Беседы о теории машущего полёта.

D

DesertEagle

Так как нарушение геометрии арочности купола оказалось неприемлимым, то это направление (птичьи махи на параплане) я решил пока свернуть. И раз уж на то пошло, решил попробовать плоско-паралелльные махи всем крылом. Как вы наверно знаете, я не сторонник таких махов из-за их фундаментальных проблем с передачей мощности крылу путем поднимания груза под крылом. То есть сильной вертикальной раскачки пилота, другими словами. Так как тушка пилота это и есть тот груз, который придется дергать вверх при подтягивании к себе всего крыла. В птичьих махах мощность передается другим путем (за счет элементов, работающих на сжатие. у птиц это кости скелета) и там пилот может лететь строго горизонтально, без вертикальной раскачки, какую бы большую мощность при этом ни тратил на махи.

Сначала я просто вывел стропы на катушки равного диаметра на старой рамке. К сожалению, при первом же пуска мотора, сломался шплинт, соединяющий мотор и ось с катушками.

Поэтому я переделал рамку на более компактную. Управление по тангажу делается все еще наклоном рамки, а по курсу поворотом рамки влево-вправо (т.е. перекосом задних и передних рядов влево-вправо как в астралийском обратном старте). В этот раз подключил батарею 12S, т.е. 44.4 В. Время работы мотора ограничено 0.8 сек, после чего микроконтроллер обесточивает мотор и он пассивно раскручивается в обратную сторону натяжением строп от купола.






Аналогично прошлому разу, управлять тангажом не получилось, не хватает реакции, чтобы за пару сотен миллисекунд (в конце фазы маха) наклонить заднюю часть рамки на 30 см. Слишком быстро все происходит. Однозначно надо делать автоматический перекос передних и задних рядов каждый мах, вручную это сделать нереально. Поэтому после каждого маха крыло под тягой улетает вперед и там складывается (надо в этот момент затянуть задние ряды, чтобы предотвратить сложение). Хотя пару раз удалось случайно сохранить крыло над головой (см. ниже покадровый анализ видео), но это чистое везение.

Зато благодаря полному крылу, в этот раз меня немного отрывало от земли. На видео это видно плохо, так как широкоугольная камера издалека плохо показывает, не смотря на программное приближение. Похоже, что устранив сложения путем автоматизированного подтягивания задних рядов в конце маха, а также увеличив степень редукции (а значит и реализуемую от мотора мощность), а также разогнав крыло до взлетной скорости (при слабом ветре недостаточно подъемной силы, поэтому часть вертикального хода крыла теряется впустую, пока крыло не разгонится и не начнет создавать подъемную силу, равную весу пилота. и только после этого, при продолжающейся смотке строп, пилота начинает отрывать от земли, так как создаваемая крылом подъемная сила начинает превышать вес пилота), можно будет взлететь.


Видео испытаний: https://www.youtube.com/watch?v=Kg7i9CEA96o


Достоинства:

Довольно компактная конструкция, мне нравится. Удобно переносить.
Подъем купола все так же прост, как и со старой рамкой.
Самое главное - форма купола не искажается, по аэродинамике вполне приемлимо.



Недостатки:

Сильная вертикальная раскачка пилота, как и в любом плоско-параллельном типе махов. Связанная с принципом передачи мощности крылу путем поднимания веса пилота при сматывании строп. Есть возможность уменьшить вертикальную раскачку пилота, но только ценой еще более дикой раскачки по тангажу (т.е. увеличением запаса тяги вместо запасания высоты путем подъема центра масс).
В данном случае рамка не может в полете управлять поворотами, только ограниченно стандартными клевантами, перестав махать.
Как и в предыдущих случаях, для реализации полной мощности мотора требует дополнительный редуктор.
Однозначно выяснилось, что первые 0.4 сек контроллер раскручивает мотор очень медленно, и только потом он резко подхватывает и начинает крутиться быстро. Надо либо искать более шустрый контроллер, либо переходить на датчиковый мотор. Здесь фактически первые 0.4 сек мотор не работает.
Иногда при ослаблении какая-нибудь стропа может намотаться в другую сторону и заклинить весь привод.
Иногда происходит срыв синхронизации мотора. Возможно, замена ускорения в настройках контроллера с Hard на Medium может помочь, хоть это и уменьшит быстродействие привода. Также должен помочь понижающий редуктор (он уменьшит момент на моторе во время старта).


Итого, что надо сделать в следующем прототипе:
1) обязательно автоматизированный перекос задних и передних рядов в конце каждого маха (для этого придется использовать два мотора и отслеживать обороты каждого, плюс возникает проблема их синхронизации при пассивной размотке при махе вверх).
2) убрать удлинители свободных концов, наматывать прямо силовые стропы нижнего яруса. Возможно, стоит крайние боковые стропы наматывать чуть быстрее, это даст компромисс между плоско-параллельными и птичьими махами.
3) лететь
 
D

DesertEagle

Предварительный анализ по кадрам из видео.

