...Modelnya lepas landas dari posisi mana pun. Itu cukup untuk memutar motor karet, dan “burung” bersayap dua itu, yang dengan penuh semangat mendorong dengan sayapnya, mulai berakselerasi dengan cepat ke angkasa. Dia terlihat sangat sederhana. Namun kesederhanaan bentuknya tidak menghalanginya untuk menjadi prototipe seluruh keluarga perangkat serupa yang bermesin. berbagai jenis dan kekuasaan. Mereka memiliki satu kesamaan: hampir semua roda gila dengan percaya diri terangkat ke udara. Dan rahasianya, mungkin, terletak pada kesederhanaan aslinya, pada penyatuan gaya inersia dan aerodinamis yang pada awalnya ideal...
Mekanisme terbang burung kolibri kecil Amerika Selatan adalah salah satu yang paling menarik dari sudut pandang aerodinamis. Faktanya adalah bahwa skema pengoperasian sayap burung kolibri mungkin yang paling sederhana: mereka bergerak hampir pada bidang horizontal, dan gaya angkat terjadi pada sayap terlepas dari arah pergerakannya.
Pada pandangan pertama, tampaknya sangat sederhana untuk membangun model mekanis burung kolibri yang cukup besar, tetapi di sini postulat yang tak terhindarkan mulai berlaku, yang menyatakan bahwa gaya inersia massa meningkat secara signifikan seiring dengan meningkatnya ukuran mekanisme, yang mungkin , tidak ada materi di alam yang mampu menahannya. Tidak masuk akal membuat model seukuran birdie.
Mari kita lihat lebih dekat fase-fase pergerakan sayap burung kolibri. Masing-masing bergerak sepanjang busur lingkaran; pada titik ekstrim sayap melambat, berhenti dan memulai fase baru, sedangkan sudut serangnya berubah ke arah sebaliknya.
Tetapi haruskah proses ini ditiru secara membabi buta pada model: mengapa, bagaimanapun juga, menghentikan sayap pada titik “mati”? Bukankah lebih mudah, tanpa menghentikan kepakan, meneruskan sayap kiri ke sisi kanan model, dan yang kanan pada saat yang sama, masing-masing, ke kiri?
A - sektor perubahan arah pergerakan sayap burung kolibri dan pembalikan sudut serangnya; B - sektor sayap model yang dapat dipertukarkan.
Mari kita letakkan sayap pada dua bidang paralel - kira-kira seperti baling-baling helikopter koaksial. Pertama, bidang bantalan akan berputar ke arah satu sama lain; di dekat bidang simetri model, akan terjadi apa yang disebut pertukaran: sayap kanan akan menjadi kiri dan, sebaliknya, sayap kiri akan menjadi kanan.
Terlepas dari perbedaan ini dari prototipenya, penerbangan modelnya secara praktis tidak berbeda dengan burung. Bahkan secara visual murni, tercipta ilusi bahwa “setengah sekrup” tidak berputar, tetapi membuat gerakan mengepak pada bidang horizontal. Namun, tentu saja, intinya bukan pada kemiripan luarnya, melainkan pada dasar fisik efeknya.
Mari kita lihat lebih dekat persamaan antara mekanisme penerbangan model dan prototipe. Sayap burung kolibri mengepak pada suatu bidang lingkaran tertentu. Sektor serupa dapat diidentifikasi dalam model; secara praktis mendekati setengah lingkaran, namun tidak sama dengan itu. Pada sektor lalat (pada burung kolibri), sayapnya bergerak maju, kemudian langsung berhenti, setelah itu mulai bergerak mundur, sedangkan sudut serangnya berubah ke arah sebaliknya.
Baik dalam burung dan model, dua sektor melingkar lagi dapat ditemukan, terletak di dekat bidang simetri mereka: di burung kolibri, ini adalah sektor untuk mengubah arah pergerakan sayap dan membalikkan sudut serangan, dan di dalam modelnya, ini adalah sektor untuk pertukaran sayap.
Pada model terakhir, sayap model tidak berfungsi sebagai sistem kepakan: efek kepakan berakhir sedikit sebelum saat bidang sejajar pada sumbu memanjang, dan dimulai hanya setelah melewati posisi ini di dekat sumbu simetri. Secara fisik murni, sektor yang dapat dipertukarkan didefinisikan sebagai area transisi dari mode ayunan satu arah ke mode ayunan arah lain.
Jadi, ada dua kesimpulan yang bisa diambil. Yang pertama adalah baik burung kolibri maupun modelnya telah mendefinisikan dengan jelas sektor kepakan sayap di kanan dan kiri bidang simetri. Mereka memadai - dalam kedua kasus, pekerjaan yang sama dilakukan, di sektor ini sayap bertindak sebagai sistem kepakan. Dan kedua, di dekat bidang simetri terdapat sektor untuk mengubah arah pergerakan sayap dan mengubah sudut serang (untuk burung kolibri) dan sektor untuk pertukaran sayap dan mengubah sudut serang (untuk model). Dalam kedua kasus, mereka melakukan fungsi yang sama - perubahan elastis halus dalam arah pergerakan sayap dengan perubahan sudut serang yang sesuai.
1 - rak badan pesawat, 2, 5 - sayap, 3 - bantalan braket, 4 - sumbu sayap atas, 6 - motor karet, 7 kait.
Lihatlah gambarnya. Benar kan modelnya cukup sederhana dan menyerupai model skema helikopter koaksial bermesin karet yang terkenal? Satu-satunya perbedaan adalah baling-baling biasa digantikan oleh sayap yang berputar berlawanan arah, tampaknya tidak seimbang.
Namun ketidakstabilan ini terlihat jelas. Jika kita memperhatikan proses pergerakan sayap seperti itu atau, jika Anda suka, setengah sayap, dengan tidak hanya memperhitungkan gaya inersia massa, tetapi juga gaya aerodinamis, ternyata ketidakseimbangan inersia juga disertai dengan ketidakseimbangan aerodinamis. Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen dengan model serupa dan interpretasi hasil selanjutnya, ketidakseimbangan massa-inersia seolah-olah berada dalam antifase dengan ketidakseimbangan aerodinamis. Prinsip stabilisasi otomatis alat semacam itu adalah kerja gaya kompleks yang bekerja pada sayap - aerodinamis dan inersia. Inilah yang memungkinkan perangkat semacam itu dianggap bukan helikopter dengan rotor koaksial, tetapi roda gila - mesin dengan sayap yang mengepak.
