
Рис 8. Разметка выборки задней части.
На виде снизу(сзади) проводим линии отстоящие от края винта примерно на 1 мм. Нижняя часть винта как раз задает шаг (или угол наклона сечения).
Рис 9 Выбранная задняя часть винта.
Затем начинаем убирать лишнюю дрвесину ножом или напильником начиная с нижней (задней) части винта согласно сделанной разметке. Убрав все сзади (снизу), отшкуриваем сначала крупной(120-160), а потом мелкой шкуркой заднюю часть винта.
Рис 10. Выбранная передняя часть винта
Рис 11. Балансировка отлакированного винта.
Обычно я окрашиваю изготовленный винт в традиционный черный цвет, а затем покрываю 2-4 слоями лака. Как правило я использую классический эмалит. Быстро сохнет и легко шлифуется. Во время окрвшивания и лакировки не стоит забывать о балансировке. См. рис 11.
Полученные таким образов винты, по моему мнению ничуть не хуже покупных пластиковых винтов, которые обычно тоже нуждаются в дополнительной балансировке. Если же вас больше устраивают винты из угле- или стекло- пластика, то используя изготовленный по описанной выше методе винт в качестве мастер-модели, вы можете изготовить формы для винтов из стекло- углепластика.
Более того, рассчитав и изготовив одну лопасть двухлопастного винта, вы сможете изготовить по ней формы для трех или 4-х лопастных винтов из стекло-угле-пластика, но это уже тема для отдельной статьи.
Изготовление пропеллера своими руками
В интернете периодически поднимается вопрос о технологии изготовления винтов для авиамоделей своими руками. Конечно, многое чего можно купить в специализированных авиамодельных магазинах, но во-первых там не всегда есть то, что нужно, а во вторых, цены, мягко выражаясь, не совсем лояльные к потребителю.
Вот мы и решили поделиться информацией, собранной на просторах интернета, по изготовлению воздушного винта для авиамодели своими руками.
Информация собрана из разных источников, авторство установить не представляется возможным, посему представляю материал как есть.
Изготовление матрицы.
Во-первых, нужно изготовить форму для будущей матрицы.
Форма изготавливается из 10мм деревянной или МДФ панели. Делается 4 прямоугольника размером 200х45 мм. Некоторые фрезеруют форму из цельного куска алюминия или из твердых пород дерева. Но если делать из дерева, то думаю, что лучше делать несколькими слоями, чтобы меньше коробило в просессе эксплуатации.
В центральных частях полуформ фрезеруется овальное место для будущей матрицы, части склеиваются попарно.
По диагонали высверливаются отверстия для направляющих штырей, они будут центрировать половинки формы при соединении.
Штыри и бобышки (ответная часть штыря) желательно изготовить из твердого металла, можно воспользоваться готовой мебельной фурнитурой. После вклейки бобышек и штырей, получаем 2 «ванночки».
Для того что бы форма всегда собиралась в одинаковом положении на одном торце пропиливается «ключ». Одна половина заполняется пластилином и в нее впихиваем копируемый винт.
Необходимо аккуратно заполнить половинку до линии разъема. Винт при этом получается «утопленным» в пластилин до половины.
Для того что бы в готовом пропеллере получилось отверстие, необходимо вставить стальной штырек в отверстие копируемого винта. Штырек необходимо подобрать или изготовить по диаметру копируемого винта.
Чтобы опалубка и винт не приклеились, необходимо нанести разделительный слой. Для этого из хозяйственного мыла делается стружка и разводится водой до состояния кашки. Стружку можно получить на обыкновенной терке, так будет гораздо технологичнее, чем строгать мыло ножом.
Нижняя часть с винтом покрывается мыльной кашкой 2-3 раза с промежуточной просушкой.
В верхней части сверлятся отверстия для выхода воздуха, заливки эпоксидной смолы и контроля заполнения матрицы смолой
Необходимо так же покрыть торец и направляющие штырьки на верхней части. Внутреннюю поверхность верхней части покрывать мылом не нужно.
Для заполнения используется эпоксидная смола или клей ЭДП.
При работе с эпоксидной смолой, можно применить старый авиамодельный метод проверки качества нагревом готовой смеси смолы с отвердителем на жести с помощью зажигалки.
Для этого греется до начала закипания смола, ждем,когда остынет, и пробуем, как смола затвердела. Если смола после остывания отвердела, так, что ее нельзя продавить твердым предметом, то и через 24 часа при комнатной температуре смола так же «затвердеет» как и при нагреве до закипания.
В смолу добавляется алюминиевая пудра, около 20 % по объему от смолы.
Если в помещении жарко, а объем смолы большой, то желательно поставить смолу в тарелку с ледяной водой – так смола не закипит
Половинки будущей формы складываются, плотно сжимаются и фиксируются скотчем.
Эпоксидная смола заливается через воронку до тех пор, пока она не начнет выходить из всех отверстий.
После заливки оставляем на сутки для полимеризации эпоксидной смолы.
Через 24 часа половинки раскрываются, и удаляется пластилин. Винт НЕ СНИМАЕТСЯ.
Остатки пластилина смываются бензином или горячей водой. Осматривается качество заливки. В готовой части матрицы не должно быть «раковин» от пузырьков воздуха.
Винт при этом НЕ СНИМАТЬ.
Сверлим заливочные отверстия во второй деревянной части. Снова наносим разделительный слой из мыльной «кашки», 2-3 раза с промежуточной просушкой на залитую часть с винтом. Внутренняя часть второй половинки так же не смазывается. На ней смазывается только место соприкосновения.
После сушки располировываем мыло. Плотно соединяем половинки, фиксируем скотчем стык.
Повторяем процедуру с изготовлением смолы с наполнителем и и заливаем вторую часть формы
Через 24 часа разбираем готовую форму, вынимаем винт и смываем остатки разделительного мыльного слоя.
Матрица готова к изготовлению винтов.
Изготовление винтов.
Заготавливается мыльная «кашка», промазывается на 2 слоя с просушкой вся матрица и штырек.
Для армирования винта заготавливается стеклоткань и углеволокно в виде нитей.
При укладывании нитей они обматываются вокруг штырька.Укладывать необходимо равномерно и аккуратно.Последний слой снова из угленити.
Только не забываем о температуре, прожаривать винт при 250 градусов совсем не обязательно.
Без прогрева необходимо выждать 24 часа.
После полимеризации разбираем матрицу. Облой на готовом винте толщиной 0.12 мм, это нормально.
Облой удаляется с помощью ножа, но аккуратно, форма винта должна соответствовать исходному.
Взвешиваем пропеллер для контроля.
Итак, исходный пластмассовый винт весит 2.7 грамма, получившаяся композитная копия 3.5 грамма.
Вес копии больше на 0.8 грамма, но вот прочность увеличилась в разы!
Все правильно, и уголь и стеклоткань делают конструкцию весьма упругой к ударным нагрузкам.
И там где оригинал сломается,самодельный винт спружинит.
Но зато теперь на авиамодели будет всегда стоять одинаковый винт, что хорошо для настройки и пилотирования.
Углеткань использовать желательно, но не обязательно, в интернете есть технологии изготовления с наполнителем из стеклоткани. Так же есть технология изготовления с передней кромкой из углеткани, и с добавлением в эпоксидную смолу тонера от лазерного принтера в качестве наполнителя. Можно поэкспериментировать с добавлением машинного или касторового масла (1-2 капли) в качестве пластификатора для эпоксидной смолы.
Так же стоит сделать балансировку пропеллера перед его использованием на авиамодели.
Воздушный винт.
В настоящее время, с ростом мощности авиамодельных ДВС и электромоторов перестаёт играть решающее значение и материал из которого можно изготовить винт. Это может быть:
Изготовление воздушного винта
Тут я постараюсь максимально подробно рассказать как сделать самодельный воздушный винт любого размера в домашних условиях или как быстро и легко скопировать любой винт.
Почему легко и скопировать? Да просто потому, что мы не будем использовать классические шаблоны и измерительные приборы.
Что нам понадобится для изготовления матрицы:
Берём наш воздушный винт или оставшуюся его целую половинку, с которого будем снимать копию, прикладываем к пенопласту передней кромкой профиля вниз (обязательно!) и обводим по контуру.
Вырезаем по разметке.
Далее вкладываем туда винт, передней кромкой профиля в низ и придавливая матрицу и винт к ровной поверхности, сжимая матрицу с боков прочерчиваем наш будущий шаг воздушного винта на стенках матрицы.
Теперь, примерно под углом 45^ срезаем пенопласт от сделанной разметки канцелярским ножом и доводим надфилем или шкуркой. Всё, наша матрица готова.
Так же кладём винт на подготовленную древесину и обрисовываем, предварительно просверлив отверстие в середине. Винт должен располагаться только вдоль волокон дерева! Вырезаем по контуру кому чем будет удобней.
Вкладываем заготовку в матрицу, придавливая заготовку и матрицу к ровной поверхности обрисовываем на ней будущий шаг первой и так же второй лопасти воздушного винта, не забывая сжимать матрицу с боков.
Средние винты, как в примере APS 14*7, можно обрабатывать рашпилями, снимая лишнюю древесину с двух сторон заготовки будущего винта с последующей доводкой наждачной бумагой и балансировкой.
Для облегчения изготовления больших воздушных винтов используем дрель с наждачным кругом, предварительно сняв с заготовки перочинным ножом часть лишнего дерева.
В заключение несколько советов:
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ
Аэросани, аэроглиссеры, всевозможные аппараты на воздушной подушке, экранопланы, микросамолеты и микроавтожиры, различные вентиляторные установки и другие машины не могут действовать без воздушного винта (пропеллера). Поэтому каждый энтузиаст технического творчества, задумавший построить одну из перечисленных машин, должен научиться изготовлять хорошие воздушные винты.
А поскольку в любительских условиях их проще всего делать из дерева, речь пойдет только о деревянных пропеллерах. Однако следует учесть, что по деревянному (если он окажется дачным) можно изготовить совершенно аналогичные винты из стеклопластика (методом формования в матрицу) или металла (отливкой).
Наибольшее распространение благодаря своей доступности получили двухлопастные винты из целого куска древесины (рис. 1). Трех и четырехлопастные воздушные винты сложнее в изготовлении.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА
Из какого дерева лучше всего сделать винт? Такой вопрос часто задают читатели. Отвечаем: выбор дерева прежде всего зависит от назначения и размеров винта.
Винты, предназначенные для двигателей большей мощности (порядка 15—30 л. с), также можно изготовлять из монолитных брусков твердой породы, но требования к качеству древесины в этом случае повышаются. При выборе заготовки следует обращать внимание на расположение годичных колец в толще бруска (оно хорошо просматривается по торцу, рис. 2-А), отдавая предпочтение брускам с горизонтальным или наклонным расположением слоев, выпиленным из той части ствола, Которая ближе к коре. Естественно, что заготовка не должна иметь сучков, кривослоя и других пороков.
Рис. 2. Заготовки воздушного винта
Если подходящего по качеству монолитного бруска найти не удалось, придется склеить заготовку из нескольких более тонких дощечек, толщиной 12—15 мм каждая. Такой способ изготовления винтов был широко распространен на заре развития авиации, и его можно назвать «классическим». По соображениям прочности рекомендуется применять дощечки из древесины разных пород (например, береза и красное дерево, береза и красный бук, береза и ясень), имеющие взаимно пересекающиеся слои (рис. 2-Б). Винты, изготовленные из клееных заготовок, после окончательной обработки имеют очень красивый внешний вид.
