Это хорошая штука, но с промежуточными телами качения сделать сложно. Такой же по принципу, но с гибким стаканом гораздо проще. Его хоть можно вылить в форме из полиуретана или другого подобного гибкого пластика.
Проблема в обоих случаях, что момент нужно снимать со среднего звена. В жестком с сепаратора, а в гибком с гибкого стакана. Закрепить их, обеспечить осевую неподвижность... Не то чтобы это большая проблема, просто при махолетном моменте 200-400 кг*м фиг знает какой толщины и массы должно быть это среднее кольцо. Надо считать.
Имхо, ШВП в центроплане как в канадском моторном махолете, или даже тупо собрать автомобильный домкрат, заменив в нем винтовую шпильку на ШВП для уменьшения трения и повышения кпд, должно быть более чем достаточно. Прочность и развиваемое усилие там в обоих случаях несколько тонн, для махов свободнонесущими крыльями сойдет. Как показали замеры, у крупного авиамодельного бесколлекторника с kv160 процедура разгона под нагрузкой занимает 0.5-0.6 сек, поэтому частота махов около 0.5 Гц скорее всего достижима... А у мелких еще быстрее (но редукция потребуется выше).
А судя по летающим бензиновым квадрокоптерам: https://www.youtube.com/watch?v=iqN2DqKyKtw, с помощью ардуинки за двести рублей, можно с достаточной точностью и быстродействием управлять оборотами и бензинового мотора. Немного хуже электрического, но сравнимо.
Ну, почему, же: чайки вон при нагрузке на мощность 60-70кг/КВт и нагрузке на площадь 7кг/м2 вертикально взлетают.
Сколько нагрузка у этой модели - зависит от качества исполнения, крыло может и махать и супинировать, значит при нормальном алгоритме задействовать и инерционную и циркуляционную ПС так что ?????
Ват модели из книги: летательные аппараты МАИ нагрузки не указаны но можно подсчитать насколько поиню они не маленькие.
Нет, Слава, как раз по данным которые в т.ч. приводил Степной Орел - Николай (по мощности мышц птиц пиковая при махе вниз 250-350Вт/кг, а средняя максимальная где-то и выходит 200вт/кг), и по моим данным и нескольким расчетам: масса мышц у чайки 12...18% меньше чем у других птиц и средняя максимальная (не пиковая мощность при махе вниз где-то 200Вт/кг-мышцы) Так что тут ограничения принципиальные...
Я сам видел как чайка (серебристая скорее всего) размером наверное с курицу, взлетала с места в подворотне возле мусорного бак в Румынии в городке возле моря, там ветра вроде как не было и быть особо не могло.
И не забываем, что большие грудные у птиц напряжены где-то 50% времени маха ну мах 60% на взлете.
А мы говорим о средней мощности. А в горизонте как ни верти 135кг/КВт где-то получается...
Ну, а голубь, которого тут уже жевали 100 раз: вес 0,31кг ,мощность на взлете 8вт(замеренная непосредственно! ну в смысле сила - тензодачтиками, а мощность видим счиатли) =25 Вт/кг, дак там еще и скороподъемность 2,61м/с при этом.
Пиковая мощность та же будет 200Вт/кг для мышц, относительный вес грудных: 20...24%
Для вычисления Су ( имеется ввиду стабильное значение этого коэффициента в установившемся режиме полёта) необходимо рассматривать именно планирующий (без взмахов) полёт птицы
с максимальновозможным аэродинамическим качеством.
Такшта, три с половиной ни как не получится.
Если орлы летят в планирующем полёте в строгом соответствии с законами стационарной аэродинамики, то и сороки и другие птички в таком же режиме полёта ни каких отличий иметь тоже не будут.
Забавно, что в свое время Николай в запарке привел скороподъемность голубя 2,62м/с *вес 3,1Н = мощность 8 Вт, как доказательство торжества стационарной аэродинамики (на тензодатчиках намеряли и потом насчитали среднюю мощность 7,9Вт)
Давно я сюда не писал, но думаю надо составить отчет о проделанной работе. Дальше будет много текста, поэтому кому не интересно, можете пропустить следующие несколько сообщений.
После того, как я провел ряд CFD симуляций (1, 2, 3, 4, 5, 6), а также написал простенькую программу для аэродинамического расчета махолетов произвольной геометрии, выяснилось, что можно заставить параплан совершать птичьи махи консолями. И хотя максимально достижимый безопасный угол махов на параплане всего 45 градусов, но благодаря большой площади и малому взлетному весу, при частоте около 1 Гц этого должно быть достаточно для создания необходимой для полета тяги.