L.ATLANOV, Nalchik
Melihat kesalahan? Pilih dan klik Ctrl+Masuk untuk memberi tahu kami.
Mengapa manusia tidak bisa terbang seperti burung? Cara mereka terbang: aerodinamika pesawat hampir sama dengan burung, meskipun manusia masih mengerjakan sayap variabel yang sepenuhnya “dapat diubah”. Selama penerbangan kami mencapai ketinggian yang luar biasa. Jika kita mengubahnya menjadi kilogram massa dan kilometer penerbangan, sebuah pesawat modern menghabiskan lebih sedikit energi daripada burung.
Impian kuno, seperti seluruh keluarga kami, untuk terbang seperti burung - yaitu mengepakkan sayapnya dengan bebas - masih belum terpenuhi. Mimpi ini begitu kuat sehingga meskipun tidak ada maskapai penerbangan atau angkatan darat di dunia yang masih mengoperasikan satu ornithopter, Konvensi Penerbangan Sipil Internasional yang berlaku saat ini mencakup definisinya: “Pesawat yang lebih berat dari udara yang didukung dalam penerbangan terutama oleh reaksi dari udara.” dengan pesawat-pesawatnya, yang diberi gerakan berayun.”
Mulai dari pesawat hingga helikopter
Namun, mimpi mengepakkan penerbangan juga memiliki sisi praktis. Kualitas aerodinamis - rasio gaya angkat terhadap gaya hambat, yang menentukan efisiensi penerbangan - sangat tinggi pada pesawat terbang. Namun pesawat terbang membutuhkan lapangan terbang yang mahal dan rumit serta landasan pacu yang besar. Helikopter lebih nyaman dalam hal ini; mereka lepas landas dan mendarat secara vertikal, tanpa memerlukan infrastruktur apa pun. Mereka jauh lebih bermanuver dan bahkan mampu melayang tanpa bergerak. Namun kualitas aerodinamis helikopter rendah, dan waktu penerbangan satu jam tidaklah murah sama sekali.
Ada banyak upaya untuk saling bersilangan - gyroplane sayap putar dan tiltrotor memiliki penggemarnya masing-masing. Untuk menyelesaikan beberapa tugas sempit, pesawat ini bahkan mungkin sangat diperlukan. Namun tetap saja, hibrida semacam itu ternyata tidak terlalu berhasil: ada lelucon terkenal bahwa mereka tidak menggabungkan banyak kelebihan melainkan kelemahan utama dari pesawat terbang dan helikopter. Namun roda gila mungkin merupakan solusi yang cocok. Secara teoritis, mereka akan mampu lepas landas dari keadaan diam, dapat bermanuver hingga mampu melayang di udara, dan akan mampu menunjukkan kualitas aerodinamis yang hampir seperti pesawat terbang.
Namun para penerbang balon pertama yang canggung tentu saja tidak memikirkan tentang pesawat terbang, yang belum ada, melainkan tentang burung. Tampaknya belajar mendorong udara dengan sayap saja sudah cukup - dan seseorang akan terbang. Dengan pandangan seperti itu, tentu saja tidak ada satupun yang mampu turun dari tanah. Perangkat mekanis bersayap dibuat untuk meluncur dengan canggung, seperti yang dilakukan oleh biksu Benediktin legendaris Aylmer, yang melompat dari menara Biara Malmesbury di Inggris sekitar seribu tahun yang lalu, menyebabkan dia terluka parah.
Ornithopter kecil sedang dikembangkan di negara yang berbeda perdamaian. Biasanya, penulisnya mencoba meniru alam dengan lebih atau kurang akurat, mengulangi desain serangga terbang. Pada bulan Mei 2015, Peter Abbeel dan Robert Dudley dari Laboratorium Biomimetic Millisystems di Universitas Berkeley mendemonstrasikan lepas landas roda gila seberat 13,2 gram yang sangat mengesankan dari “peluncur” di bagian belakang robot mikro berkaki enam.
Dari burung hingga serangga
Alasan dari banyaknya kegagalan ini jelas: esensi penerbangan pada tahun-tahun itu terwakili secara samar-samar. Yang membuat burung dapat terangkat bukanlah dukungan udara, melainkan kontur khusus profil sayap. Dengan membagi aliran datang menjadi dua, menyebabkan udara di atas tepi atas bergerak lebih cepat daripada di atas tepi bawah. Berdasarkan hukum Bernoulli, tekanan akan lebih tinggi pada daerah yang alirannya lebih lambat. Perbedaan yang dihasilkan antara tekanan di bawah sayap dan di atasnya menciptakan gaya angkat. Namun begitu Anda mulai mengepakkan sayap, gambaran jelas ini berubah total.
Sebuah pepatah terkenal mengatakan bahwa “menurut hukum aerodinamika, lebah tidak bisa terbang sama sekali”. Pada prinsipnya hal ini benar: dari sudut pandang aerodinamika klasik, serangga dan sayapnya adalah sesuatu yang nyata. Bahkan secara teori, mereka tidak mampu menciptakan gaya angkat dan daya dorong yang diperlukan untuk terbang - kecuali kita beralih dari aerodinamika glider klasik ke aerodinamika baru yang tidak stabil. Semuanya berbeda di sini: turbulensi yang bergejolak, yang dihadapi para perancang pesawat tanpa kenal lelah, menjadi kunci penerbangan baik bagi lebah maupun kerabatnya.
Burung besar hanya sesekali mengepakkan sayapnya - misalnya, saat perlu memperlambat kecepatan untuk mendarat atau lepas landas. Kepakan dan gerakan kaki ini memungkinkan mereka mendapatkan dorongan ke depan sehingga gaya angkat sayap ikut berperan. Serangga mengepakkan sayapnya terus-menerus, dan sepanjang lintasan khusus, lebih cenderung maju mundur daripada naik turun. Dikombinasikan dengan fleksibilitas sayap dan frekuensi kepakan yang cukup, hal ini menciptakan pusaran turbulen di tepi depannya, yang “dibuang” dari tepi sayap di titik atas dan bawah. Mereka menciptakan daya angkat dan daya dorong yang cukup bagi lebah untuk terbang.
