Чому янесокiл, чому нелiтаю: крылья

Чому янесокiл, чому нелiтаю: крылья

Неестественная серебристая чайка по имени Smartbird (Умник), жужжа сервомоторчиками и старательно имитируя машущий полет, в течение 60 секунд кружила над сверкающими лысинами бюргеров, чуть не задевая двухметровыми крыльями вентиляционные короба на потолке. Ганноверский перформанс удался на славу — информационный шум во всемирной электронной и бумажной прессе, поднятый Умником, стих лишь к середине лета.

Еще бы, поскольку скромняга Фишер провозгласил, что тайна машущего полета, тайная тысячелетия, над которой разламывали головы (а также зубы) такие глыбы, как Леонардо да Отто и Винчи Лилиенталь, наконец-то разгадана. Авторы технологического прорыва были названы поименно. Не считая самого Фишера, это конструкторы Гюнтер и Райнер Муграуэры, физик Вольфганг Зенд, и юные программисты Кристоф и Агалия Йебенс.

Чайка по имени Умник

Ключевые принципы машущего полета в версии германской компании Festo, в большинстве случаев специализирующейся на разработке пневматических и электромеханических узлов для индустриальной автоматики, сводятся к следующему. Во-первых, при махе угол атаки крыла прогрессирует от основания к кончику за счет активного скручивания кистевого сегмента. Во-вторых, на протяжении маха вниз (рабочего маха) угол атаки должен быть хорошим, а на протяжении маха вверх (холостого маха) — отрицательным.

В-третьих, тяга на рабочем махе создается за счет активной артикуляции крыла в месте сочленения плечевого и кистевого сегментов (артикуляция в переводе с «птичьего» — сгибание), а подъемная сила обеспечивается плечевым сегментом. В-четвертых, маневрирование в машущем полете производится методом хвоста и поворота головы в сторону маневра. Вот и все!

По утверждению Маркуса Фишера, эти нехитрые постулаты разрешают птицам, а заодно и Умнику быть сверхэффективными летательными аппаратами. Неутомимое сердце в его легком карбоновом тельце, обтянутом пенополиуретановой кожей, заменяет литий-ионная батарея, а связки и мышцы — высокооборотные бесколлекторные сервоприводы и моторчики.

Сдвоенный шатунный механизм с двухступенчатым понижающим редуктором несёт ответственность за синхронность и плавность колебаний плечевых лонжеронов, трапециевидный шарнир трудится над артикуляцией, а маленькие сервоприводы на дальних нервюрах каждого из крыльев по команде микроконтроллера изменяют угол атаки кисти в плюс либо минус от горизонтали. Вследствие этого лонжероны плеча Умника, подыгрывая нервюрам, скручиваются довольно собственной продольной оси, и птичка атакует воздушный поток как раз так, как ее учили.

Изменение траектории полета обеспечивается парой сервоприводов, натягивающих кевларовые тросики на маленьких кронштейнах хвостового и головного сегментов. Аппарат может самостоятельно отрываться от почвы, не смотря на то, что шасси либо перепончатых лап у него нет.

Умник, нужно отметить, вправду рационален — в случае если парни из Festo не жонглируют цифрами, то при массе 400 г его энергопотребление образовывает всего 23 Вт, а КПД приближается к 80%. Кстати, о КПД: его вычисляли на круговом стенде, как отношение тяги крыльев к затраченной энергии. Достаточно спорный способ применительно к машущему полету, но другого, к сожалению, пока не придумали.

Вообще-то, Умник — это, по-видимому, шутка юмора. систем и Бортовых мозгов, делающих роль органов эмоций, у птички нет, и она нисколько не умнее детской машинки с ДУ. Микроконтроллер за ?10 и три датчика Холла в маховом механизме — не в счет.

Все, что вытворяет в воздухе квазичайка, продиктовано радиокомандой пилота, отправленной с пульта управления.

А габариты? Вес Умника, объявленного как «копия серебристой чайки», образовывает 400 г, а размах крыльев — 2 м. Его настоящие прототипы вида Larus argentatus как минимум в два раза тяжелее и на полметра уже «в плечах». Из-за чего?

Но не будем брюзжать. К чему эти небольшие придирки к блестящей в целом работе команды Festo? Небольшие — ни к чему

Дали маху

Но важных претензий к Умнику куры не клюют. Причем, не у автора данной статьи, а у умелых авиамоделистов. К примеру, у голландца Роберта Мустерса, шведа Кьелла Дальберга и Шона Кинкейда из Штатов. Основная из них: настоящие чайки летают не так. И по большому счету, все птицы и тем более летучие мыши, равных которым по эффективности и мастерству машущего полета нет в природе, летают совсем в противном случае.

