Założeniem projektu było stworzenie małego, ręcznie rzucanego szybowca, na cele udziału w konkursie Learn&Fly, ukierunkowanym na rozwijanie zainteresowań i kompetencji inżynieryjno-konstrukcyjnych wśród uczniów liceów i szkół podstawowych. Był to czteroosobowy projekt zespołowy, którego członkowie naszego Koła podjęli się, aby spełniać się w swoich zainteresowaniach związanych z modelarstwem oraz konstruowaniem, sprawdzając także swoje aktualne kompetencje w zadaniach z tych dziedzin.

Rozwój projektu

Prace nad szybowcem rozpoczęliśmy od stworzenia modelu 3D. Rozważając kilka wersji, ostatecznie zdecydowaliśmy się na poniższy model szybowca:

– podzielony na łatwe do usunięcia segmenty.

– mocowania skrzydła i statecznika wydrukowane na drukarce 3D i połączone rurką z włókna węglowego — wydruk zapewni wysoką wytrzymałość, lekkość, a także niski koszt wykonania komponentów.

– włókno węglowe łączące mocowania — wciąż lekki, ale wytrzymały materiał, tworzący kluczowy element konstrukcyjny, rdzeń całego szybowca.

– skrzydła wykonane prawie w całości z drewna balsowego, wraz z podłużnicami i żebrami, wycięte laserem CNC z arkusza drewna balsowego. Dzięki wycięciu okrągłych otworów w żebrach, waga szybowca jest jeszcze mniejsza.

– poszycie skrzydła wykonane z materiału o strukturze podobnej do folii termokurczliwej, zapewniające niską wagę, stosunkowo wysoką wytrzymałość, ale co najważniejsze, dobrze przylegające do ożebrowania skrzydeł.

Ponadto chcemy przeprowadzić symulację aerodynamiczną zaprojektowanych komponentów, aby upewnić się, że prototyp w obecnym stanie będzie w stanie osiągnąć pożądane rezultaty.

Galeria: projekt

Opis projektu

Skrzydła

Skrzydła mają konstrukcję żebrowo-dźwigarową o profilu S4310, wygiętą o 10 stopni w górę w odległości 31 cm od kadłuba. Aby skrzydła mogły być osłonięte, mają ślizg i krawędź spływu wykonane z balsy. Skrzydła mają 3 główne dźwigary, z których dwa są jednoczęściowe, a jeden z nich, środkowy, jest podzielony na dwie części. Jedno skrzydło ma 488 mm długości. Każde skrzydło ma 10 żeber i jest zakończone wingletem. Elementy te pozwalają zwiększyć wydajność skrzydła i stabilność poziomą samolotu.

Stateczniki

Stateczniki mają również konstrukcję żebrowo-dźwigarową, z tą różnicą, że posiadają mają tylko 2 dźwigary zamiast 3. Mają one spadochron i krawędź natarcia podobne do tych stosowanych w skrzydłach. Stateczniki poziome mają po 3 żebra na stronę, podczas gdy statecznik pionowy ma 4 żebra.

Mocowania skrzydeł i lotek oraz kadłub

Mocowanie przedniego skrzydła zostało wykonane metodą druku 3D, co zapewnia optymalną wytrzymałość i wagę. Ponadto mieści ono przegrodę balastową i dodatkowe obciążniki do wyważania samolotu. Druk 3D zapewnia nam możliwość tworzenia złożonej geometrii w celu zminimalizowania oporu aerodynamicznego.
Tylny element, do którego przymocowane są stabilizatory poziome i pionowe, jest również wykonany przy użyciu technologii druku 3D.
Kadłub wykonany jest z rurek z włókna węglowego, co daje modelowi wytrzymałość i stosunkowo niską wagę. Jedyną wadą tego rozwiązania może być nadmierna elastyczność.

Budowa i ostateczny model

Po wycięciu elementów skrzydeł, wstępnie je przeszlifowaliśmy i sprawdziliśmy, czy części odpowiednio pasują. Następnie zmontowaliśmy skrzydła, upewniliśmy się, że wszystko leży równo i rozpoczęliśmy proces klejenia. Po odczekaniu aż klej wyschnie, zabraliśmy się za poszycie. Najpierw przycięliśmy papier do odpowiedniego rozmiaru i przykleiliśmy go. Po wyschnięciu kleju użyliśmy lakieru ściągającego, aby wygładzić poszycie.

Stabilizatory wykonaliśmy w taki sam sposób jak skrzydła, czyli po wycięciu części przeszlifowaliśmy je papierem ściernym, sprawdziliśmy ich dopasowanie, a następnie skleiliśmy i okleiliśmy papierem, który został ściągnięty lakierem.

Wydrukowaliśmy wydrukowane części z PLA, a ze względu na ich złożoną geometrię, zostały one wydrukowane z materiałem podporowym, więc musieliśmy usunąć ten materiał podporowy i przeszlifować części po wydrukowaniu.

Galeria: proces składania

Galeria: gotowy model