Dengan mengubah kecepatan gerakan fase pertama dan kedua, serangga mengontrol arah gaya-gaya ini, bermanuver di udara. Dan bahkan bulu, tonjolan, dan ketidakteraturan pada permukaan sayap - tidak seperti sayap pesawat yang ramping - bekerja membentuk pusaran turbulen.
Dari Moskow ke Toronto
Seluk-beluk ini sudah lama tidak diketahui dan masih belum sepenuhnya dipahami. Namun ternyata dalam kasus yang paling sederhana hal ini tidak diperlukan. Bahkan sebelum Perang Dunia II, perancang pesawat Jerman berhasil meluncurkan ornithopter kecil dan ringan dengan menggunakan karet gelang yang dipilin sebagai penggeraknya. Bahkan ahli aerodinamika terkenal Alexander Lippisch memberikan penghormatan atas semangat mereka, dan pada tahun 1930-an Eric von Holst berhasil mengangkat sebuah ornithopter dari tanah, di mana mesin pembakaran internal dipasang. Namun, tidak mungkin membuat perangkat yang dapat dianggap sebagai prototipe sesuatu yang berguna, yang mampu membawa setidaknya satu orang atau kargo. Pada tahun 1960-an, Percival Spencer mendemonstrasikan penerbangan “orniplane” dengan lebar sayap 2,3 m dan mesin dua langkah kecil (5,7 cm3) - yang dikemudikan oleh operator melalui kabel.
Roda gila yang lebih besar baru lepas landas pada awal 1980-an, ketika Valentin Kiselev, seorang profesor di Institut Penerbangan Moskow, merancang perangkat seberat tujuh kilogram yang mampu lepas landas secara mandiri dan tetap dapat terbang. Seiring waktu, model tersebut dibebaskan dari kabel dan dikendalikan melalui radio. Mengikuti jejak Kiselev dalam pekerjaan ini adalah rekannya di luar negeri, James Delorier. Pada tahun 1991, Deslauriers menerima diploma dari Fédération Internationale de l'Aéronautique karena menciptakan "ornithopter pertama yang bertenaga dan dikendalikan dari jarak jauh". Pada tahun 2006, model UTIAS Ornithopter No.?1 miliknya lepas landas, dan tak lama kemudian roda gila berawak Snowbird juga lepas landas - dalam 14 detik ia terbang sekitar 300 m di bawah daya tarik otot pilot.
“Ini bukanlah hasil yang sepenuhnya adil,” jelas Andrei Melnik, mahasiswa Profesor Kiselev, lulusan MAI. - Saya kenal dengan struktur ini, dan mereka tidak dapat dianggap sebagai roda gila dalam arti sebenarnya. Perangkat pertama dilengkapi dengan mesin jet untuk menciptakan daya dorong dan lepas landas. Dan yang kedua menunjukkan hal penting lainnya: bahwa kekuatan otot manusia tidak cukup untuk terbang mengepak. Bahkan seorang pilot terlatih, seorang atlet, hanya mampu terbang dalam jarak dekat.”
Gerakan bolak-balik Transmisi mengubah piston mesin menjadi gerakan rotasi roda gigi, dan transmisi engkol mengubahnya kembali menjadi kepakan sayap bolak-balik. Para penemu bermimpi membuat desain ini lebih efisien dengan mentransmisikan langsung pergerakan piston ke sayap.
Dari permainan hingga sains
Harus dikatakan bahwa jika penerbangan mengepak yang “berguna” belum dikuasai, industri game sudah merasa cukup percaya diri di bidang ini. Model kecil pertama dengan karet gelang mulai dijual pada akhir abad ke-19, dan saat ini salah satu mainan populer dengan sayap mengepak, motor listrik, dan kontrol radio ditawarkan oleh perusahaan pengembang robot mainan WowWee.
“Saya sendiri memulai dengan pemodelan pesawat,” kata Andrey Melnik, “jadi saya bisa membayangkan betapa menuntutnya keterampilan pilot yang mengendalikan pesawat dari darat. Secara harfiah satu gerakan canggung - dan dia jatuh berputar-putar atau berguling. Dan saya dapat mengatakan bahwa pengalaman saya dalam mengendalikan roda gila kami menunjukkan bahwa bahkan seorang anak kecil pun dapat menangani perangkat ini. Kami ternyata memilikinya dengan sangat stabil sehingga dengan mudah memaafkan semua kesalahan dan tetap mengudara.”
Masyarakat enggan menginvestasikan dananya untuk pengembangan pesawat jenis baru yang prospeknya agak meragukan. Namun, Andrey Melnik dan Dmitry Shuvalov berhasil meyakinkan investor bahwa berkat teknologi modern dan investasi yang tepat, roda gila dapat tercipta. “Kami berhasil menemukan beberapa poin mendasar yang sebelumnya disalahpahami, termasuk saat saya bekerja dengan Profesor Kiselev,” tambah sang desainer. - Model pertama kami hancur berantakan, tidak mampu menahan beban. Jadi, diasumsikan bahwa gaya aerodinamis menimbulkan beban seperti itu pada perangkat. Namun, pengujian menunjukkan bahwa hal tersebut tidak terjadi, dan dampak utamanya adalah karena kelembaman dari kepakan sayap.”
Setelah mengidentifikasi alasan kegagalan, pengembang mengurangi berat sayap sebanyak mungkin - menjadi 600 g dengan luas 0,5 m2 - dan meredam dampaknya terhadap badan pesawat. “Yang benar-benar mengejutkan kami adalah hasil simulasi yang menunjukkan bahwa pusat aerodinamis pesawat bersayap empat ini tidak berada di antara sepasang sayap depan dan belakang, melainkan di belakangnya,” kenang Andrey Melnik. - Untuk mengatasi masalah ini, kami harus mengubah geometri ekor depan dan belakang. Namun sebagai hasilnya, roda gila tersebut mulai tetap percaya diri di udara.”
Dari praktik hingga teori
Penerbangan pertama roda gila terjadi pada tahun 2012, ketika perangkat tersebut, yang masih hampir tidak dapat dikendalikan, terbang sekitar 100 m. Sayap komposit kakunya digerakkan oleh mesin kecil dengan transmisi engkol. Dan setelah enam bulan berikutnya, versi 29 kilogram yang ditingkatkan tetap mengudara selama tangki bahan bakar setengah liter bertahan - 10-15 menit. Pengembang telah mengeluarkan paten RF untuk roda gila mereka No.2488525.