И все — по-различному. Однако в биомеханике птичьего полета имеется пара базисных правил, каковые были почему-то проигнорированы командой Festo.

Плечевые лонжероны Умника имеют одну степень свободы и заточены под линейные вертикальные колебания. Еще один принципиальный момент касается свойстве к планированию, которой в различной степени наделены все настоящие птахи. Многие из них, к примеру тёмные стрижи, альбатросы и грифы, смогут лежать на воздушных потоках часами. А также дремать на них, как на ортопедическом матрасе, расслабленно покачивая распростертыми крыльями.

Но, если судить по повадкам Умника, планирование не его стихия. Из-за спорной трактовки биомеханики крыла он совсем не «ловит ветер» и должен всегда сучить крылышками. А вот орнитоптеры Шона Кинкейда и Роберта Мустерса на плотных потоках держатся, как приклеенные.

Не говоря уже об неповторимых птицепланерах Боба Хоуи.

О поведении Умника в условиях настоящей атмосферной круговерти мы также ничего не знаем — все демо-полеты команда Festo проводит в условиях комнат. Тогда как радиоуправляемые хищники Мустерса шутя расправляются со шквалами ветра до 50 км/ч.

Если доверять Festo, в воздухе птицы рулят, поворачивая хвост и голову. На самом же деле маневрирование выполняется за счет трансформации тяги крыльев. Хвостовые перья отвечают только за стабилизацию тела в полете.

У настоящих серебристых чаек нет нелепого вертикального руля, как на хвосте Умника. Голова же, фигурально говоря, нужна пернатым, дабы имеется. У того же стрижа клюв фактически не закрывается — для поддержания «заряда батареек» бедняга должен переваривать 20−30 тысяч насекомых в день.

Какие конкретно тут 23 Вт — данный обжора просто не отключается от «розетки»!

Ни пуха, ни пера

А какая бы классная оказалась птичка у Festo, пригласи Фишер в собственную команду настоящих профи в области машущего полета. К примеру, Роберта Мустерса, сокольничего из древнего голландского города Неймеген. Того самого, что со своим соколом-сапсаном в прошедшем сезоне занимался зачисткой воздушного пространства в районе наибольшего голландского авиаузла Схипхол. Сапсан Мустерса, три месяца нагонявший жуть на бестолковую пернатую мелочь, был, как и Умник, механическим.

Но, у Роберта имеется и настоящий охотничий сокол, но обращение на данный момент отправится не о нем.

Мустерс — фигура достаточно таинственная и непубличная. Быть может, эта загадочность разъясняется тем, что на данный момент его компания и Роберт GreenX находятся в ходе получения патента на инновационный дизайн крыла, что, он утвержает, что в два раза превосходит по создаваемой подъемной силе все узнаваемые аналоги. На его базе обладатель GreenX собирается совершить технологическую революцию в области ветро- и гидроэнергетики.

По крайней мере, на протяжении прошлогодних статических опробований в аэродинамическом тоннеле Дельфтского университета аэроупругое крыло типа RoBird продемонстрировало плюс 41% по подъемной силе в сравнении с лучшими примерами турбинных лопаток. Очевидно, все радиоуправляемые хищники — а в активе Мустерса имеются фиберглассовые копии сапсана, орла и ястреба — летают лишь на RoBird.

В отличие от большинства машущих аппаратов, сверхреалистичные орнитоптеры Мустерса стойко переносят лишения и тяготы в виде столкновений с деревьями, почвой и вынужденные посадки на воду. За три года эксплуатации Роберту приходилось пара раз латать своим хищникам деформированные от ударов крылья, но противоударная и влагонепроницаемая механика до сих пор трудится как часы. О том, как устроено крыло RoBird, знают лишь сам Мустерс и его патентный поверенный.

В скором времени завеса секретности будет снята, а до тех пор пока Роберт раскрывает только неспециализированные черты собственного изобретения. Но и они чертовски занимательны.

RoBird, концепция которого появилась в следствии трех десятков множества экспериментов и лёт наблюдений, представляет собой аэроупругое полнопрофильное крыло с изменяемым углом и переменной жёсткостью атаки. Любой мах RoBird?- рабочий (так как электромоторчику, в отличие от мускулов, не требуется отдыхать на холостом махе). Лишь при махе вверх крыло создаёт тягу, а при махе вниз — лифт и тягу.

И этим оно радикально отличается от настоящих птичьих крыльев, не смотря на то, что по форме а также по нанесенному рисунку перьев в точности их повторяет. По данной же причине птицы Мустерса летают значительно стремительнее настоящих хищников.