Это конечно пока в большой степени спекуляция, так как условия работы крыла при кайтинге не соответствуют полетным (нет горизонтальной скорости, поэтому развиваемая крылом подъемная сила примерно 15-20 кг вместо нужных 90 кг). Но на 4:20 минуте происходит примерно то, что нужно.

Я выбрал ключевые кадры, где что-то менялось.

(кликните, чтобы открыть большую картинку)



На кадре 1 начинается движение крыла вниз. Так как подъемная сила при кайтинге намного меньше веса пилота, то сначала крыло опускается в течении от 1 до 2, а пилот остается на земле.

На кадре 2 подъемная сила на крыле становится равна весу пилота. В основном, за счет парашютирования, хотя отчасти и за счет полета, так как купол немного ускоряется вперед. Дальше крыло от 2 до 3 продолжает опускаться, но теперь и пилота поднимает вверх (т.к. подъемная сила крыла стала уже больше веса пилота). Проходимые крылом и пилотом расстояния по вертикали примерно одинаковые.

Центр масс системы, очевидно, находится на уровне пилота (пусть условно будет в точке рамки, откуда нарисованы линии). То есть центр масс системы поднялся.

В кадре 3 мотор останавливается. Дальше от 3 до 4 крыло немного колбасит, поэтому плохо видно, но в общем, в этот момент крыло меняет тангаж, чтобы дальше подниматься вверх.

От 4 до 5 стропы пассивно раскручиваются, крыло поднимается вверх, пилот опускается вниз. Центр масс опускается (т.к. центр масс это пилот).

В кадре 5 я уже коснулся земли, но стропы еще размотаны не полностью. Поэтому продолжают разматываться - купол продолжает подниматься, пока не вытравит всю длину и не станет исходным парапланом.

Вот так. Учитывая, что изначально при кайтинге подъемная сила параплана меньше веса пилота, поэтому часть вертикального хода теряется впустую на разгон купола, плюс недостаток мощности из-за отсутствия редуктора, все это приводит к тому, что центр масс касается земли раньше, чем купол поднимается на всю длину строп. Хотя что-то похожее на то, что должно быть в полете, здесь кажется все же происходит (но на 100% утверждать я не стал бы, это может быть совпадением ряда внешних факторов вроде порывов ветра).
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
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.

Еще не читал но уже рад: хоть что-то интересное  появилось.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Хотя что-то похожее на то, что должно быть в полете, здесь кажется все же происходит (но на 100% утверждать я не стал бы, это может быть совпадением ряда внешних факторов вроде порывов ветра).
Наверх      
Рад, что занимаетесь делом и не поленились выложить здесь все.

Какие Ваши резюме.? по проделанной работе
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Николай! Это просто поразительно! Поздравляю и желаю дальнейших успехов!
Вот, кстати, данный отчёт иллюстрирует абсолютно грамотный подход к реализации: сначала РАСЧЁТЫ и даже симуляция на компе и лишь потом "железки", опыты и пр. Другое дело, что всем этим нужно уметь пользоваться. И считать уметь, и программу юзать, и напильником с иглой работать.
ИМХУ
 
D

DesertEagle

KV1237542 сказал(а):
Какие Ваши резюме.? по проделанной работе
Ну, все как и прежде. Нужны редукторы, без них никуда. Хотя в случае параплана можно обойтись без, если взять мотор побольше. Мне хотелось сделать работу привода от одного мотора (а углом атаки на первом этапе управлять вручную, заодно экспериментально найти оптимальный алгоритм), но похоже что придется использовать два. А у них проблема с синхронизацией, контроллеры работают как хотят, внешние сигналы управления слушают весьма условно.

Использовать коллекторные моторы при таких больших токах вряд ли целесообразно (а наращивать батареями напряжение до 200-300 В не вариант, имхо). Так что в худшем случае придется ставить на мотор датчики холла и делать собственный контроллер. Это не сложно, но времени и ресурсов отнимет много.

С жесткими крыльями тоже можно работать. С поправкой, что для жестких крыльев, даже если тянуть за боковые тросы, требующее минимального усилия маха, редуктор нужен с передаточным число в 2-3 раза большим, чем для параплана. Так как ход боковых тросов около 1 метра, а у параплана до 2-3 м. Я думаю, в итоге дойдем и до жесткокрыльного варианта. Со складными крыльями, вроде птеродактиля или летучей мыши.

Самые главные выводы, которые для меня раньше были не очевидны - это то, что надо и время маха и угол атаки при махах менять автоматизированно с помощью микроконтроллера. Вручную управлять махами - газом двигателя, поворотами крыла, - при длительности одного маха меньше секунды, нереально.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Поэтому чтобы опустить крыло при махе, вам таки придется развить ногами усилие 400 кг. Пропорционально рычагу, с которым подходит ножной трос к крылу. Или 200 кг ногами вниз и 200 кг руками вверх, если хотите. В сумме это дает то же необходимое суммарное мускульное усилие 400 кг. Что для человека невозможно. Учитывая, что так разгибать ноги с усилием 400 кг нужно минимумкаждую секунду, то есть по 60 раз в минуту, 3600 раз в час. 