“Antara lain, kami juga menghadapi masalah manajemen,” lanjut Andrey Melnik. - Roda gila dibelokkan secara vertikal dan dikendalikan dengan andal menggunakan elevator di bagian ekor. Namun untuk mengubah arah secara horizontal, kami harus memasang winglet tambahan di sayap. Dengan mengubah posisinya, perangkat ini dapat dikontrol sepenuhnya dalam penerbangan melalui saluran radio.”
Harus dikatakan bahwa flywheel masih belum bisa lepas landas secara vertikal, meski membutuhkan landasan yang sangat pendek untuk lepas landas. Hanya 5-10 m - dan dia memimpin. Angka ini dapat dikurangi lebih lanjut, namun untuk menciptakan model ukuran penuh yang nyata, desainnya harus ditingkatkan secara serius. Menurut Andrey Melnik, pertama-tama, mekanisme engkol harus ditinggalkan, yang tidak terlalu berhasil dalam menciptakan gerakan mengepakkan sayap. Hal ini menghasilkan gaya inersia yang terlalu berbahaya, yang terutama kuat pada “titik mati” atas dan bawah osilasi. “Jika kita menggunakan penggerak lain yang mampu menyimpan energi pada fase terakhir gerakan dan kemudian menggunakannya untuk bergerak ke arah yang berlawanan, itu akan jauh lebih efisien,” kata sang perancang. “Ini bisa berupa, misalnya, mekanisme pneumatik, kami punya ide seperti itu.”
“Yang terburuk adalah kami masih belum memahami secara pasti cara terbangnya,” lanjut Andrei Melnik. - Baik dari segi pendidikan maupun keterampilan, kami adalah praktisi, perancang, bukan ahli teori, bukan ilmuwan. Namun kami dapat dengan pasti mengatakan bahwa model teoretis konvensional tidak cocok untuk roda gila, dan pengujian kami mengonfirmasi hal ini. Secara khusus, koefisien angkat kami ternyata jauh lebih besar daripada koefisien angkat sayap pesawat pada umumnya. Mengapa? Saya harap seseorang bisa mengetahuinya." Mungkin semuanya akan benar-benar terjadi dalam urutan terbalik: setelah mengetahui cara terbangnya, kita akhirnya akan memahami kepakan burung dan serangga.
Dua artikel pertama menimbulkan banyak pertanyaan dan komentar skeptis, yang akan saya jawab dalam artikel ini. Seluruh data yang digunakan dalam artikel ini merupakan hasil analisis uji dan perhitungan teori umum penerbangan flywheel.
1. Mengapa diperlukan? Apakah ini efektif?
Efektivitas kendaraan apa pun hanya dapat dinilai dalam kondisi tugas yang serupa, karakteristik serupa, dan hanya secara komparatif.
Misalnya, jika kita mengambil karakteristik model kita dan membandingkannya dengan teman sekelasnya dalam hal bobot lepas landas (helikopter Voron 333 dan Dozor-50), bahkan tanpa membandingkan masalah transportasi, jelas bahwa model tersebut sebanding. tidak efektif, hanya karena muatan kecil yang dapat dibawanya (5 kg). Oleh karena itu, ya, model yang ditampilkan dalam video tidak efektif, dan saya akan mengatakan lebih banyak, model ini dirancang semata-mata sebagai stand eksperimental yang dimaksudkan untuk mendemonstrasikan penerapan penerbangan mengepakkan dan mempelajari fitur-fiturnya, sehingga naif jika mengharapkan indikator kualitas dari dia.
Mungkinkah membuat roda gila yang efektif? Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus mempertimbangkan apa yang telah kita kembangkan.
- Mekanika dan inersia. Tidak mungkin membuat roda gila dengan penggerak engkol yang beratnya lebih dari 40 kg. Hal ini mudah untuk dibuktikan: faktanya adalah bahwa perpindahan gaya ke sayap dalam kasus mekanisme engkol sedemikian rupa sehingga pada titik-titik ekstrim lintasan sayap memiliki energi yang sangat besar, yang padam oleh deformasi tubuh dan sayap. Beban berlebih di ujung sayap mencapai 20g. Semua ini mempengaruhi sumber daya dan kekuatan, dan karenanya berat. Dalam hal ini, beban inersia meningkat sebanding dengan pangkat empat dari ukuran linier, gaya sebanding dengan yang kedua, yang berarti bahwa kurva ini memiliki titik perpotongan yang setelahnya roda gila tidak mungkin dibuat. Itu. Penggerak engkol sama sekali tidak cocok untuk mengepakkan sayap, oleh karena itu kami perlu mencari cara lain untuk melakukan gerakan mengepakkan sayap yang lebih hemat energi, hal ini yang akan kami coba terapkan pada model baru. Penerapan penggerak baru akan memungkinkan kami mengevaluasi seberapa efektif roda gila tersebut titik energi visi, yaitu berapa efisiensi penggerak jenis ini dan apakah menarik dari sudut pandang operasi komersial. Tugas kedua dari penggerak baru ini adalah untuk membuktikan bahwa hambatan yang terkait dengan efek inersia negatif dapat dihilangkan, yaitu dengan membuat roda gila berawak. Dan tugas ketiga adalah meminimalkan getaran dan getaran, yaitu. Apakah selebaran akan nyaman bagi orang-orang?
- Aerodinamika dan dinamika. Di sini semuanya jauh lebih rumit. Untuk mengetahui cara meningkatkan efisiensi aerodinamis, Anda perlu memiliki pemahaman yang baik tentang bagaimana gaya aerodinamis diciptakan oleh sayap roda gila, dan jika tidak ada terowongan angin, tempat asap, dan pengukur regangan, hal ini tidak akan mudah dilakukan. jadi model baru ini memberikan kemampuan untuk mengubah sejumlah besar parameter kepakan untuk memilih sudut dan frekuensi untuk setiap mode penerbangan. Namun kini harus dikatakan bahwa flywheel memiliki karakteristik aerodinamis yang lumayan: kualitas K = 10-12, Cy mencapai 4 pada sudut serang tinggi.
