Hogyan épített lendkereket egy moszkvai mérnök. Hogyan épített egy moszkvai mérnök lendkereket A gyakorlattól az elméletig

Az ornitopter a levegőnél nehezebb repülőgép, amelyet repülés közben a levegő reakciói a repülőivel támogatnak, amelyek csapkodó mozgást kapnak.

Az ornitopterek ősidők óta érdekeltek, mert így repülnek a madarak.

Vannak még Leonardo DeVinci ornitopter rajzai is.

A házi készítésű ornitopter lendkerék saját kezű készítéséhez a következő fogyóeszközökre lesz szüksége:

Az alábbi képen rajzokat láthat az ornitopter saját kezű készítéséhez.

Gyártáshoz érdemesebb hársfát vagy balsát használni, széncsöveket, vagy ahogy kínai elvtársaink teszik, műanyag rudakat. Azonban bármilyen fa iszapját megtervezheti - nyír, hárs stb.

A keretlécek csatlakozása hornyos núddal történik, és ragasztóval impregnált menetekkel van becsomagolva.

A szárnyak bevezető éleit is menettel kötik a karokhoz, de előtte lyukat készítenek bennük, amelyen átvezetik a kar tüskét.

A gumimotor tengelyének és karjainak csapágya készülhet huzalszigetelésből, vagy a fogantyúból a rúd egyes részeiből, menettel feltekercselve és ragasztóval impregnálva a meneteket. Az ábrán láthatóhoz hasonló főtengelyt hajlítanak ki a huzalból, majd ráhelyeznek egy gyöngyöt és behelyezik a csapágyba, majd a horgot meghajlítják (lásd ábra). A karok meg vannak hajlítva, és behelyezésük után a végeik meg vannak hajlítva.

A stabilizátor farkát ugyanúgy lécekből rögzítik, mint a keretet, majd a huzalt menetekkel rátekerik és meghajlítják, mint a képen.

Az ornitopter keretén egy vágást készítenek, amelybe a huzalt behelyezik, majd cérnával becsomagolják és ragasztják.

Ezután hajtórudakat készítünk, bambuszból készítjük, csak kényelmes vékony rudakat letörni róla, a végükre huzalszigetelő csöveket teszünk, lyukakat égetünk a csövekben, felmelegítjük a drótot egy gyertya felett és gyorsan átszúrjuk a csövet vele. A csöveket attól a végétől hosszabbítjuk meg, ahol a pálcika be van helyezve, erre lesz szüksége a beállításhoz.

Két gumiszalagot kifeszítünk a horgok közé és megcsavarjuk a gumimotort, de ne nagyon, és elengedjük, a szárnyak kezdjenek el mozogni, ha nem egyforma a löketük, akkor hajlítsuk meg az első hajtókart.

Ezután gumiragasztóval bekenjük a középső bordát és a szélső léceket, ráhelyezzük a repülőnket a fóliára és megigazítjuk, hogy a fólia megereszkedjen, de ne nagyon, igyekszünk mindkét oldalon egyformán csinálni, különben körbe fog repülni. .

Gumicement használatakor ajánlatos mindent kis szalagcsíkokkal alátámasztani.

Arra is ügyelünk, hogy a szárnyak azonosak legyenek.

Mindenképpen hagyja megszáradni a ragasztót, majd indítsa el!

Ha nem egészen értené a felépítést, nézze meg az alábbi videót.

Videó az ornitopter saját kezű készítéséről

És itt van egy 3 grammos ornitopter mini változatának repülése.

Hogyan állítsunk be ornitoptert

Ha a madár merül, hajlítsa felfelé a farkát; ha dől (felemeli az orrát és esik), akkor eressze le, ellenkezőleg. Továbbá a hajtórudak hosszának változtatásával nagyobb stabilitást és tapadást érünk el repülés közben.

Ha minden megfelelően van összeszerelve, ez a modell egyenes vonalban emelkedik a magasságba, majd lassan csapkodja a szárnyait, majd leül, és kissé összehúzza a szárnyait. A beltéri modell mászáskor inkább szitakötőre hasonlít, a csapkodás frekvenciája eléri a 20 Hz-et. Nagyobb modell összeszerelésekor nő a repülési idő, magasság és a repülés szórakoztatási értéke, csökken a kilengések gyakorisága, de erősebb és hosszabb rugalmas szalagra van szükség

A gumimotoron repülés azonban nem túl izgalmas. Sokkal érdekesebb egy rádióvezérlésű ornitopter.

