Как московски инженер построи маховик. Как московски инженер построи маховик От практика към теория

Орнитоптерът е по-тежък от въздуха въздухоплавателен апарат, който се поддържа в полет от реакциите на въздуха с неговите самолети, които получават махащо движение.

Орнитоптерите представляват интерес от древни времена, защото така летят птиците.

Има дори рисунки на орнитоптер, направени от Леонардо де Винчи.

За да направите домашен маховик на орнитоптер със собствените си ръце, ще ви трябват следните консумативи:

На снимката по-долу можете да видите чертежи за правене на орнитоптер със собствените си ръце.

За производството е по-добре да използвате липа или балса, можете да използвате въглеродни тръби или, както правят нашите китайски другари, пластмасови пръти. Можете обаче да планирате тинята от всяко дърво - бреза, липа и др.

Свързването на ламелите на рамката се извършва с помощта на тип "език и канал" и се обвива с нишки, импрегнирани с лепило.

Предните ръбове на крилата също се привързват към лостовете с конци, но преди това в тях се прави отвор, през който се прокарва шипът на лоста.

Лагерът на гумения вал на двигателя и лостовете могат да бъдат направени от изолация на тел или от части на пръта от дръжката, те също са навити с нишки и нишките са импрегнирани с лепило. Колянов вал, подобен на този на фигурата, се извива от телта, след това върху него се поставя перла и се вкарва в лагера, след което куката се огъва (виж фигурата). Лостовете са огънати и след поставянето им краищата им са огънати.

Опашката на стабилизатора се закрепва от летви по същия начин като рамката, след което към нея се навива тел с нишки и се огъва, както е на снимката.

В рамката на орнитоптера се прави разрез, в който се вкарва жицата, след което се увива с конец и се залепва.

След това се правят свързващи пръти, ние ги правим от бамбук, просто е удобно да отчупим тънки пръчки от него, поставяме тръби от изолация на проводници на краищата им, изгаряме дупки в тръбите, нагряваме жицата върху свещ и бързо пробиваме тръбата с него. Ние правим тръбите по-дълги от края, където е поставена пръчката; това ще ви трябва за регулиране.

Разпъваме две гумени ленти между куките и завъртаме гумения мотор, но не много, и го пускаме, крилата трябва да започнат да се движат, ако ходът им не е същият, след това огънете предната манивела.

След това смазваме централното ребро и крайните ламели с гумено лепило, поставяме самолета си върху филма и го изправяме, така че филмът да провисне, но не много, опитваме се да го направим еднакво от двете страни, в противен случай ще лети в кръгове .

Когато използвате гумен цимент, препоръчително е да подкрепите всичко с малки ленти от лента.

Също така се уверяваме, че крилата са идентични.

Не забравяйте да оставите лепилото да изсъхне и след това стартирайте!

Ако не разбирате напълно конструкцията, гледайте видеоклипа по-долу.

Видео за правене на орнитоптер със собствените си ръце

А ето и полета на мини версия на орнитоптер с тегло 3 грама.

Как да настроите орнитоптер

Ако вашата птица се гмурка, огънете опашката й нагоре; ако се клати (повдига носа си и пада), тогава я спуснете, напротив. Също така чрез промяна на дължината на мотовилките постигаме по-голяма стабилност и сцепление по време на полет.

Ако всичко е сглобено правилно, този модел набира височина по права линия, след което бавно размахва крилата си и след това сяда, леко прибирайки крилата си. Вътрешният модел прилича повече на водно конче, когато се изкачва, честотата на пляскане достига 20Hz. Когато сглобявате по-голям модел, времето за полет, височината и развлекателната стойност на полета се увеличават, честотата на люлеенето намалява, но имате нужда от по-мощен и по-дълъг ластик

Летенето с гумен двигател обаче не е много вълнуващо. Много по-интересен е радиоуправляемият орнитоптер.

Как да си направим радиоуправляем орнитоптер

Видеото по-горе показва как домашно направен орнитоптер е оборудван с двигател и радиоуправление.

Това видео е продължение на показаното в раздела за създаване на орнитоптери.

Честито летене!

Орнитоптерите са машини, които използват пляскащи крила, за да летят като птици.
Специалистите от Лабораторията за летящи микроустройства (MAV) от Университета на Аризона успяха да създадат тези летящи бебета според рисунките на Леонардо да Винчи и дори успяха да организират масовото им производство.

Представеното устройство е най-малкият орнитоптер в света. Не по-голям от колибри, този механизъм лети с помощта на крила, които пляскат 40 пъти в секунда, без да използва витло, както повечето модели самолети. Дигиталното радио управление осигурява плавни завои, излитания и спускания. Рамката на орнитоптера е изработена от здрава, но лека пластмаса. Крилата и опашката са покрити с устойчив на разкъсване мейлар. Литиева батерия ви позволява да останете в полет до 7 минути.

Можете да разгледате по-отблизо миниатюрния орнитоптер

Друг мини-орнитоптер, създаден от лабораториите на университета в Юта специално за участие в състезанието, е изграден от елементи от въглеродни влакна. За управлението му се използва триканална радиосистема. Вместо стандартни серво мотори се използват „соленоиди за управление на повърхността“ (преводът може да не е точен), използвайки електромагнитни импулси, за да задвижат повърхностите да се движат. В сърцето на тази микро птица има миниатюрен вибрационен модул от пейджър.

След като е участвал в многобройни американски и международни състезания за миниатюрни самолети, този мъник излиза като победител многократно, вземайки първи места в светасред орнитоптерите и на второ място сред миниатюрните самолети изобщо.

А ето и как изглежда това малко чудо в полет.

Орнитоптерът е по-тежък от въздуха въздухоплавателен апарат, който се поддържа в полет от реакциите на въздуха с неговите самолети, които получават махащо движение.

Орнитоптерите представляват интерес от древни времена, защото така летят птиците.

Има дори рисунки на орнитоптер, направени от Леонардо де Винчи.

За да направите домашен маховик на орнитоптер със собствените си ръце, ще ви трябват следните консумативи:

На снимката по-долу можете да видите чертежи за правене на орнитоптер със собствените си ръце.

За производството е по-добре да използвате липа или балса, можете да използвате въглеродни тръби или, както правят нашите китайски другари, пластмасови пръти. Можете обаче да планирате тинята от всяко дърво - бреза, липа и др.

Свързването на ламелите на рамката се извършва с помощта на тип "език и канал" и се обвива с нишки, импрегнирани с лепило.

Предните ръбове на крилата също се привързват към лостовете с конци, но преди това в тях се прави отвор, през който се прокарва шипът на лоста.

Лагерът на гумения вал на двигателя и лостовете могат да бъдат направени от изолация на тел или от части на пръта от дръжката, те също са навити с нишки и нишките са импрегнирани с лепило. Колянов вал, подобен на този на фигурата, се извива от телта, след това върху него се поставя перла и се вкарва в лагера, след което куката се огъва (виж фигурата). Лостовете са огънати и след поставянето им краищата им са огънати.

Опашката на стабилизатора се закрепва от летви по същия начин като рамката, след което към нея се навива тел с нишки и се огъва, както е на снимката.

В рамката на орнитоптера се прави разрез, в който се вкарва жицата, след което се увива с конец и се залепва.

След това се правят свързващи пръти, ние ги правим от бамбук, просто е удобно да отчупим тънки пръчки от него, поставяме тръби от изолация на проводници на краищата им, изгаряме дупки в тръбите, нагряваме жицата върху свещ и бързо пробиваме тръбата с него. Ние правим тръбите по-дълги от края, където е поставена пръчката; това ще ви трябва за регулиране.

Разпъваме две гумени ленти между куките и завъртаме гумения мотор, но не много, и го пускаме, крилата трябва да започнат да се движат, ако ходът им не е същият, след това огънете предната манивела.

След това смазваме централното ребро и крайните ламели с гумено лепило, поставяме самолета си върху филма и го изправяме, така че филмът да провисне, но не много, опитваме се да го направим еднакво от двете страни, в противен случай ще лети в кръгове .

Когато използвате гумен цимент, препоръчително е да подкрепите всичко с малки ленти от лента.

Също така се уверяваме, че крилата са идентични.

Не забравяйте да оставите лепилото да изсъхне и след това стартирайте!

Ако не разбирате напълно конструкцията, гледайте видеоклипа по-долу.