2. Dimana model lamanya, apakah bisa dilihat dan bagaimana ceritanya dengan prof. Kiselev?
Saya akan menceritakan secara singkat kepada Anda kisah lengkap tentang cara kami membuat roda gila.
Saya membuat roda gila pertama saya ketika saya berusia 12 tahun. Pada usia 16 tahun, saya membuat skema dengan konsol yang bergerak dalam antifase. Belakangan saya tahu, skema ini juga digunakan oleh V.A. dan Toporov V.M.
Pada tahun 2004, saya masuk ke Institut Penerbangan Moskow, di mana takdir mempertemukan saya dengan profesor terhormat V.A. Saya mulai bekerja untuknya dalam merakit model seberat 22kg, karena topik ini sangat menarik minat saya, dan selain itu, saya adalah seorang pemodel yang baik.
Pengerjaan model ini dilakukan dari tahun 2005 hingga 2010 oleh tim yang berbeda, beberapa di antaranya saya menjadi bagiannya, yang lain tidak. Namun hasil dari semua upaya tetap sama - model tersebut berlari, tetapi tidak menunjukkan tanda-tanda terbang. Dan itu juga rusak dengan konsistensi yang sangat buruk. Simpulnya cukup untuk maksimal 2-3 putaran. Pada saat yang sama, manajer proyek tidak melakukan perubahan apa pun pada model.
Pada tahun 2011, Valentin Afanasyevich menemukan sponsor lain dan dia mempekerjakan saya dan D.G. untuk mengerjakan proyek tersebut. Kami menghabiskan satu tahun lagi melakukan hal yang sama yang telah kami lakukan selama 5 tahun terakhir. Akibatnya, sponsor memutuskan untuk meninggalkan pengerjaan proyek ini. Dia mengambil model yang dibuat dengan uangnya. Setelah beberapa pemikiran, kami memutuskan untuk menawarkan sponsor, dengan biaya minimal, untuk membuat model sesuai keinginan kami. Akibatnya, setelah setengah tahun kami melakukan penerbangan pertama yang tidak pasti - modelnya tidak terkontrol dengan baik dan tidak menambah ketinggian. Karena kurangnya pengalaman kami, kami memutuskan bahwa masalahnya adalah aerodinamis dan beralih ke pembuatan sayap bagian.
Hal yang paling menakjubkan adalah kami berhasil mengimplementasikan pengoperasian sayap sectional dengan keandalan yang cukup tinggi, namun kami dihadapkan pada kenyataan bahwa penggeraknya tidak dapat mengatasinya. Awalnya kami bersalah atas beban aerodinamis. Namun kemudian, berdasarkan sifat deformasi engkol, kami menemukan bahwa itu semua adalah masalah inersia. Itu. Untuk waktu yang lama kami didasarkan pada teori Prof. Kiselev (omong-omong, terbukti), bahwa gaya aerodinamis dan inersia maksimum terletak di berbagai titik lintasan sayap dan tidak diringkas - ini ternyata salah secara fundamental - diringkas dan bagaimana caranya.
Dalam hal ini, kami merevisi desain sayap dan penggerak serta mencoba meminimalkan beban inersia. Hasilnya, kami kembali ke titik awal. Perangkat lepas landas, tetapi tidak terkendali dan tidak mau menambah ketinggian. Setelah beberapa kali pengujian dengan sudut dan frekuensi yang berbeda, kami berhasil mengetahui apa alasannya - pada dinamika, atau lebih tepatnya pada fokus aerodinamis sayap roda gila. Dia tidak berada di tempat yang seharusnya. Oleh karena itu kurangnya pengendalian. Hasilnya, kami menyelesaikan model sesuai perhitungan kami dan akhirnya berhasil mengimplementasikan penerbangan tersebut. Itu. sebagian besar teori prof. Kiselev ternyata salah. Mulai dari sudut terbang yang optimal dan diakhiri dengan dinamika. Namun demikian, teori sang profesor telah diberi landasan, meskipun salah, yang dapat kami bangun, yang karenanya kami sangat berterima kasih dan hormat.
Berdasarkan hasil pengujian, kami meyakinkan sponsor bahwa penelitian mendalam mengenai aerodinamika, dinamika, dan mekanika penerbangan diperlukan agar bisa maju, namun dia ingin segera beralih ke pembuatan kendaraan berawak. Tentu saja kami menolak ikut serta dalam kegilaan ini. Hasilnya, dia mempertahankan modelnya, dan kami masih memiliki pengalaman.
Selama dua tahun saya mencoba menyelesaikan permasalahan yang muncul pada desain flywheel sekaligus membentuk tim insinyur untuk melaksanakan berbagai proyek.
Pada akhirnya, menurut saya, saya berhasil menemukan solusi atas semua kontradiksi tersebut. Sebuah perusahaan diadakan di Boomstarter untuk membangun model tersebut, tetapi tidak membuahkan hasil apa pun.
Hasilnya, tim kami memutuskan untuk mengembangkan model secara mandiri dengan keterlibatan dana pihak ketiga yang minimal. Inilah yang kami terapkan sekarang.
3. Apa yang saya lakukan di komunitas Geek?
Saya akan segera mengatakan bahwa saya tidak punya keinginan untuk mempromosikan diri saya sendiri. Ada keinginan untuk mencari orang yang ingin berpartisipasi dalam proyek atau serius mempelajari topik tersebut.
Ada juga kebutuhan besar akan mesin penggilingan dan pembubut yang baik. Saya tidak akan menolak jika seseorang mencoba meledakkan flywheel menggunakan FEM di FLUENT atau program lainnya. Saya akan sangat senang jika ada yang mau memahami aerodinamika, perhitungan dan teori saya - menggunakan bahan untuk menulis tesis dan diploma kandidat - tidak disayangkan.
Saya seorang desainer, bukan ahli aerodinamika, bukan pembicara, bukan ekonom - saya memerlukan semua bidang ini hanya untuk mengetahui apakah roda gila berhak untuk hidup atau tidak lebih dari mainan. Oleh karena itu, tingkat kualifikasi saya di industri ini hanya cukup untuk memahami dasar-dasar dan prinsip-prinsipnya.
4. Bagaimana cara terbangnya?
Cara termudah untuk menjawab pertanyaan ini adalah ini:
Bayangkan lintasan sekrup - itu spiral. Karena baling-baling menarik pesawat, spiralnya lebih terkompresi daripada nada penuh baling-baling.