Hogyan készítsünk rádióvezérlésű ornitoptert

A fenti videó bemutatja, hogyan van felszerelve egy házi készítésű ornitopter motorral és rádióvezérléssel.

Ez a videó az ornitopterkészítés részben látható videó folytatása.

Boldog repülést!

Az ornitopterek olyan gépek, amelyek csapkodó szárnyakkal repülnek, mint a madarak.
Az Arizonai Egyetem Repülő Mikroeszközök Laboratóriumának (MAV) szakemberei rájöttek ezeknek a repülő babáknak a létrehozására Leonardo Da Vinci rajzai alapján, és meg is tudták szervezni tömeggyártásukat.

A bemutatott készülék a világ legkisebb ornitopterje. Ez a mechanizmus nem nagyobb, mint egy kolibri, másodpercenként 40-szer csapkodó szárnyakkal repül, propeller nélkül, mint a legtöbb repülőgépmodell. A digitális rádióvezérlés sima kanyarokat, fel- és ereszkedést tesz lehetővé. Az ornitopter váza tartós, de könnyű műanyagból készült. A szárnyakat és a farkát szakadásálló szál borítja. A lítium akkumulátor akár 7 percig is repülés közben maradhat.

Megnézheti közelebbről a miniatűr ornitoptert

Egy másik mini ornitopter, amelyet a Utah Egyetem laboratóriumai készítettek kifejezetten a versenyen való részvétel céljából, szénszálas elemekből épül fel. Ennek vezérlésére háromcsatornás rádiórendszert használnak. A szabványos szervomotorok helyett „felületvezérlő mágnesszelepeket” használnak (a fordítás nem biztos, hogy pontos), elektromágneses impulzusok segítségével mozgatják a felületeket. Ennek a mikromadárnak a szívében egy személyhívóból származó miniatűr vibrációs modul található.

Számos amerikai és nemzetközi miniatűr repülőgép-versenyen részt vett, ez a kicsi időről időre győztesként került ki. első helyek a világon az ornitopterek között és általában a második a miniatűr repülőgépek között.

És így néz ki ez a kis csoda repülés közben.

Az ornitopter a levegőnél nehezebb repülőgép, amelyet repülés közben a levegő reakciói a repülőivel támogatnak, amelyek csapkodó mozgást kapnak.

Az ornitopterek ősidők óta érdekeltek, mert így repülnek a madarak.

Vannak még Leonardo DeVinci ornitopter rajzai is.

A házi készítésű ornitopter lendkerék saját kezű készítéséhez a következő fogyóeszközökre lesz szüksége:

Az alábbi képen rajzokat láthat az ornitopter saját kezű készítéséhez.

Gyártáshoz érdemesebb hársfát vagy balsát használni, széncsöveket, vagy ahogy kínai elvtársaink teszik, műanyag rudakat. Azonban bármilyen fa iszapját megtervezheti - nyír, hárs stb.

A keretlécek csatlakozása hornyos núddal történik, és ragasztóval impregnált menetekkel van becsomagolva.

A szárnyak bevezető éleit is menettel kötik a karokhoz, de előtte lyukat készítenek bennük, amelyen átvezetik a kar tüskét.

A gumimotor tengelyének és karjainak csapágya készülhet huzalszigetelésből, vagy a fogantyúból a rúd egyes részeiből, menettel feltekercselve és ragasztóval impregnálva a meneteket. Az ábrán láthatóhoz hasonló főtengelyt hajlítanak ki a huzalból, majd ráhelyeznek egy gyöngyöt és behelyezik a csapágyba, majd a horgot meghajlítják (lásd ábra). A karok meg vannak hajlítva, és behelyezésük után a végeik meg vannak hajlítva.

A stabilizátor farkát ugyanúgy lécekből rögzítik, mint a keretet, majd a huzalt menetekkel rátekerik és meghajlítják, mint a képen.

Az ornitopter keretén egy vágást készítenek, amelybe a huzalt behelyezik, majd cérnával becsomagolják és ragasztják.