Видео за правене на орнитоптер със собствените си ръце

А ето и полета на мини версия на орнитоптер с тегло 3 грама.

Как да настроите орнитоптер

Ако вашата птица се гмурка, огънете опашката й нагоре; ако се клати (повдига носа си и пада), тогава я спуснете, напротив. Също така чрез промяна на дължината на мотовилките постигаме по-голяма стабилност и сцепление по време на полет.

Ако всичко е сглобено правилно, този модел набира височина по права линия, след което бавно размахва крилата си и след това сяда, леко прибирайки крилата си. Вътрешният модел прилича повече на водно конче, когато се изкачва, честотата на пляскане достига 20Hz. Когато сглобявате по-голям модел, времето за полет, височината и развлекателната стойност на полета се увеличават, честотата на люлеенето намалява, но имате нужда от по-мощен и по-дълъг ластик

Летенето с гумен двигател обаче не е много вълнуващо. Много по-интересен е радиоуправляемият орнитоптер.

Как да си направим радиоуправляем орнитоптер

Видеото по-горе показва как домашно направен орнитоптер е оборудван с двигател и радиоуправление.

Това видео е продължение на показаното в раздела за създаване на орнитоптери.

Честито летене!

Защо хората не летят като птици? Как летят: аеродинамиката на самолета е почти същата като тази на птиците, въпреки че хората все още работят върху напълно „морфируемо“, променливо крило. По време на полета достигнахме големи височини. Ако го преобразувате в килограми маса и километри полет, съвременният самолет изразходва по-малко енергия от птица.

Една древна мечта, както на цялото ни семейство, да летим като птица - т.е. да махаме свободно с криле - остава неосъществена. Тази мечта е толкова силна, че въпреки че никоя авиокомпания или армия в света все още не експлоатира нито един орнитоптер, настоящата Конвенция за международна гражданска авиация включва нейното определение: „Летателно средство, по-тежко от въздуха, което се поддържа в полет главно от реакциите на въздух.“ със своите равнини, на които се дава люлеещо се движение.“

От самолет до хеликоптер

Мечтата за махащ полет обаче има и практична страна. Аеродинамичното качество - съотношението повдигане към съпротивление, което определя ефективността на полета - е изключително високо при самолетите. Но самолетите изискват скъпи и сложни летища и големи писти. Хеликоптерите са по-удобни в този смисъл, те излитат и кацат вертикално, без да изискват никаква инфраструктура. Те са много по-маневрени и дори могат да кръжат неподвижно. Но аеродинамичното качество на хеликоптерите е ниско и един час от полетното им време не е никак евтин.

Има много опити за кръстосване едно с друго - роторните автожири и конвертопланите имат своите фенове. За решаването на някои тесни задачи тези самолети могат да бъдат дори незаменими. Но все пак такива хибриди се оказват не особено успешни: има известна шега, че те съчетават не толкова предимствата, колкото ключовите недостатъци както на самолетите, така и на хеликоптерите. Но маховиците може да са подходящо решение. Теоретично те ще могат да излитат от място, ще бъдат маневрени до способността да се реят във въздуха и ще могат да демонстрират почти подобно на самолет аеродинамично качество.

Но първите неудобни балонисти мислеха, разбира се, не за самолети, които все още не съществуваха, а за птици. Изглежда, че е достатъчно да се научиш да отблъскваш въздуха с крила - и човек ще лети. С такива възгледи, разбира се, никой от тях не успя да тръгне от земята. Механични устройства с крила, създадени в най-добрия случай за тромаво плъзгане, както беше направено от легендарния бенедиктински монах Ейлмър, който скочи от кулата на абатството Малмсбъри в Англия преди около хиляда години, като получи тежки наранявания.

Малки орнитоптери се разработват по целия свят. По правило техните автори се опитват да имитират природата с по-голяма или по-малка точност, повтаряйки дизайна на летящо насекомо. През май 2015 г. Peter Abbeel и Robert Dudley от лабораторията Biomimetic Millisystems към университета в Бъркли демонстрираха много впечатляващо излитане на 13,2-грамов маховик от „стартер“ на гърба на шесткрак микроробот.