Sekarang mari kita ambil dan buka spiralnya dan lipat sehingga melambangkan harmonik.
Kemudian ternyata dengan bantuan sebuah pesawat kita mampu menciptakan gaya tarik dan gaya angkat pada setiap momen lintasan, namun dengan nilai absolut yang berbeda. Misalnya, saat sayap naik, gaya angkat lebih besar, dan saat turun, gaya dorong lebih besar.
Itu. Sayap roda gila yang ideal harus memiliki sudut aliran yang optimal di setiap bagian atau setidaknya berada di zona aliran stasioner. Namun dalam kasus sayap kaku, hanya zona kecil, bergantung pada kecepatan kendaraan, yang berada di zona arus stasioner, sedangkan sebagian besar sayap berada di zona terhenti. Dan sekarang jika kita menghitung indikator gaya angkat dan dorong untuk sayap kaku yang bergerak sepanjang harmonik, ternyata kepakan seperti itu menimbulkan hambatan yang lebih besar daripada gaya dorong, yaitu. Menurut aerodinamika klasik, model kami tidak bisa terbang. Dia harus menghabiskan sebagian besar energinya untuk menciptakan pusaran yang tidak berguna. Namun, dia terbang. Oleh karena itu, kami berasumsi bahwa karena pergerakan sayap yang tidak merata, terjadi efek peningkatan viskositas udara lokal dan stall tertunda hingga sudut 40-50 derajat, mencapai Cy = 5-7. Namun, ini hanyalah hipotesis. Penelitian lebih lanjut mungkin menunjukkan betapa benarnya hal ini.
Sekarang untuk kritiknya.
“Mengapa melakukan ini, sangat jelas bahwa ini adalah omong kosong.”
Di sini jawabannya sederhana - topiknya tidak berkembang dengan baik, tiba-tiba mengandung sesuatu yang tidak diharapkan oleh siapa pun.
Soalnya, aerodinamika unsteady sangat tidak dapat diprediksi, dan data kami menunjukkan bahwa sayap flywheel hampir seluruhnya berada dalam aliran unsteady, tanpa tanda-tanda hembusan laminar, sedangkan ukuran vortisitasnya sangat berbeda rentangnya. Pada saat yang sama, roda gila itu terbang dan belum lagi itu benar-benar mengerikan. Mungkin pada aerodinamika roda gila terletak kunci untuk meningkatkan aerodinamika semua pesawat. Bagaimanapun, seperti topik apa pun yang jarang dipelajari, penerbangan mengepakkan sayap sangatlah menarik.
“Kita perlu melakukan segalanya secara berbeda”
Jika Anda tidak hanya mampu memunculkan ide “sebagaimana mestinya”, tetapi mendeskripsikannya secara matematis, menghitungnya, dan menunjukkan konsistensinya berdasarkan hukum yang diketahui, kami akan sangat senang dan siap mewujudkan ide Anda.
"Ini bukan sains, ini mainan"
Kami tidak berpura-pura menjadi ilmuwan, jadi biarlah ini hanya menjadi hobi kami - membuat pesawat terbang.
Terima kasih kepada semua orang yang tidak peduli dengan topik ini, segera setelah kami memiliki data tentang model baru, kami pasti akan membagikannya. Jika ada yang ingin bergabung dengan proyek ini, tulislah di pesan pribadi.
Ornithopter adalah mesin yang menggunakan kepakan sayap untuk terbang seperti burung.
Spesialis dari Laboratory of Flying Micro Devices (MAV) dari Universitas Arizona terbiasa menciptakan bayi terbang ini sesuai dengan gambar Leonardo Da Vinci dan bahkan mampu mengatur produksi massalnya.
Perangkat yang dihadirkan adalah ornithopter terkecil di dunia. Tidak lebih besar dari burung kolibri, mekanisme ini terbang menggunakan sayap yang mengepak 40 kali per detik, tanpa menggunakan baling-baling, seperti kebanyakan model pesawat terbang. Kontrol radio digital memastikan belokan, lepas landas, dan turun dengan mulus. Rangka ornithopter terbuat dari plastik yang tahan lama namun ringan. Sayap dan ekornya dilapisi dengan mailar yang tahan sobek. Baterai litium memungkinkan Anda bertahan dalam penerbangan hingga 7 menit.
Anda dapat melihat lebih dekat miniatur ornithopter
Ornithopter mini lainnya, yang dibuat oleh laboratorium Universitas Utah khusus untuk berpartisipasi dalam kompetisi ini, dibuat dari elemen serat karbon. Sistem radio tiga saluran digunakan untuk mengendalikannya. Alih-alih motor servo standar, “solenoid kontrol permukaan” digunakan (terjemahannya mungkin tidak akurat), menggunakan pulsa elektromagnetik untuk menggerakkan permukaan agar bergerak. Di jantung burung mikro ini terdapat modul getaran mini dari pager.
Setelah mengikuti berbagai kompetisi miniatur pesawat Amerika dan internasional, si kecil ini berkali-kali keluar sebagai pemenang tempat pertama di dunia di antara ornithopter dan kedua di antara miniatur pesawat pada umumnya.
Dan inilah keajaiban kecil yang tampak dalam penerbangan.
Gerakan goyang merupakan ciri organisme hidup - karena kerja ligamen dan tubuh yang tertutup. Tidak ada organisme yang menunjukkan rotasi lebih dari 360 derajat. Pada saat yang sama, mekanisme dicirikan oleh gerakan rotasi penuh, yang menjamin kesinambungan gerakan. Sebenarnya, mobil tidak seperti kuda mekanik. DI DALAM bisnis percetakan Baru pada saat itulah kemajuan dicapai dalam kecepatan publikasi ketika mereka beralih dari mesin cetak ke rototype - yaitu. dari gerak goyang dan bolak-balik hingga gerak rotasi terus menerus. Itulah sebabnya, dari semua pesawat dengan sayap yang dapat digerakkan, helikopterlah yang paling banyak tersebar luas - sayap berputar. Namun, pemikiran “terbang seperti burung” tidak lepas dari benak para desainer.