Как же быть с Festo? Само собой разумеется, хочется возразить, что «неверный» Умник все-таки летает. Само собой разумеется, летает, как и пара сотен вторых орнитоптеров с разной техникой машущего полета, копирующих птиц либо совсем на них непохожих. Десятки из них на порядок круче Умника по всем статьям.

Но никому из авторов этих аппаратов не пришло в голову брякнуть во всеуслышание об окончательной дешифровке птичьего полета. А целый сыр-бор по поводу птичьей энергоэффективности по большому счету не имеет смысла: птицы далеко не совершенные летуны и для многих из них машущий полет — пожизненное наказание.

Маховый механизм Wiggle-Drive

a:2:{s:4:TEXT;s:6549:

В отличие от Умника с его примитивным шатунным механизмом Wiggle-Drive шведского изобретателя Кьелла Дальберга, сочетающий маховые перемещения с одновременным тангажом крыльев, блестяще имитирует биомеханику машущего полета птиц. Он снабжает действенную артикуляцию крыльев с переменной жесткостью.

Простой Wiggle-Drive, являющийся гибридом механизма перекоса от вертолета, треугольного шатуна и планшайбы, очень действен для полнопрофильных крыльев с переменной жесткостью.

Полет баттерфляем: У птиц крылья на рабочем махе движутся вперед-вниз, как при плавании баттерфляем

На холостом махе плечевые сегменты складываются максимально близко к телу и отводятся в исходное положение вверх-назад.

Артикуляция на холостом махе и происхождение над крыльями территории низкого давления облегчает подъем крыльев. Исходя из этого у птиц нет замечательных спинных мышц-разгибателей — они им не необходимы. А вот для рабочего маха никакой артикуляции птице не нужно: за счет замечательных грудных мышц это перемещение производится фактически полнопрофильным крылом.

Домашний орнитоптер

Протяженность фюзеляжа: 170 мм

Размах крыльев: 330 мм

Масса: 8,35 г

Мощность двигателя: 0,8 Вт Скорость вращения вала: 35 000 об/мин

Частота махов: до 17 герц

Амплитуда маха: 55 градусов

Большая продолжительность полета: 6 мин.

Француз Эдвин Ван Рюмбеке, создатель забавной радиоуправляемой птички, в отличие от Роберта Мустерса, не делает секрета из ее устройства. Да и какие конкретно смогут быть секреты, в случае если Avitron, демонстрирующий чудеса воздушной акробатики, вольно продается за какие-то ?80 в веб-магазине. Однако эта хайтековская игрушка из жидкокристаллических полимеров, карбона и полиацетата массой всего 8,35 г и размахом крыльев 330 мм очень весьма интересно устроена.

Во внутренней полости фюзеляжа Avitron длиной 80 мм и диаметром 20 мм Ван Рюмбеке ухитрился разместить сложнейшее хозяйство: шестиграммовый высокооборотный электромоторчик мощностью 0,8 Вт с алюминиевым воздушным радиатором, понижающий микроредуктор, ЭБУ силовой установки весом 0,53 г, литий-механизм изменения и полимерный аккумулятор наклона хвостового оперения.

Частота махов определяет скорость полета Avitron. Поворачивает птичка в воздухе за счет повышения вылета задней кромки одного из упругих крыльев. Наклон хвоста регулируется вручную в пяти фиксированных положениях. Чем он выше, тем меньше амплитуда маневров.

Совокупность дистанционного радиоуправления разрешает порхать в зоне дальнобойности сигнала сходу шести летательным аппаратам.

Царь-птица

Ястреб Мустерса взлетным весом 700 г развивает «максималку» порядка 60 км/ч, а более легкий сапсан — 75. Более того, эти «малыши» смогут принять на борт дополнительную сотню граммов груза без всякого ущерба для манёвренности и скорости.

Двухкилограммовый орел валит стрелку спидометра за сотню, неся на горбу 1,5 кг поклажи. А вдруг груз заменить на дополнительные литий-полимерные батареи, царь-птица сможет держаться в воздухе как минимум несколько часов не учитывая времени планирования на восходящих потоках.

Кстати, знатоков в таких случаях больше интересует не «максималка», а «минималка» — предельная скорость сваливания.

Так вот, по словам Мустерса, она фактически нулевая. Иными словами, птички с крыльями типа RoBird не теряют управляемости впредь до полной остановки в воздухе.

«;s:4:TYPE»;s:4:html;}

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№109, ноябрь 2011).

Jamala — Чому квіти мають очі


Темы которые будут Вам интересны: