Эта статья посвящена сверхточной модели-копии самолета Як-130, которая позволила российской команде RUSJET и ее пилоту Виталию Робертусу завоевать чемпионский титул на чемпионате мира Jet World Masters 2011 в США. На одной из фотографий изображен настоящий Як-130. Попробуйте угадать, на какой.

Буква закона. Около 6000 фотографий, десятки чертежей и кинематических схем, сотни страниц руководства по эксплуатации — это только основная часть всего массива информации, которую удалось собрать. Как и настоящий самолет, модель построена по «безбумажной» технологии с применением современных электронных систем проектирования и производства (2D/3D-моделирование, 3D-сканирование, 3D-печать, повсеместное применение станков с ЧПУ).
Портрет с натуры. На соревнованиях место в кабине пилота Як-130 занимает манекен — летчик-испытатель КБ Яковлева Роман Таскаев воссоздан в пластике с очевидным портретным сходством. В клубе можно увидеть немало других крохотных пилотов, в том числе Виталия Робертуса.
Клуб RUSJET располагает несколькими небольшими фрезерными станками с ЧПУ, по большей части использующимися для вырезания деталей внутреннего набора фюзеляжа, и собственно окрасочной камерой для небольших деталей. Производство крупных и сложных металлических частей, а также окраска монококов производится за пределами клуба, в том числе на станках КБ Яковлева.
Жирок в правильных местах. Для любого летательного аппарата критическое значение имеет не только общая масса, но и распределение веса. Очевидно, что для стабильного полета самолет должен иметь точно позиционированный в строго определенном месте центр тяжести. Однако это не единственное условие. Масса самолета не должна быть сосредоточена в одной точке. Равномерное распределение веса от носа до хвоста дает большую угловую инерцию, благодаря которой самолет лучше реагирует на управляющие действия, а прямолинейный полет становится более устойчивым.
В память компьютера заложены изображения, скопированные с дисплеев реального Як-130. Использование жидкокристаллических экранов для имитации работы авионики — принципиально новое слово в моделизме.
На фото: пилот Виталий Робертус, тренер Павел Лапшов, техник Максим Львов.

По некоторым данным, в Германии примерно два миллиона авиамоделистов. Моделизм не менее популярен в других странах Европы и еще более — в США. В России же этому хобби отдают предпочтение всего около сотни тысяч человек, и для 140-миллионного населения это капля в море. И все же именно российской команде RUSJET удалось не только стать лучшей в мире в сложнейшем классе радиоуправляемых моделей-копий, но и полностью перевернуть представления о точности изготовления копий, подняв степень детализации модели на ранее недосягаемую высоту.

На соревнованиях копий результат участника складывается из двух оценок: статической (стендовой) и полетной в соотношении 50/50. Судьи, от трех до пяти человек, — опытные профессионалы в области авиации и моделизма. Сами участники предоставляют им комплект документации: более пяти десятков высококачественных крупноформатных фотографий самолета-прототипа во всех возможных ракурсах, со всеми характерными деталями и чертежи оригинала. С этими документами судьи сравнивают модель участника.

Во внимание принимаются мельчайшие детали: внешние обводы всех элементов, панели обшивки, лючки, замки, заклепки, точность цветовой гаммы, опознавательные знаки, маркировка и даже потертости и повреждения, замеченные на самолете-прототипе. Однако даже самая блестящая статическая оценка не будет засчитана, если модель не поднимется в воздух. Для летной программы участники сами выбирают фигуры пилотажа, характерные для их прототипа. Скорость и плавность полета, угловые скорости модели при маневрировании, общий характер поведения в воздухе и даже звук двигателей должны быть схожи с прототипом.

У судей должно возникнуть впечатление, что они видят перед собой реальный самолет. Во многом это задача пилота: он должен управлять машиной подобающим образом и в воздухе, и даже на земле — во время руления и получения разрешения на взлет.