Ezután hajtórudakat készítünk, bambuszból készítjük, csak kényelmes vékony rudakat letörni róla, a végükre huzalszigetelő csöveket teszünk, lyukakat égetünk a csövekben, felmelegítjük a drótot egy gyertya felett és gyorsan átszúrjuk a csövet vele. A csöveket attól a végétől hosszabbítjuk meg, ahol a pálcika be van helyezve, erre lesz szüksége a beállításhoz.

Két gumiszalagot kifeszítünk a horgok közé és megcsavarjuk a gumimotort, de ne nagyon, és elengedjük, a szárnyak kezdjenek el mozogni, ha nem egyforma a löketük, akkor hajlítsuk meg az első hajtókart.

Ezután gumiragasztóval bekenjük a középső bordát és a szélső léceket, ráhelyezzük a repülőnket a fóliára és megigazítjuk, hogy a fólia megereszkedjen, de ne nagyon, igyekszünk mindkét oldalon egyformán csinálni, különben körbe fog repülni. .

Gumicement használatakor ajánlatos mindent kis szalagcsíkokkal alátámasztani.

Arra is ügyelünk, hogy a szárnyak azonosak legyenek.

Mindenképpen hagyja megszáradni a ragasztót, majd indítsa el!

Ha nem egészen értené a felépítést, nézze meg az alábbi videót.

Videó az ornitopter saját kezű készítéséről

És itt van egy 3 grammos ornitopter mini változatának repülése.

Hogyan állítsunk be ornitoptert

Ha a madár merül, hajlítsa felfelé a farkát; ha dől (felemeli az orrát és esik), akkor eressze le, ellenkezőleg. Továbbá a hajtórudak hosszának változtatásával nagyobb stabilitást és tapadást érünk el repülés közben.

Ha minden megfelelően van összeszerelve, ez a modell egyenes vonalban emelkedik a magasságba, majd lassan csapkodja a szárnyait, majd leül, és kissé összehúzza a szárnyait. A beltéri modell mászáskor inkább szitakötőre hasonlít, a csapkodás frekvenciája eléri a 20 Hz-et. Nagyobb modell összeszerelésekor nő a repülési idő, magasság és a repülés szórakoztatási értéke, csökken a kilengések gyakorisága, de erősebb és hosszabb rugalmas szalagra van szükség

A gumimotoron repülés azonban nem túl izgalmas. Sokkal érdekesebb egy rádióvezérlésű ornitopter.

Hogyan készítsünk rádióvezérlésű ornitoptert

A fenti videó bemutatja, hogyan van felszerelve egy házi készítésű ornitopter motorral és rádióvezérléssel.

Ez a videó az ornitopterkészítés részben látható videó folytatása.

Boldog repülést!

Miért nem repülnek az emberek, mint a madarak? Hogyan repülnek: a repülőgépek aerodinamikája szinte megegyezik a madarakéval, bár az emberek még mindig egy teljesen „morfizálható”, változtatható szárnyon dolgoznak. A repülés során nagy magasságokat értünk el. Ha átszámítjuk kilogramm tömegre és repülési kilométerekre, egy modern utasszállító kevesebb energiát költ, mint egy madár.

Egy ősi álom, mint az egész családunk, hogy madárként repüljünk – azaz szabadon csapkodjon a szárnyaival – beteljesületlen marad. Ez az álom olyan erős, hogy bár a világon egyetlen légitársaság vagy hadsereg sem üzemeltet egyetlen ornitoptert sem, a jelenlegi nemzetközi polgári repülésről szóló egyezmény meghatározza: „Levegőnél nehezebb repülőgép, amelynek repülését elsősorban a légitársaság reakciói támogatják. levegő.” síkjaival, amelyek lengő mozgást kapnak.”

A repülőgéptől a helikopterig

A csapkodó repülés álmának azonban praktikus oldala is van. Az aerodinamikai minőség – a repülés hatékonyságát meghatározó emelési és légellenállási arány – kifejezetten magas a repülőgépeknél. De a repülőgépekhez drága és összetett repülőterekre és nagy kifutópályákra van szükség. A helikopterek ebben az értelemben kényelmesebbek: függőlegesen szállnak fel és landolnak, infrastruktúra igénye nélkül. Sokkal manőverezhetőbbek, és még mozdulatlanul is képesek lebegni. De a helikopterek aerodinamikai minősége alacsony, és egy óra repülési idejük egyáltalán nem olcsó.