Очевидным решением привода и изменения угла атаки при махах кажется такой вариант: давайте на консолях добавим вторую независмую стоповку, но на новую меньшую арочность, а главное - на угол атаки, который должен быть при махе вниз. Тогда потянув за эту вторую строповку, мы будет опускать крылья, причем с нужным углом атаки. А отпустив ее, параплан сам поднимется, причем с другим углом атаки (околонулевым). Так как в конструкции параплана на ушах и так имеется положительная крутка, которая при собственном подъеме крыла преобразуется в необходимый на махе вверх околонулевой угол атаки.
Первым вопросом стало, а будут ли крылья сами вот так пассивно подниматься вверх? Ведь на параплане их нельзя поднять принудительно, так как стропы мягкие. Теория говорила, что будут (под действием имеющейся на крыльях подъемной силы). Но насколько быстро? Будут ли успевать подниматься со скоростью, чтобы обеспечить частоту махов под 1 Гц? Для этого я передалал стропление одного из своих кайтов и провел натурный эксперимент, совершая махи за счет мускульной силы рук. Видео: https://www.youtube.com/watch?v=H3W1HLbJH2s
Выяснилось, что все в порядке, крылья сами под действием имеющейся на них подъемной силы поднимаются практически с той же скоростью, с которой я их опускал. Значит необходимая для махов частота на параплане достижима.
Первым полноразмерным прототипом была такая схема:
Привод состоит из двух планок, соединенных через полиспаст. Если верхнюю планку закрепить на карабинах подвески, а на нижнюю давить ногами, то через полиспаст 4:1 движение ног длиной по высоте 60 см будут преобразованы в движение крыла по высоте 60 см * 4 = 240 см, что как раз примерно соответствует максимально возможному ходу кончика крыльев. Управление углом атаки отсутствовало (разве что обычным способом клевантами), так как это был чисто тестовый вариант для проверки, будет ли нормально искажаться арочность для махов. За счет мускулов взлететь конечно невозможно, но если медленно давить, то по идее крыло согнулось бы. Просто тяги для полета при таком медленном махе никогда не создалось бы.
Видео и фотографий прототипа не делал, но позже реконструировал, две планки и полиспаст выглядели примерно так:
Достоинства:
Самый простой в реализации привод, всего две трубки и несколько роликов.
Толчок ногами происходит относительно планки, закрепленной на поясных карабинах, т.е. тело пилота работает как твердый элемент на сжатие. А значит развиваемая мощность не привязана к подъему тела пилота, как при подтягивании под крылом. Развиваемая мощность равна N=F*v [Вт], где F - усилие толкания нога в Н, v - скорость толкания, м/с.
Если к подножке прикрепить что-то вроде лыжных палок, то руками можно помогать толкать подножку.
Так как передаваемая мощность не зависит от вертикального движения пилота, то возможен строго горизонтальный полет, без вертикальной раскачки.
Недостатки:
Вторая дополнительная строповка на куполе это неудобно и избыточно.
При выезде на полевые испытания, я ни разу не смог попасть ногой на подножку, чтобы как следует наступить на нее. Очень сложно балансировать, прыгая на одной ноге и управляя в это же время парапланом.
Даже когда попадал, подножка перекашивалась, поэтому не мог нажать на нее. Надо либо делать какую-то уздечку по центру, чтобы давить в нее симметрично, либо пытаться сразу нажать двумя ногами по краям планки. Но это можно сделать только в полете, на земле нельзя. А в полете не хватит усилия ног, чтобы выдавить для маха.
Тем не менее, этот вариант привода остается потенциально рабочим для мускульного параплана-махолета (который должен иметь площадь под 70 м2 и размах под 30 метров), только необходимо решить вопрос с управлением углом атаки при махах. И вероятно, потребуется другое передаточное число полиспаста.
Итак, стало ясно, что надо тянуть за родные силовые стропы параплана, так как отдельная строповка себя не оправдала из-за избыточности.
Во втором прототипе была такая принципиальная схема (вид сбоку для одной стропы):
Как видно, стропы задних рядов пропущены через блочок под куполом, образуя полиспаст 2:1. Поэтому задний шкив должен быть в 2 раза большего диаметра, чтобы опускать задние ряды с такой же скоростью, как передние. При этом затягиванием клевант на задних рядах, в любой момент можно задать перекос задних и передних рядов (аналогично акселератору или триммерам на обычном параплане). Это используется и для управления углом атаки при каждом махе, и для поворотов во время полета. Так как используется полиспаст 2:1, то длина хода клевант должна быть порядка 30-40 см и с вдвое меньшим усилием, чем на обычных триммерах. Так что физически это должно быть приемлимо.