От птица до насекомо

Причината за многобройните неуспехи е ясна: самата същност на полета през онези години беше представена доста неясно. Това, което осигурява повдигане на птиците, не е опората на въздуха, а специалният контур на профила на крилото. Като разделя настъпващия поток на две, той кара въздуха над горния ръб да се движи по-бързо, отколкото над долния ръб. Според закона на Бернули налягането ще бъде по-високо в зона с по-бавен поток. Получената разлика между налягането под крилото и над него създава повдигане. Но щом започнете да махате с криле, тази ясна картина се променя напълно.

Известна поговорка гласи, че „според законите на аеродинамиката земните пчели изобщо не могат да летят“. По принцип това е вярно: от гледна точка на класическата аеродинамика насекомите и техните крила са нещо сюрреалистично. Дори на теория те не са в състояние да създадат подемната сила и тягата, необходими за полет - освен ако не преминем от класическата аеродинамика на планера към нова, нестабилна. Тук всичко е различно: турбулентната турбуленция, с която дизайнерите на самолети се борят неуморно, се превръща в ключ към полета както за земната пчела, така и за нейните роднини.

Големите птици използват пляскане само от време на време - например, когато е необходимо да се намали скоростта за кацане или излитане. Това махане плюс движението на краката им позволява да получат тласък напред, за да влезе в действие повдигането на крилото. Насекомите махат постоянно с крила и по специална траектория, по-скоро напред-назад, отколкото нагоре-надолу. В комбинация с гъвкавостта на крилата и достатъчната честота на махане, това създава турбулентни вихри на предния им ръб, които се „изхвърлят“ от ръба на крилото в горната и долната точка. Те създават достатъчно повдигане и тяга, за да може земната пчела да лети.

Променяйки скоростта на първата и втората фаза на движение, насекомото контролира посоката на тези сили, маневрирайки във въздуха. И дори четините, неравностите и неравностите по повърхността на крилото - за разлика от аеродинамичното крило на самолета - работят, за да образуват турбулентни вихри.

От Москва до Торонто

Тези тънкости не са били известни дълго време и все още не са напълно разбрани. Но се оказа, че в най-простия случай това не е необходимо. Още преди Втората световна война германските авиоконструктори успешно изстреляха малки, леки орнитоптери, използвайки усукана гумена лента за задвижване. Дори известният аеродинамик Александър Липиш отдаде почит на тяхната страст и през 30-те години на миналия век Ерик фон Холст успя да вдигне орнитоптер от земята, на който беше монтиран двигател с вътрешно горене. Въпреки това не беше възможно да се създаде устройство, което да се счита за прототип на нещо полезно, способно да носи поне един човек или товар. През 60-те години Пърсивал Спенсър демонстрира полет на „орниплан“ с размах на крилете 2,3 м и малък (5,7 см3) двутактов двигател - той се управлява от оператор чрез кабел.

По-голям маховик излетя едва в началото на 80-те години, когато Валентин Киселев, професор в Московския авиационен институт, конструира седемкилограмово устройство, способно да излита самостоятелно и да остава в полет. С течение на времето моделът беше освободен от кабела и управляван чрез радио. Следвайки стъпките на Киселев в тази работа, беше задграничният му колега Джеймс Делорие. През 1991 г. Деслорие получава диплома от Международната федерация по аеронавтика за създаването на "първия задвижван и дистанционно управляван орнитоптер". През 2006 г. излита неговият модел UTIAS Ornithopter No.?1, а скоро излита и пилотираният маховик Snowbird - за 14 секунди прелита около 300 м под мускулната тяга на пилота.

„Това не е съвсем справедлив резултат“, обяснява ученикът на професор Киселев, завършил MAI Андрей Мелник. - Запознат съм с тези конструкции и те не могат да се считат за маховици в пълния смисъл на думата. Първото устройство беше оборудвано с реактивен двигател за създаване на тяга и излитане. А вторият демонстрира още нещо важно: че човешката мускулна сила не е достатъчна за махащ полет. Дори обучен пилот, спортист, успя да лети само на кратко разстояние.

Възвратно-постъпателно движение
Трансмисията преобразува буталата на двигателя във въртеливото движение на зъбни колела, а манивела го превръща обратно в възвратно-постъпателно махане на крилата. Изобретателите мечтаят да направят този дизайн по-ефективен чрез директно предаване на движенията на буталата към крилата.