Sokszor próbálják keresztezni az egyiket a másikkal – a forgószárnyú giroplánoknak és a tiltrotoroknak megvannak a maguk rajongói. Néhány szűk feladat megoldásához ezek a repülőgépek akár nélkülözhetetlenek is lehetnek. Ennek ellenére az ilyen hibridek nem bizonyulnak túl sikeresnek: van egy jól ismert vicc, hogy nem annyira az előnyöket, mint a legfontosabb hátrányokat egyesítik mind a repülőgépek, mind a helikopterek esetében. De a lendkerekek megfelelő megoldás lehet. Elméletileg képesek lesznek álló helyzetből felszállni, a levegőben lebegésig manőverezhetőek lesznek, és szinte repülőgépszerű aerodinamikai minőséget tudnak majd demonstrálni.

De az első esetlen léggömbösök természetesen nem a repülőgépekre gondoltak, amelyek még nem léteztek, hanem a madarakra. Úgy tűnt, elég megtanulni szárnyakkal kilökni a levegőt – és az ember repülni fog. Ilyen nézetekkel persze egyikük sem tudott felállni. A szárnyas mechanikus eszközök a legjobb esetben is ügyetlen siklásra készültek, ahogy a legendás bencés szerzetes, Aylmer tette, aki körülbelül ezer éve ugrott fel az angliai Malmesbury Abbey tornyából, súlyos sérüléseket szenvedve.

Apró ornitoptereket fejlesztenek szerte a világon. Szerzőik általában kisebb-nagyobb pontossággal próbálják utánozni a természetet, megismételve egy repülő rovar tervét. 2015 májusában Peter Abbeel és Robert Dudley, a Berkeley Egyetem Biomimetic Millisystems Laboratóriumából egy 13,2 grammos lendkerék nagyon lenyűgöző felszállását mutatták be egy hatlábú mikrorobot hátán lévő „kilövőből”.

Madártól rovarig

A számos kudarc oka világos: a repülés lényege akkoriban meglehetősen homályosan ábrázolódott. A madarakat nem a levegő tartása adja, hanem a szárnyprofil speciális kontúrja. A szembejövő áramlást kettéosztva a felső szél felett gyorsabban mozog a levegő, mint az alsó szél felett. Bernoulli törvénye szerint a nyomás nagyobb lesz a lassabb áramlású területen. A szárny alatti és felette kialakuló nyomáskülönbség emelést hoz létre. De amint elkezdi csapkodni a szárnyait, ez a tiszta kép teljesen megváltozik.

Egy jól ismert mondás szerint „az aerodinamika törvényei szerint a poszméhek egyáltalán nem tudnak repülni”. Elvileg ez igaz: a klasszikus aerodinamika szempontjából a rovarok és szárnyaik valami szürreális. Elméletileg sem képesek a repüléshez szükséges emelő- és tolóerőt létrehozni - hacsak nem térünk át a klasszikus vitorlázó aerodinamikáról az új, bizonytalanok felé. Itt minden más: a turbulens turbulencia, amellyel a repülőgép-tervezők fáradhatatlanul küzdenek, mind a poszméh, mind rokonai számára a repülés kulcsává válik.

A nagytestű madarak csak alkalmanként használnak csapkodást – például ha le kell lassítani a leszálláshoz vagy felszálláshoz. Ez a csapkodás és a lábak mozgása lehetővé teszi számukra, hogy előre tolóerőt szerezzenek, így a szárny emelése működésbe lép. A rovarok folyamatosan csapkodnak szárnyaikkal, egy speciális pálya mentén, nagyobb valószínűséggel oda-vissza, mint fel-le. A szárnyak rugalmasságával és a megfelelő gyakoriságú csapkodással kombinálva ez turbulens örvényeket hoz létre a bevezető élükön, amelyek a szárny széléről a felső és az alsó pontokon „lecsapódnak”. Elegendő emelést és tolóerőt hoznak létre a darázs repüléséhez.