Была собрана следующая установка.
В качестве мотора я использовал авиамодельный электромотор Turnigy CA80-80 (kv 160, мощность 7 кВт на оборотах 6000 об/мин, напряжение 44.4 В, ток 160 А). Хотя для начала я поставил одну батарею 6S (22.2 В), чтобы снизить обороты во время тестирования. Мощность, соответственно, тоже упала в два раза, до 3.5 кВт. При условии, что мотор вышел бы на номинальные обороты для этого напряжения 22.2 В * 160 kV * 0.85 = 3000 об/мин.
Так как разные стропы надо тянуть с разной скоростью, то диаметр вала на катушках был 10 мм и 15 мм (так как крайнюю стропу надо сматывать в 1.5 раза быстрее). И те, что идут на задние с полипастом 2:1, соответственно 20 и 30 мм. Один оборот вала, соответственно, укорачивал длину стропы на передних рядах L=3.14*D=3.14*15 = 47 мм (в реальности больше, пусть будет 5 см, так как по мере намотки диаметр "катушки" увеличивается). Максимальная возможная длина строп у меня была около 180 см, поэтому за 1 сек можно сделать не более 180 см / 5 см = 36 оборотов/сек или 2160 об/мин. Недостаточно, чтобы выйти на обороты максимальной мощности даже на пониженном напряжении. А при полном 44.4 В степени редукции категорически не хватает. Нужен еще редуктор минимум 3:1.
Тем не менее, для первых испытаний должно было хватить и этого. Для управления газом двигателя я использовал сервотестер (красная коробочка на фото выше), подпружиненный резинкой, чтобы при отпускании возвращался не нейтральное положение.
Я выехал в поле на испытания. Первый раз запустил мотор не на полную мощность, крыло немного дернулось. Во второй раз дал полный газ. Параплан сделал мощный мах, под появившейся тягой улетел вперед и там соответственно сложился (фронталка). Установку резко вырвало из рук. Серво тестер не вернулся в нейтраль, мотор продолжал работать на малом газу, порвав пару строп и наматывая на себя оставшиеся стропы до самого купола... Так как я получил небольшую травму когда установку вырвало из рук, то на этом испытания было решено пока прекратить.
Достоинства:
Клеванты привычные, как на обычном параплане, но позволяют управлять и углом атаки при махах, и поворотами в полете.
Недостатки:
Предполагалось закрепить привод на карабинах подвески и управлять клевантами. Но установка довольно тяжелая, поэтому на поясе нормально не висела. Пришлось взять ее в руки, что и привело к описанным выше событиям. При этом клеванты оказались незадействованы и было очень сложно погасить купол на ветру.
Не хватает рук: надо двумя держать установку, двумя управлять клевантами и еще одной управлять газом двигателя.
Серво тестер ненадежен, плохо возвращается в нейтраль.
Опасно: если слишком долго держать газ, то стропы намотаются больше, чем нужно.
Блочки под куполом клинят. Существуют не клинящие блочки, но все они рассчитаны на веревки толщиной от 4 мм, а парапланерная безоплетка 1-2 мм пролезает в малейшую щель между роликом и корпусом, и там клинит.
Сложно сделать направляющие для строп, так как стропы при работе могут идти под любым углом, а наматывать на катушку надо ровно над ней.
Так как требовалась кардинальная переделка парапланерного привода, то я вспомнил, что у меня есть прототип старого woopy крыла (https://www.youtube.com/watch?v=NYdDF5CohF0). Я быстро добавил в центр лонжерона шарнир, центральную мачту, а к параплерному приводу добавил пару фанерок для крепления на трубу 48 мм:
Мотор только опускал крылья, наверх они поднимались резинками, идущими от мачты. Оказалось, что даже с пустыми лонжеронами при таком угле усилие натяжения резинок получается около 30-40 кг. То есть, это дополнительное усилие мотор преодолевает при махе вниз, что не очень хорошо.
Для маха вниз длину боковых тросов нужно было уменьшать на 90 см. Так как из-за повреждения на предыдущих испытаниях осталась доступна только катушка с диаметром ~2.5 см, которая на каждый оборот укорачивала стропу на 9 см, то эта длина выбиралась всего за 10 оборотов мотора. Таким образом, чтобы тянуть так за боковые тросы с полной мощностью, к мотору нужен дополнительный редуктор 10:1. Или 6:1, если наматывать на ось 15 мм (но тут уже по прочности может не пройти).