Ornithopter, atau, dalam bahasa Rusia, macholet, biasanya disebut pesawat terbang yang digerakkan dengan mengepakkan sayap, meskipun jika Anda menerjemahkan kata “Ornithopter” secara harfiah, Anda akan mendapatkan “bird flyer”, yaitu alat yang terbang seperti burung. . Perhitungan menunjukkan bahwa penerbangan mengepak dengan kecepatan rendah secara energi lebih menguntungkan dibandingkan penerbangan dengan sayap tetap. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa sayap yang mengepak memiliki gaya hambat aerodinamis yang negatif. Agar sayap yang mengepak dapat menghasilkan daya angkat dan daya dorong, sudut serang sayap perlu diubah selama pergerakan sayap (pada burung, bahkan ketika sayap bergerak ke atas, sayap menjadi dapat ditembus udara, karena bulu-bulu yang membentuk sebagian besar sayap , bergerak menjauh). Untuk memenuhi kondisi tersebut, ada dua cara: menggunakan sayap yang kaku, seperti pesawat terbang, dan mengubah sudut serangnya menggunakan penggerak mekanis, atau menggunakan sayap fleksibel, yang sudut serangnya berubah karena pembengkokan sayap. sayap itu sendiri di bawah pengaruh kekuatan hambatan udara. Saat menggunakan sayap kaku, lebih mudah untuk mendapatkan rasio angkat-tarik yang baik selama penerbangan meluncur, tetapi diperlukan kinematika yang rumit untuk menggerakkan sayap. Dengan sayap yang fleksibel, kualitas terbang luncur aerodinamis yang baik lebih sulit diperoleh, tetapi mekanisme mengepakkannya sederhana. Prinsip terbang ini pertama kali “dikuasai” oleh pterodaktil, dan saat ini berhasil digunakan oleh kelelawar.
ParkHawk: sayap fleksibel dan mekanisme sederhana
Suatu ketika saya melihat di Internet model roda gila yang dikendalikan radio, namanya SkyBird, modelnya besar (bentangnya sekitar 1,7 m, dan beratnya sekitar 2 kg) dengan mesin pembakaran internal. Saya menginginkan sesuatu yang serupa, hanya saja lebih kecil dan dengan motor listrik. Pencarian saya membawa saya ke model ParkHawk dari Kinkade RC. Di berbagai toko online model ini ditawarkan dengan harga sekitar $200.
Bentuk roda gila sangat mirip dengan burung; bahkan pengendalian dilakukan dengan menggunakan ekor, sangat mirip dengan burung. Flywheel ParkHawk menggunakan prinsip sayap yang fleksibel, sehingga mekanisme kepakannya hanya memerlukan gerakan sederhana sayap ke atas dan ke bawah.
Model ini memiliki lebar sayap lebih dari satu meter - 105cm, luas sayap - 18 meter persegi. dm, berat terbangnya 350-380g, tergantung berat mesin dan receiver yang digunakan. Sayap digerakkan oleh mesin SPEED 300 (Graupner) dengan gearbox dua tahap 98:1. Waktu penerbangan yang dinyatakan oleh pabrikan adalah 7-10 menit, yang pada prinsipnya benar - saya tidak dapat bertahan di udara selama lebih dari 7,5 menit.
Roda gila dikendalikan dalam arah (kanan-kiri) dengan memutar ekor relatif terhadap sumbu memanjang model, dan dalam nada (atas-bawah) - dengan memiringkan ekor ke atas atau ke bawah. Ini sangat mirip dengan penstabil glider yang serba bergerak, hanya saja pada posisi netral ekornya tidak dipasang secara horizontal, tetapi dengan sudut sekitar 30° ke atas. Untuk menggerakkan ekor digunakan 2 buah roda kemudi yang salah satunya (untuk kemudi kiri dan kanan) miring mengikuti ekor saat ekor bergerak ke atas dan ke bawah. Mixer mekanis diatur dengan cara ini, dan peralatan tiga saluran konvensional sudah cukup untuk pengendalian.
Badan pesawat terbuat dari fiberglass 1,8 mm, bentuknya sangat mirip dengan badan burung. Mekanisme pengepakkan - motor, kotak roda gigi, dan dua engkol dipasang pada badan pesawat, dari mana batang dengan ujung bola menuju ke tepi depan sayap. Juga dipasang di badan pesawat adalah baterai dan penerima dengan perangkat kemudi pengatur nada. Mesin pengatur gulungan dipasang pada rangka khusus yang diputar bersama ekor. Ekornya sebenarnya dipasang pada tuas mesin ini menggunakan dua sekrup.
Tepi depan sayap (batang karbon dengan diameter 3 mm) dimasukkan ke dalam sayap khusus, di mana batang mekanisme pengepak dipasang. Dan bagian belakang, atau lebih tepatnya “diagonal”, tepi sayap dipasang ke badan pesawat menggunakan ujung bola standar, yang memberikan sayap kemampuan untuk mengepak bebas ke atas dan ke bawah.
Perakitan sangat mudah
Roda gila dilengkapi dengan konfigurasi berikut: badan pesawat dan mekanisme pengepakkan yang dipasang di atasnya, sayap kain yang sudah jadi (dipotong dari sepotong kain dengan kantong dan penguat yang direkatkan), penstabil ekor yang sudah jadi, dan empat batang karbon panjang - ini adalah tepi sayap. Set ini juga mencakup satu set baterai (8 buah 700mAh, ukuran “AAA”) dan karet gelang untuk memasangnya.
Sebelum merakit model, saya menyarankan Anda untuk menyolder regulator ke motor. Meski hal ini bisa dilakukan nanti, faktanya kain pembuat sayap sangat mudah terbakar dengan besi solder.
Merakit kit ini sangat sederhana - Anda perlu memasang roda kemudi, memasang ekor ke tuas roda kemudi. Selanjutnya, Anda perlu memasukkan tepi depan dan tepi "diagonal" ke dalam saku di sayap, kencangkan pengikat sayap berengsel ke badan pesawat, dan letakkan ujung bola dari tepi belakang pada bola yang menempel pada badan pesawat, dan juga pasang batang mekanisme pengepakkan ke engkol (dimasukkan dengan kekuatan yang layak) - dan sayap dipasang. Terakhir, Anda perlu mengencangkan bagian tengah kain sayap ke badan pesawat dengan sekrup; di tempat ini diperkuat dengan pita nilon hitam yang direkatkan. Itu saja! Perakitan memakan waktu maksimal satu jam.