Размер имеет значение

Идея построить копию новейшего учебно-тренировочного самолета ОКБ Яковлева пришла в голову пилоту Виталию Робертусу и тренеру Павлу Лапшову в далеком 2005-м. В то время команда активно набирала опыт выступления на международных соревнованиях с моделями самолетов F-15 и BАE Hawk. Многолетний опыт выступлений дал понять, что важность выбора прототипа в соревнованиях моделей-копий играет решающую роль. В этом вопросе рассматриваются два фактора — технологический и аэродинамический.

Правила соревнований не регламентируют ни масштаб модели, ни ее фактический размер. Ограничен лишь один параметр: масса модели без топлива не должна превышать 20 кг. «Представьте себе, что вы решили построить Ан-225 «Мрия», — говорит Павел Лапшов. — Чтобы уложить модель в 20 кг, вы выберете масштаб, скажем, 1:20. Это значит, что стандартная 6-миллиметровая заклепка на корпусе прототипа превратится в незаметную глазу точку, а гидравлический шланг — в волос. Масштаб нашего «Яка» — 1:4. Полуторамиллиметровую заклепку вполне можно и рассмотреть, и воссоздать в модели».

Аэродинамика самолета не слишком хорошо масштабируется. Вязкость воздуха и другие параметры атмосферы благоволят более крупным летательным аппаратам. Поэтому выгодно делать модель максимально крупной при сохранении допустимой массы.

Наконец, не все самолеты подходят для авиамодельных соревнований по летным качествам. К примеру, самолеты, созданные для сверхзвуковых скоростей, не слишком хороши на «дозвуке». Большая стреловидность, малая площадь и тонкий профиль крыла вкупе с низким лобовым сопротивлением дают сомнительную маневренность, высокую скорость полета и посадочную скорость, что неудобно и для пилота, и для судей.

Дозвуковой учебно-тренировочный Як-130 с его большим крылом малой стреловидности оказался идеальным выбором для создания копии. К тому же новый самолет проще копировать, ведь на нем еще нет выцветшей краски, масляных пятен и прочих признаков почтенного возраста.

Частный детектив

Второй этап работы над моделью — сбор всесторонней информации о реальном самолете. Серфинг в интернете здесь не поможет. Чтобы докопаться до эксклюзива, порой приходится проявлять качества настоящего детектива. Виталий и Павел преследовали Як-130 на всех авиасалонах, выставках, показательных выступлениях, испытаниях. Требования к документации предусматривают наличие фотографий во всех ракурсах, в том числе снизу и сбоку. Приходилось по много раз дежурить в конце взлетной полосы перед показательными полетами, чтобы сфотографировать машину на взлете, а затем мчаться «наперегонки с самолетом» к началу полосы, чтобы снять аппарат на посадке, с выпущенными шасси. Фото сверху — особая редкость, учитывая, что при испытательных полетах самолеты редко выполняют фигуры высшего пилотажа. «А можно за ограждение зайти? Можно? Спасибо! А в кабину залезть? Это уже к начальнику?»

Длинная цепочка начальников привела, ни много ни мало, к главному конструктору КБ Яковлева. Получив письмо с подробным описанием проекта, техническим обоснованием и перечнем уже тогда внушительных спортивных заслуг команды, Константин Попович выдал резолюцию: ребятам надо помочь. Сотрудничество с КБ Яковлева стало ключевым моментом в развитии проекта. Впервые моделисты получили возможность работать не только с фотографиями и невнятными рисунками из энциклопедий, по которым технически невозможно корректно воссоздать профили крыла и обводы фюзеляжа, а с настоящими чертежами и сечениями, пригодными для создания точной 3D-модели.

Заводская документация позволила в точности воссоздать кинематику уборки стоек шасси, воздушного тормоза и, что особенно важно, закрылков. Закрылки на Як-130 движутся по сложной траектории: сначала отходят назад, а потом резко опускаются вниз. Это происходит благодаря схеме пантографа с разной длиной и формой звеньев. Каждый закрылок подвешен на десять опорных подшипников, и эта схема полностью воссоздана на модели.