Некоторые опытные специалисты клеят заготовки из многослойной авиафанеры марки БС-1, толщиной 10—12 мм, собирая из нее пакет нужных размеров. Однако рекомендовать этот способ широкому кругу любителей мы не можем: слои шпона, расположенные поперек винта, при обработке могут образовать трудно устранимые неровности и ухудшить качество изделия. Концы лопастей винтов, изготовленных из фанеры, получаются весьма хрупкими. Кроме того, у высокооборотного винта в корне лопастей действует очень большая центробежная сила, доходящая в некоторых случаях до тонны и более, а в фанере поперечные слои на разрыв не работают. Поэтому фанеру можно применять только после расчета площади корневого сечения лопасти (1 см 2 фанеры выдерживает на разрыв около 100 кг, а 1 см 2 сосны — 320 кг.) Винты приходится утолщать, а это ухудшает аэродинамическое качество.
В ряде случаев ребро атаки воздушного винта закрывают полоской тонкой латуни, так называемой оковкой. Она крепится к кромке мелкими шурупами, головки которых после зачистки опаиваются оловом, чтобы предотвратить самоотворачивание.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
По чертежу воздушного винта прежде всего необходимо изготовить металлические или фанерные шаблоны — один шаблон вида сверху (рис. 3-А), один шаблон вида сбоку и двенадцать шаблонов профиля лопасти, которые будут нужны для проверки винта на стапеле.
Рис. 3. Последовательность изготовления винта
Заготовку винта (брусок) нужно тщательно отфуговать, соблюдая размер со всех четырех сторон. Затем наносят осевые линии, контуры шаблона вида сбоку (рис. 3-Б) и удаляют лишнюю древесину, сначала маленьким топором, потом рубанком и рашпилем. Следующая операция — обработка по контуру вида сверху. Наложив шаблон лопасти на заготовку (рис. 3-В) и укрепив его временно гвоздиком по центру втулки, обводят шаблон карандашом. Затем поворачивают шаблон строго на 180° и обводят вторую лопасть. Лишняя древесина удаляется на ленточной пиле, если ее нет — ручной выкружной мелкозубой пилой. Эта работа должна быть выполнена очень точно, поэтому торопиться не следует.
Изделие, приобрело очертания винта (рис. 3-Г). Теперь начинается самая ответственная часть работы — придание лопастям нужного аэродинамического профиля. При этом следует помнить, что одна сторона лопасти плоская, другая выпуклая.
Главный инструмент для придания лопастям нужного профиля — остро отточенный, хорошо присаженный топор. Это отнюдь не значит, что выполняемая работа — «топорная»: топором можно делать чудеса. Достаточно вспомнить знаменитые Кижи!
Древесину удаляют последовательно и не спеша, сначала делая мелкие короткие натесы во избежание отщепления по слою (рис. 3-Г). Полезно иметь также небольшой двухручный стружок. На рисунке показано, как можно ускорить и облегчить работу по обтесыванию профильной части лопасти, сделав несколько пропилов мелкозубой ножовкой. Выполняя эту операцию, надо быть очень осторожным и не пропилить глубже, чем требуется.
После грубой обработки лопастей винт доводится до кондиции рубанками и рашпилями с проверкой в стапеле (рис. 4-А).
Рис.4. Стапель и шаблоны профилей лопасти
Для изготовления стапеля (рис. 4) надо найти доску, равную по длине винту и достаточно толстую для того, чтобы в ней можно было сделать поперечные пропилы глубиной 20 мм для установки шаблонов. Центральный стержень стапеля изготовляется из твердого дерева, его диаметр должен соответствовать диаметру отверстия в ступице винта. Стержень вклеивается строго перпендикулярно к поверхности стапеля. Надев на него винт, определяют количество древесины, которое предстоит удалить для соответствия лопасти шаблонам профиля. Выполняя эту работу в первый раз, нужно быть очень терпеливым и осторожным. Умение приобретается не сразу.