В итоге, после нескольких махов порвалась стропа, идущая от верхней мачты и страхующая, чтобы крылья не опустились слишком низко. Вероятно, я слишком долго задержал полный газ на сервотестере, поэтому мотор намотал слишком много стропы и порвал ограничитель.
После этого я усилил силовые стропы (с 2 мм до 3 мм), а верхний ограничитель у резинок убрал. Результат можно посмотреть на этом видео: https://www.youtube.com/watch?v=L4hRfsAhJxQ
Выяснилось, что управляя вручную мотором, невозможно обеспечить одинаковые махи и не выходить за допустимые пределы (несколько раз лонжероны бились о землю, в итоге стропу опять порвал, но уже нижнюю силовую). Также заметил, что первые 0.4 сек мотор раскручивается медленно, а потом резко подхватывает и начинает крутиться быстро. Вероятно, проблема в безсенсорном контроллере, который старт мотора делает по фиксированного алгоритму, и лишь после достижения некоторой скорости вращения, переходит в обычный режим и дает полный газ.
После этого я убрал ручной сервотестер и поставил вместо него микроконтроллер Arduino Nano. Который останавливал мотор через заданное количество миллиссекунд: https://www.youtube.com/watch?v=Wy59rqwZGRI
Запуск мотора теперь делался по нажатию кнопки. Если кнопку держать долго, то включения мотора повторяются с некоторым интервалом (достаточным, чтобы резинки вернули крылья наверх).
Я испытал версию с микроконтроллерным управлением двигателем, но видео уже не снимал. Просто подержал крылья на весу, включая и выключая мотор. Да, теперь крылья гарантированно опускались вниз не более заданного расстояния. Время работы мотора пришлось подобрать экспериментально, получилось около 0.6 сек. Однако выяснилось, что возвращать крылья наверх резинками плохая идея. Все это сильно дергается в верхней фазе (в нижней все ок). Мне не понравилось, было ощущение чрезммерных нагрузок на элементы конструкции.
Достоинства:
Это очевидное решение, наматывать боковые тросы электромотором.
Страгивающего момента оказалось двигателя достаточно для начала маха.
Махи достаточно быстрые, мотор работает 0.6 сек, т.е. частоты махов около 1 Гц вполне достижимы.
Редукцию можно увеличить добавлением полиспаста к боковым тросам.
Недостатки:
Большие нагрузки на элементы нагрузки. Заменить тросы лентой не получится, так как при частоте махов 0.5 Гц и использовании полиспаста как редуктора, вал сделает 100 оборотов за одну секунду, что при толщине ленты даже 1 мм, приведет к увеличению диаметра катушки во время наматывания до 20 сантиметров, что угробит всю редукцию. Трос же накладывается рядами, где витки рядом друг с другом и поэтому высота катушки увеличивается не так быстро.
Нужен дополнительный редуктор (или полиспаст), так как ось мотора нельзя дальше делать тоньше по соображениям прочности.
Возвращать крылья наверх резинками плохо. Лишняя работа мотору при махе вниз, дерганное поведение в верхней фазе. Возможны варианты:
а) вывести от мотора вторую стропу через верхнюю мачту и поднимать крылья реверсом двигателя. Недостатки: верхняя мачта должна быть такой же длины, как нижняя трапеция. Необходимо отслеживать количество оборотов мотора энкодером или наклон лонжеронов потенциометром. Нельзя верхние и нижние стропы просто закрепить на катушке, так как ее диаметр при намотке растет непредсказуемым образом (зависит от того, как витки наложатся друг на друга), поэтому в верхних тросах на концах по-прежнему нужно добавлять небольшие резиноки, которые сглаживали бы дисбаланс длин верхних и нижних тросов.
б) поставить на мачте второй электромотор и поднимать крылья им, обесточив нижний силовой (и наборот). Недостатки в том, что необходимо отслеживать обороты двигателей, а так же что при обоих обесточенных моторах крылья под своим весом начнут опускаться, разматывая верхний мотор, а нижний при этом сматываться не будет. В итоге нижние боковые тросы провиснут.
с) найти способ подтормаживать в конце фазы поднимания крыльев резинками от мачты, чтобы сделать это плавным и избежать рывков конструкции. Мой контроллер не позволяет включить мотор в другую сторону, пока он пассивно крутится (контроллер ждет полной остановки). Возможно, другие (или этот) контроллеры умеют тормозить электромагнитным способом, это может оказаться решением.