Еще одно ноу-хау RUSJET — колеса. Резину варили на том же заводе, который изготавливал шины для настоящего Яка. Она повторяет рисунок протектора, каждую надпись, каждый литник. Мало того, колесо проминается под весом модели точно так же, как настоящее. Обычно шину для модели делают цельной из микропористой резины или полой, но с толстыми стенками. Шина самолета RUSJET состоит из тончайшей резиновой оболочки, слоя микропористой резины и твердой композитной конструкции, заполняющей большую часть пространства. Жесткая вставка позволяет поддерживать форму, а мягкий наполнитель определяет характер прогиба, при этом колесо в сборе с тормозами получилось примерно на 30% легче.

Монокок в вакууме

Разумеется, самая ответственная работа при создании модели — изготовление корпуса. В отличие от фюзеляжа настоящего самолета, который собирается из множества деталей, в основе модели лежит усиленный монокок. Его изготовление начинается с фрезеровки мастер-модели. По классической технологии корпус выпиливается вручную и контролируется по фотографиям и сечениям. Результат получается несколько аппроксимированным.

Корпус модели RUSJET был фрезерован из плотного пенопласта по специально подготовленной 3D-модели на 5-координатном станке с ЧПУ. По технологическим причинам пришлось отдельно изготавливать некоторые детали фюзеляжа, например воздухозаборники и внутренние воздуховоды двигателя, створки шасси и многое другое. Отдельным проходом станок расставил на модели несколько сотен меток, которые в дальнейшем значительно облегчили нанесение обшивки. Так же делались мастер-модели крыла, оперения и отклоняемых поверхностей.

После фрезеровки мастер-модель шпаклюется, шлифуется, укрепляется стеклотканью там, где это необходимо, и мастер приступает к разметке расшивки фюзеляжа. С помощью линейки и лазерного уровня он рисует на мастер-модели границы алюминиевых листов в точном соответствии с расшивкой прототипа. Когда разметка готова, можно приступать к самому трудоемкому этапу работы над мастер-моделью — обклейке фольгой.

Плотная алюминиевая фольга толщиной 0,1 мм, применяется для обшивки бань, — очень пластичный материал. Она хорошо раскатывается, растягивается по криволинейной поверхности. Линии расшивки проклеивают плотным скотчем, сверху наклеивают фольгу, а затем металлический лист обрезают по линии проступившего скотча. В итоге кусочки фольги по форме в точности повторяют алюминиевые панели прототипа и имеют четкие границы.

С помощью специальных «давилок» на фольге продавливаются заклепки и головки винтов. Их количество и расположение в точности соответствуют оригиналу. Если по недосмотру сборщика винт был вкручен криво, на модели он тоже будет кривым. Речь идет о десятках тысяч заклепок и винтов. Кропотливая ручная работа по покрытию фольгой только фюзеляжа модели заняла у Виталия и Павла около трех месяцев.

Мастер-модель фюзеляжа получается очень тяжелой: двое мужчин с трудом переносят ее с места на место. К счастью, ей не придется летать: мастер используется для изготовления производственной оснастки — матрицы. Поверхность мастер-модели покрывают специальными композитными материалами слой за слоем, готовую матрицу укрепляют деревянными и металлическими конструкциями для усиления. В результате рабочая поверхность матрицы в точности повторяет мельчайшие нюансы мастер-модели. Всего для строительства моделей было изготовлено около 200 матриц под отдельные элементы, включая даже стекло и защитный шлем пилота.