A mozgás első és második fázisának sebességének megváltoztatásával a rovar szabályozza ezen erők irányát, a levegőben manőverezve. És még a szárny felületén lévő sörték, egyenetlenségek és egyenetlenségek is – az áramvonalas repülőgépszárnyaktól eltérően – turbulens örvényeket képeznek.

Moszkvától Torontóig

Ezeket a finomságokat sokáig nem ismerték, és még mindig nem értik teljesen. De kiderült, hogy a legegyszerűbb esetben erre nincs szükség. A német repülőgép-tervezők már a második világháború előtt is sikeresen dobtak piacra kis, könnyű ornitoptereket, csavart gumiszalaggal. Még a híres aerodinamikus, Alexander Lippisch is tisztelgett szenvedélyük előtt, és az 1930-as években Eric von Holstnak sikerült felemelnie a földről egy ornitoptert, amelyre belső égésű motort szereltek. Nem sikerült azonban olyan eszközt létrehozni, amely valami hasznos prototípusának tekinthető, legalább egy személy vagy rakomány szállítására alkalmas. Az 1960-as években Percival Spencer egy 2,3 m-es szárnyfesztávolságú és apró (5,7 cm3) kétütemű motorral rendelkező „orniplane” repülését mutatta be – ezt egy kezelő irányította kábelen keresztül.

Egy nagyobb lendkerék csak az 1980-as évek elején szállt fel, amikor Valentin Kiselev, a Moszkvai Repülési Intézet professzora egy hét kilogrammos eszközt tervezett, amely képes önállóan felszállni és repülésben maradni. Idővel a modellt megszabadították a kábeltől, és rádión keresztül vezérelték. Ebben a munkában Kiselev nyomdokait követte tengerentúli kollégája, James Delorier. 1991-ben Deslauriers oklevelet kapott a Nemzetközi Repülési Szövetségtől az "első motoros és távirányítású ornitopter" megalkotásáért. 2006-ban felszállt az UTIAS Ornithopter No.?1 modellje, majd hamarosan az emberes lendkerekes Snowbird is felszállt - 14 másodperc alatt repült mintegy 300 métert a pilóta izmos vontatása alatt.

„Ez nem teljesen igazságos eredmény” – magyarázza Kiselev professzor tanítványa, Andrej Melnik, a MAI végzettsége. - Ismerem ezeket a szerkezeteket, és nem tekinthetők lendkeréknek a szó teljes értelmében. Az első eszközt sugárhajtóművel szerelték fel a tolóerő létrehozására és a felszállásra. A második pedig egy másik fontos dolgot mutatott be: az emberi izomerő nem elég a csapkodó repüléshez. Még egy képzett pilóta, egy sportoló is csak kis távolságot tudott repülni.”

Oda-vissza mozgás
A sebességváltó a motordugattyúkat a fogaskerekek forgó mozgásává, a forgattyús hajtómű pedig a szárnyak oda-vissza csapkodásává alakítja vissza. A feltalálók arról álmodoznak, hogy ezt a kialakítást hatékonyabbá tegyék azáltal, hogy a dugattyúk mozgását közvetlenül a szárnyakra továbbítják.

A játéktól a tudományig

Azt kell mondanunk, hogy ha még nem sikerült elsajátítani a „hasznos” csapkodó repülést, a játékipar már elég magabiztosnak érzi magát ezen a téren. Az első kisméretű gumiszalagos modellek a 19. század végén jelentek meg a forgalomban, ma pedig az egyik népszerű, csapkodó szárnyú, villanymotoros és rádióvezérlésű játékot kínálja a WowWee játékrobot-fejlesztő cég.

„Én magam a repülőgépmodellezéssel kezdtem – mondja Andrey Melnik –, így el tudom képzelni, milyen igényesek a repülőgépek a földről irányító pilóta tudására. Szó szerint egy kínos mozdulat – és farokpörgésbe vagy gurulásba esik. És elmondhatom, hogy a lendkerekünk irányításával kapcsolatos tapasztalataim azt mutatják, hogy ezt a készüléket még egy gyerek is tudja kezelni. Olyan stabilnak bizonyultunk, hogy könnyen megbocsát minden hibát, és a levegőben marad.”