После этого я решил вернуться к парапланерному варианту (очень уж не люблю все эти сборки/разборки железок в жесткокрыльных вариантах крыльев). Был изготовлен аналог клетки Cage. Стропы выводятся по бокам рамки, поэтому наклоны рамки вперед-назад управляют тангажом купола (т.е. углом атаки при махах), а влево-вправо креном, т.е. поворотами в полете. Крайние ушные стропы наматываются на катушку в 1.5 раз большего диаметра, что приводит к их более быстрой намотке и следовательно "птичьим" махам консолями.
Направляющие для строп сделать не удалось (либо громоздко, либо трудоемко), поэтому для прототипа стропы пока просто огибали алюминиевую трубку 22 мм. Испытания показали, что под рабочей нагрузкой сопротивление трению не очень большое, так как стропы из дайнемы довольно скользкие и износостойкие. Заметный нагрев стропы наступал только после работы в течении десятка секунд или около того.
Во-первых, подъем купола стал просто сказкой. Очень удобно. Рамка управляет непосредственно строительным углом купола (для простоты будем называть тангажом, хотя это и не совсем верно). А обычные клеванты отгибают только заднюю кромку, работая как воздушные тормоза. Поэтому рамка более отзывчива, особенно на малых воздушных скоростях, которые имеются при наземном кайтинге.
В целом, мотор работал нормально. Я последовательно увеличивал длительность работы мотора до отсечки (см. надписи в видео ниже). Довел до 1200 миллисекунд (1.2 сек), при которых была максимальная амплитуда махов. И в этот момент порвалась одна из боковых строп. Последующий анализ степени затягивания узелков на стропах показал, что максимальная нагрузка пришлась на самые крайние ушные стропы. И постепенно уменьшалась к центроплану.
Так как я занимался настройкой времени маха, то на управление углом атаки не хватало внимания. Поэтому при каждом махе купол под появившейся тягой (от увеличения удельной нагрузки) улетал вперед, делал клевок и складывался во фронталке. По идее, в крайней фазе надо было опускать заднюю кромку рамки вниз, увеличивая тем самым тангаж и предотвращая сложение. Но как уже сказал, до этой фазы испытаний дело не дошло из-за обрыва стропы.
Отличное управление при подъеме купола.
У мотора хватает пускового момента для старта под нагрузкой.
Быстродействие мотора достаточное для обеспечения частоты махов 0.5 Гц.
Недостатки:
Самое главное - из-за каскадного стропления сильно искажается арочность купола:
Поэтому ни о какой эффективной работе крыла не может идти и речи. Это можно решить, сделав стропы сплошными от мотора до купола, но тогда их число чрезмерно возрастет.
Также сама работа ушей не кажется эффективной, похоже что воздух там скорее перераспределяется под центропланом, чем отмахивается вниз. Для такого режима махов (птичьего) нужны крылья с большим удлинением и маленькой арочностью.
Похоже, что ткань ушей подтягивает центроплан вниз, поэтому он не остается на штатной высоты (на видео видны ослабления строп под центропланом). Значит на каждом махе необходимо больше увеличивать угол атаки центроплана.
Сложно сделать универсальные направляющие для строп. Так как они могут гнуться под любыми углами при поворотах рамки. Я думал над чем-то вроде этого, использовать для каждой стропы отдельный ролик на короткой веревочке, чтобы ролик мог наклоняться вслед за стропой. Но как уже говорил выше, роликов под тонкие стропы не существует, т.к. такая стропа пролазит в щель между роликом и корпусом начиная с десятых долей миллиметра.
Громоздкая и тяжелая конструкция.
Недостаточная редукция, не позволяющая выйти на полную мощность (на мотор нужен внешний дополнительный редуктор).
А главное - выяснилось, что вручную управлять углом атаки при такой частоте махов практически нереально. Не хватает человеческой реакции наклонять рамку в конце фазы маха, когда мах занимает лишь 0.5-1 сек. Собственно, поэтому на видео и происходят складывания крыла, что я просто не успевал что либо сделать рамкой (хотя и собирался потом на этом больше сосредоточиться, но подозреваю, что все равно ничего не получилось бы).
Поэтому помимо автоматизированного управления газом двигателя при махе, на махолетах также обязательно должно быть автоматизированным управление углом атаки крыльев при каждом махе. Вручную это сделать нереально.