После того как нижняя (плоская) поверхность лопасти будет окончательно доведена по шаблонам, начинается доводка верхней (выпуклой) поверхности. Проверка ведется с помощью контршаблонов, как показано на рисунке 4-Б. От тщательности выполнения этой операции зависит качество винта. Если неожиданно выяснится, что одна лопасть получилась немного тоньше другой — а это часто бывает у неопытных мастеров, — придется соответственно уменьшить толщину противоположной лопасти, в противном случае и весовая и аэродинамическая балансировки винта будут нарушены. Мелкие изъяны можно исправить наклейкой кусочков стеклоткани («заплаток») или подмазкой мелкими древесными опилками, замешенными на эпоксидной смоле (эту мастику в просторечии называют хлебом).
При зачистке поверхности деревянного винта следует учитывать направление волокон древесины; строгание, циклевку и ошкуривание можно вести только «по слою» во избежание задиров и образования шероховатых участков. В некоторых случаях, помимо цикли, хорошую помощь при отделке винта могут оказать стеклянные осколки.
Опытные столяры после ошкуривания натирают поверхность гладким, хорошо отполированным металлическим предметом, сильно нажимая на него. Этим они уплотняют поверхностный слой и «заглаживают» оставшиеся на нем мельчайшие царапины.
БАЛАНСИРОВКА
Изготовленный винт должен быть тщательно отбалансирован, то есть приведен в такое состояние, когда вес его лопастей совершенно одинаков. В противном случае при вращении винта возникает тряска, которая может повлечь за собой разрушение жизненно важных узлов всей машины.
На рисунке 5 изображено простейшее приспособление для балансировки винтов. Оно позволяет выполнить балансировку с точностью до 1 г — этого практически достаточно в любительских условиях.
Рис. 5. Простейшее приспособление для проверки балансировки винта
Практика показала, что даже при очень тщательном изготовлении винта вес лопастей получается неодинаковым. Это происходит по разным причинам: иногда вследствие разного удельного веса комлевой и верхней частей бруска, из которого изготовлен винт, или разной плотности слоев, местной узловатости и т. п.
Как быть в этом случае? Подгонять лопасти по весу, сострагивая с более тяжелой какое-то количество древесины, нельзя. Надо утяжелять более легкую лопасть, вклепывая в нее кусочки свинца (рис. 6). Балансировку можно считать законченной, когда винт будет оставаться неподвижным в любом положении лопастей относительно балансировочного приспособления.
Рис. 6. Балансировка винта путем вклепывания кусочков свинца в более легкую лопасть
Не менее опасно биение винта. Схема проверки пропеллера на биение показана на рисунке 7. При вращении на оси каждая лопасть должна проходить на одинаковом расстоянии от контрольной плоскости или угла.
Рис. 7. Схема проверки винта на биение
ОТДЕЛКА И ОКРАСКА ВИНТА
Готовый и тщательно отбалансированный винт должен быть окрашен или отлакирован для предохранения его от атмосферных воздействий, а также для защиты от горюче-смазочных материалов.
Для нанесения краски или лака лучше всего применять пульверизатор, работающий от компрессора при минимальном давлении в 3—4 атм. Это даст возможность получить ровное и плотное покрытие, недостижимое при кистевой окраске.
Лучшие краски — эпоксидные. Можно также применять глифталевые, нитро- и нитроглифталевые или появившиеся в последнее время алкидные покрытия. Они наносятся на предварительно загрунтованную, тщательно отшпаклеванную и ошкуренную поверхность. Обязательна междуслойная сушка, соответствующая той или иной краске.
Лучшее лаковое покрытие — так называемый «химо-твердительный» паркетный лак. Он отлично держится и на чистом дереве, и на окрашенной поверхности, придавая ей нарядный вид и высокую механическую прочность.