Penerima direkatkan ke badan pesawat dengan selotip dua sisi. Baterai yang disertakan dalam kit diamankan dengan karet gelang, yang juga disertakan dalam kit. Kami memeriksa pergerakan mobil dan sayap, mengatur ekor netral - sekitar 30° ke atas - dan Anda bisa terbang!
Penerbangan
Modelnya diluncurkan secara manual, sama seperti parkflyer biasa. Hal pertama yang mengejutkan adalah kecepatan terbang yang luar biasa rendah untuk model dengan berat 370g dan luas sayap sekitar 18 sq.dm. Kecepatannya 15-20 km/jam. (di sini perlu diingat bahwa dari sudut pandang aerodinamika klasik, kecepatan seekor bebek untuk terbang lurus harusnya sekitar 200 km/jam, dan seekor lebah tidak dapat terbang sama sekali). Roda gila memperoleh ketinggian dengan baik dalam garis lurus, tetapi berbelok sangat lambat dan malas, serta memiliki jeda kendali yang besar. Oleh karena itu, meski kecepatannya rendah, penerbangan membutuhkan luas minimal 50x50m. Angin yang diijinkan adalah 4-5m/s. Ketika angin kencang, "burung" itu tidak bergerak melawan angin, jadi ketika terbang di lapangan dalam cuaca berangin, berhati-hatilah - jangan biarkan modelnya terbang jauh ke arah angin - jika tidak, Anda harus mengikutinya. waktu yang lama. Tentu saja, kita tidak bisa membicarakan jenis aerobatik apa pun; ini bukan pesawat terbang.
Namun demikian, terlepas dari semua “kemalasannya”, modelnya terlihat sangat mirip dengan burung sungguhan yang sedang terbang, dan dari jarak 60 meter ia mudah tertukar dengan burung “sejenis yang aneh”. Untuk mendarat, Anda hanya perlu mengeluarkan gas lebih dari setengahnya, dan model akan turun dengan lancar. Model ini meluncur cukup buruk dengan mesin dimatikan sepenuhnya - hal ini disebabkan oleh sayap yang fleksibel dan kurangnya profil. Pendaratan yang spektakuler, hampir seperti burung sungguhan, dapat dicapai jika Anda turun dengan kecepatan sekitar setengah kecepatan, dan ketika Anda berada sekitar 1 meter dari tanah, lakukan satu atau dua pukulan dengan kecepatan penuh, sambil mengarahkan tongkat kendali ke arah Anda, dan melepaskan gas dengan tajam. "Burung" itu akan mendarat dengan kecepatan horizontal hampir nol.
Perlu dikatakan secara khusus: hati-hati terhadap anjing! Mereka mengira yang terbang adalah “daging” kikuk, dan saya belum pernah bertemu anjing yang tidak mengejar “burung” saya - namun naluri berburu.
Keuntungan dan kerugian dari himpunan
Setelah beberapa penerbangan sukses, saya ingin mencoba melakukan “sesuatu seperti itu”, yaitu aerobatik. Karena tidak ada aileron, larasnya tidak dapat diputar, jadi saya memutuskan untuk mencoba membuat lingkaran. Saat mengambil gagangnya sepenuhnya “ke arah Anda” dalam penerbangan ke depan, burung itu hanya mengangkat hidungnya ke atas sebesar 30 derajat, dan dengan putus asa mulai mencoba menyapu ke atas, hampir kehilangan kecepatan horizontalnya. Namun peningkatan ketinggian turun hingga hampir nol, dan itu terlihat sangat lucu. OKE. Setelah meratakan model, saya mengeluarkan sedikit gas dan, memberikan sedikit "diri saya", mencoba mempercepat model. Kemudian - kecepatan penuh dan lancar "pada diri sendiri". Burung itu mengangkat hidungnya, ketika tiba-tiba - berderak! - dan berkibar, sangat mirip bebek yang ditembak, modelnya, yang terjatuh secara acak, jatuh. (Untung ada rumput tinggi di lapangan). Setelah diperiksa, ternyata penyebab jatuhnya adalah patahnya bagian depan sayap di bagian dasar sayap (tidak ada lagi yang rusak akibat terjatuh; secara umum, modelnya sangat kuat). Perbaikan kerusakannya sederhana - bagian yang tersisa pada slide dilepas dengan tang, dan batang karbon yang tersisa dimasukkan pada tempatnya dan difiksasi dengan cyacrine. Untuk menjaga jaringan sayap tetap kencang, bagian yang patah (sekitar 25 mm) dipanjangkan di ujung sayap dengan tabung plastik dengan diameter yang sesuai. Saya menggunakan isi ulang pulpen gel dan menekannya ke tepi, diameternya 3 mm.
Bahu kecil tempat penggerak “menarik” sayap menyebabkan gaya yang lebih besar untuk mematahkan tepi pada titik keluarnya sayap dari mekanisme kepakan, dan tepi patah pada titik ini. Hal ini terjadi pada beban yang tiba-tiba, biasanya selama manuver “ketinggian” yang tiba-tiba.
Saya memperbaiki kekurangan ini dengan mengulang tali serutnya - membuatnya dua kali lebih panjang. Walaupun desain buatan saya tidak menggunakan batang karbon 3mm sebagai tepinya, melainkan tabung karbon berdiameter 6mm, batang baja dengan diameter 3mm dimasukkan ke alasnya (di bagian sayap), batang ini juga patah setelah beberapa kali penerbangan. Setelah pengerjaan ulang sayapnya, kerusakannya berhenti, meskipun saya masih tidak bisa membuat “burung” itu memutar engselnya…
Secara keseluruhan model menghasilkan sangat kesan yang bagus, mudah dirakit, terbang dengan sangat baik (untuk roda gila), dan yang terpenting, tampilannya sangat keren (yah, tidak ada cara lain untuk mengatakannya!) terlihat di udara! "Burung" ini sangat mudah dikendalikan, dan bahkan pemula pun bisa menerbangkannya. Desain yang hampir tidak bisa dihancurkan. Suatu ketika, saat terbang di stadion, setelah jatuh dari penerbangan langsung ke grid struktur logam pada ketinggian sekitar 3 meter dan kemudian jatuh ke aspal, tidak ada yang rusak pada modelnya!