От играта към науката

Трябва да се каже, че ако „полезният“ махащ полет все още не е усвоен, игралната индустрия вече се чувства доста уверена в тази област. Първите малки модели с еластични ленти се появяват в продажба в края на 19 век, а днес една от популярните играчки с пляскащи крила, електрически двигател и радио управление се предлага от компанията за разработка на играчки роботи WowWee.

„Аз самият започнах с авиомоделизъм“, казва Андрей Мелник, „така че мога да си представя колко взискателни са самолетите към уменията на пилота, който ги управлява от земята. Буквално едно неудобно движение - и той пада във въртене или преобръщане. И мога да кажа, че моят опит в управлението на нашия маховик показва, че дори дете може да се справи с това устройство. Оказахме се толкова стабилни, че лесно прощават всички грешки и остават във въздуха.”

Хората не са склонни да инвестират средства в разработването на нов тип самолет с доста съмнителни перспективи. Въпреки това Андрей Мелник и Дмитрий Шувалов успяха да убедят инвеститорите, че благодарение на съвременните технологии и с правилните инвестиции може да се създаде маховик. „Успяхме да намерим няколко основни точки, които преди това бяха неразбрани, включително когато работих с професор Киселев“, добавя дизайнерът. - Първите ни модели просто се разпаднаха, не издържаха натоварването. Така че се предполага, че аеродинамичните сили създават такова натоварване на устройството. Тестовете обаче показаха, че това не е така и основният удар се дължи на инерцията на махащите крила.

След като идентифицираха причините за неуспехите, разработчиците намалиха максимално теглото на крилото - до 600 g с площ от 0,5 m2 - и намалиха удара му върху фюзелажа. „Истинска изненада за нас бяха резултатите от симулацията, които показаха, че аеродинамичният център на четирикрилия самолет не е някъде между предната и задната двойки крила, а зад тях“, спомня си Андрей Мелник. - За да разрешим този проблем, трябваше да променим геометрията на предната и задната опашки. Но в резултат на това маховикът започна да стои уверено във въздуха.

От практика към теория

Първият полет на маховика се състоя през 2012 г., когато устройството, все още почти неуправляемо, прелетя около 100 м. Неговите твърди композитни крила се задвижваха от малък двигател с колянов вал. И след още шест месеца подобрената 29-килограмова версия остана във въздуха толкова дълго, колкото издържа половинлитров резервоар за гориво - 10-15 минути. Разработчиците са издали RF патент за своя маховик № 2488525.

„Освен всичко друго сме изправени и пред проблем с управлението“, продължава Андрей Мелник. - Маховикът беше отклонен вертикално и контролиран надеждно с помощта на елеваторите на опашката. Но за да променим курса хоризонтално, трябваше да инсталираме допълнителни крила на крилата. Чрез промяна на позицията им стана възможно пълното управление на устройството по време на полет чрез радиоканал.

Трябва да се каже, че маховикът все още не излита вертикално, въпреки че изисква много къса писта за излитане. Само 5-10 м - и той излиза начело. Тази цифра може да бъде допълнително намалена, но за да се създаде истински модел в пълен размер, дизайнът ще трябва да бъде сериозно подобрен. Според Андрей Мелник, на първо място е необходимо да се откаже от коляновия механизъм, който не е много успешен за създаване на махащи движения на крилата. Той генерира твърде опасни инерционни сили, които са особено силни в горната и долната „мъртви точки” на трептенето. „Ако вземем друго задвижване, което е способно да съхранява енергията от последните фази на движение и след това да го използва, за да се движи в обратна посока, то ще бъде много по-ефективно“, казва дизайнерът. „Това може да е например пневматичен механизъм, имаме такива идеи.“

„Най-лошото е, че все още не разбираме как точно лети“, продължава Андрей Мелник. - И по образование, и по умения ние сме практици, дизайнери, не теоретици, не учени. Но определено можем да кажем, че конвенционалните теоретични модели не са подходящи за маховик и нашите тестове потвърдиха това. По-специално, нашият коефициент на повдигане се оказа многократно по-голям от този на типично крило на самолет. Защо? Надявам се, че някой може да го разбере." Може би всичко наистина ще се случи в обратен ред: след като разберем как лети летецът, най-накрая ще разберем пляскащия полет на птици и насекоми.