Az emberek nem szívesen fektetnek be pénzt egy új típusú, meglehetősen kétes kilátásokkal rendelkező repülőgép fejlesztésébe. Andrej Melniknek és Dmitrij Shuvalovnak azonban sikerült meggyőznie a befektetőket arról, hogy a modern technológiáknak és a megfelelő befektetéseknek köszönhetően létrejöhet egy lendkerék. „Sok olyan alapvető pontot sikerült megtalálnunk, amelyeket korábban félreértettek, például amikor Kiselev professzorral dolgoztam együtt” – teszi hozzá a tervező. - Az első modelljeink egyszerűen szétestek, nem bírták a terhelést. Tehát azt feltételezték, hogy az aerodinamikai erők ilyen terhelést okoznak az eszközön. A tesztek azonban azt mutatták, hogy ez nem így van, és a fő hatás a csapkodó szárnyak tehetetlenségének köszönhető.”

A meghibásodások okainak azonosítása után a fejlesztők a lehető legnagyobb mértékben csökkentették a szárny súlyát - 600 g-ra 0,5 m2 területtel - és csillapították a törzsre gyakorolt ​​hatását. „Igazi meglepetés volt számunkra a szimulációs eredmények, amelyek azt mutatták, hogy a négyszárnyú repülőgép aerodinamikai központja nem valahol az első és a hátsó szárnypár között van, hanem mögöttük” – emlékszik vissza Andrey Melnik. - A probléma megoldásához meg kellett változtatni az első és a hátsó farok geometriáját. De ennek eredményeként a lendkerék magabiztosan kezdett a levegőben maradni.

A gyakorlattól az elméletig

A lendkerék első repülésére 2012-ben került sor, amikor a még szinte irányíthatatlan eszköz mintegy 100 m-t repült, merev kompozit szárnyait egy kis motor hajtotta forgattyús sebességváltóval. Újabb hat hónap elteltével pedig a továbbfejlesztett, 29 kilogrammos változat addig maradt a levegőben, ameddig egy félliteres üzemanyagtartály bírta - 10-15 percig. A fejlesztők rádiófrekvenciás szabadalmat adtak ki a 2488525 számú lendkerekükre.

„Többek között vezetési problémával is szembesülünk” – folytatja Andrey Melnik. - A lendkerék függőlegesen el volt terelve, és megbízhatóan vezérelték a faron lévő felvonók segítségével. De ahhoz, hogy vízszintesen változtassuk az irányt, további szárnyakat kellett felszerelnünk a szárnyakra. A helyzetük megváltoztatásával lehetővé vált a készülék teljes irányítása repülés közben rádiócsatornán keresztül.”

El kell mondani, hogy a lendkerék továbbra sem száll fel függőlegesen, pedig nagyon rövid kifutópályát igényel a felszálláshoz. Csak 5-10 m - és bemegy az élre. Ez a szám tovább csökkenthető, de egy igazi teljes méretű modell létrehozásához a tervezést komolyan javítani kell. Andrey Melnik szerint mindenekelőtt el kell hagyni a forgattyús mechanizmust, amely nem túl sikeres a szárnyak csapkodó mozgásainak létrehozásában. Túl veszélyes tehetetlenségi erőket hoz létre, amelyek különösen erősek az oszcilláció felső és alsó „holtpontjában”. „Ha veszünk egy másik meghajtót, amely képes tárolni az utolsó mozgási fázisok energiáját, majd ezzel ellentétes irányba mozogni, sokkal hatékonyabb lesz” – mondja a tervező. "Ez lehet például egy pneumatikus mechanizmus, ilyen elképzeléseink vannak."

„A legrosszabb az, hogy még mindig nem értjük pontosan, hogyan repül” – folytatja Andrej Melnik. - Mind képzettségünket, mind képességeiket tekintve gyakorlók, tervezők vagyunk, nem teoretikusok, nem tudósok. De határozottan kijelenthetjük, hogy a hagyományos elméleti modellek nem alkalmasak lendkerékre, és tesztjeink ezt megerősítették. Különösen az emelési együtthatónk bizonyult sokszorosának, mint egy tipikus repülőgépszárnyé. Miért? Remélem, valaki kitalálja." Talán tényleg minden fordított sorrendben fog történni: miután rájöttünk, hogyan repül a szórólap, végre megértjük a madarak és rovarok csapkodó repülését.