Для изготовления любой композитной детали в покрашенную форму закладываются заранее рассчитанный набор материалов (стеклоткань, углеткань, кевлар, легкий листовой пенопласт, сотовый наполнитель). Этот «сэндвич», пропитанный полимерными смолами, вместе с матрицей помещается в герметичный полиэтиленовый мешок. С помощью компрессора из мешка откачивают весь воздух. Благодаря создаваемому вакуумом разряжению сэндвич надежно пропитывается и равномерно прижимается по всей площади матрицы. После полимеризации смолы из матрицы извлекается готовая прочная и легкая деталь. При этом вся расшивка в точности переносится на поверхность детали.

Фольгированная модель и пластиковый монокок — это очень важная технология, опережающая аналоги с точки зрения и массы, и детализации. Многие моделисты обклеивают фольгой непосредственно корпуса моделей. Им приходится использовать более тонкую фольгу, хуже передающую детали «макетки». При этом модель все равно получается более тяжелой, чем чисто пластиковая.

Вверх на пределе

С создания деталей планера работа над моделью только начинается. Моделисту предстоит изготовить внутренний набор фюзеляжа, к которому крепится все оборудование самолета, собрать все детали в единое целое, проложить электрические, топливные и пневматические линии.

Оборудования на модели хоть отбавляй. Як-130 — это два реактивных двигателя с независимыми топливными системами, пять аккумуляторных батарей, пневматическая система с 12 цилиндрами, приводящими в движение механизм уборки стоек шасси, створки шасси, воздушный тормоз и осевые перегородки воздухозаборников, 22 рулевые машинки, из которых четыре отвечают за наклоны ручек управления в кабине пилотов. Кстати, на соревнованиях в кабине «Яка» сидит самый настоящий авиатор — в летном комбинезоне и с лицом шеф-пилота ОКБ Яковлева Романа Петровича Таскаева. Перед пилотом расположены жидкокристаллические дисплеи, на которые выводится детальное изображение электронных приборов прототипа.

Собранные воедино корпус, крыло, управляющие поверхности, двигатель, шасси и основной комплект оборудования копиисты называют «гадким утенком». Это всего лишь прототип будущего «боевого» самолета, который будет летать на соревнованиях. В таком виде самолет может совершить первые полеты, продемонстрировав свои летные качества. Это волнующий, но не решающий момент для его создателей. Ведь впереди еще долгая работа. Необходимо провести несколько десятков полетов с постоянными изменениями настроек двигателей, параметров управления и компоновки самолета. Переоценить этот этап сложно, ведь без него модель не получит долгую летную жизнь и будет обречена на падение.

Вторая модель строится с учетом всех исправлений. Закипает работа над «макеткой»: изготовление кабины пилотов, трубок антенн, датчиков, наклейка выступающих элементов крепежа, окраска модели и мельчайших деталей в точно подобранные цвета, нанесение надписей и маркировки, декорирование потертостей и пятен. Отдельно изготавливается даже вспомогательное оборудование самолета: колесные башмаки, стремянка, заглушки двигателя, водило. Модель получает полный комплект светового оборудования (15 источников света), положенный прототипу по авиационным правилам.

С момента начала работы над проектом до долгожданного чемпионского титула прошло шесть лет упорного кропотливого труда. Лучшую оценку работе Павла и Виталия поставили конструкторы КБ Яковлева, серьезно обсуждая с моделистами возможности создания класса действующих моделей для испытания перспективных самолетов. Этот метод уже использовался компанией «Боинг» для испытания самолета будущего Х-48А.

Чемпионы не собираются останавливаться на достигнутом. В настоящее время в клубе уже изготавливается новый «Як», который обещает переплюнуть первый аппарат и по летным качествам, и по «макетке». Если все пойдет по плану, то он уже будет окрашен в национальные цвета новой пилотажной группы ВВС России. Павел обещает, что манекен пилота нового самолета будет даже поворачивать голову и махать рукой судьям. Нелегко продолжать двигаться вперед, когда находишься на вершине. Ведь зарубежным соперникам пока что остается только догонять.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2012).