  Нет. Если момент от подъемной силы полностью уравновесить моментом от упругого элемента, то чтобы сместиться от точки равновесия надо будет приложить незначительную силу но чем больше смещение тем больше силу придется приложить.

Если подъемная сила постоянна, угол смещения мал, а упругий элемент - пружина то зависимость будет линейная. Но тут нужно что-то посерьезней пневмоциилндр или пневмомышца иначе вес будет большой.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
Вот если у вас от подножки до центроплана добавить мачту. И гонять по ней какую-нибудь каретку мотором с мощностью под 4 кВт (реально средняя учитывая мах вверх получится под 2 кВт). Тогда такой махолет вполне может полететь. 
Вообщем принцип с компенсацией начальных усилий хорош для Вашего способа разгона с нуля электродвигателем.
 
D

DesertEagle

KV1237542 сказал(а):
Нет. Если момент от подъемной силы полностью уравновесить моментом от упругого элемента, то чтобы сместиться от точки равновесия надо будет приложить незначительную силу
Ага, я тоже это написал, когда выяснилось что крылья уравновешены пружинами, а не просто тросами.

KV1237542 сказал(а):
Вообщем принцип с компенсацией начальных усилий хорош для Вашего способа разгона с нуля электродвигателем.
К сожалению, нет. Для создания тяги в любом случае придется совершать механическую работу. Перемещать что-то с усилием F на расстояние L, что за время t дает затрачиваемую механическую мощность N=F*L/t[Вт]. Поэтому подпружинены были птичьи крылья или нет, не суть важно. Затрачиваемая мощность при этом должна быть выше на кпд движителя, чем мощность планирования. Иначе никто никуда не летит.

Что при этом будет происходить с остальным частями конструкции - центром масс, движениями отдельных элементов и т.д., по большому счету неважно. Пока крыло не выходит на срывные углы атаки. Летящий ЛА это по сути маятник. Куда в полете деваться затраченной мотором энергии? Некуда... Она так или иначе крылом будет преобразована в другие виды, а потом обратно.

Взбираться по канату под крылом это НЕ то же самое, что взбираться по канату в тренажерном зале. В зале мы можем мотором поднимать человека к потолку, а потом он будет пассивно скользить вниз. Получается, энергия мотора затрачена, а полезной работы нет. В полете все иначе. Пока взбираешься, либо возрастает удельная нагрузка на крыло и оно разгоняется (если взбираться с ускорением). Либо поднимаешь свой центр масс, что потом можно использовать при пассивном планировании с этой набранной высоты.

Учитывая, что в этих преобразованиях энергии участвует только механика привода и крыло, то получается, что кпд такого способа преобразования энергии мотора в горизонтальное движение (полет) происходит с кпд, близким к 100%. То есть с эффективностью исходного планирующего крыла.

А механизмы реализации могут быть разные - махать по-птичьи консолями, махать всем крылом плоско-параллельно. Или даже подтягиваться с ускорением под крылом, вообще не меняя его тангажа. В этом случае оно само изменит его и разгонится вперед под увеличившейся удельной нагрузкой.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
DesertEagle сказал(а):
К сожалению, нет. Для создания тяги в любом случае придется совершать механическую работу.
Я немного не о том, возможно более благоприятные условия для работы электродвигателя когда страгивание начинается с небольшого усилия.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
gasgas сказал(а):
Монтана
Что за махолет в декабрьском номере ? Видел мельком.
Не Киселева ? 
Купил в ларьке номер в сети нет: маленькая статейка 3 стр.

Махолет с механическим приводом,
площадь суммарная около 2м2
4 крыла схема Топорова вроде,
вес 29кг(хотя непонятно как его набрали, пишут что вес 1 плоскости удалось довести до 600г (ну пусть это без корневых стыковочных узлов) но все равно?),
привод ДВС,
разбег 5-10м
пишут что большие инерционные нагрузки и вес и потери в приводе, задумываются о пневматике.

Пишут мы мол не знаем почему Су в 3раза больше чем у самолета, мы конструкторы а не ученые... ;D

Эту модель я так понял спонсировал кто-то, пишут раньше работали с Киселевым, и что недооценивали инерционные нагрузки на крылья
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Про махолёт-параплан уже как-то говорил, напоминаю(смотреть с 27:37) ;) :
https://www.youtube.com/watch?v=hGnt8Q8clQk

Кстати, идея Игла самая реальная, ИМХУ, только не параплан нужен в качестве донора, а "надувной матрац", сиречь, "вуппи"(л чём Орёл говорил, кстати, когда-то). У вуппи не будет проблемы, ну или она сильно уменьшиться, со складыванием купола. Вот такой машулёт имеет шанс оторваться от планеты. Да и с компактностью у него нет проблем(то, что так хочется Иглу).
А "нормальный" махолёт убивают инерционные нагрузки, о чём много раз говорилось, и, в принципе, сие давно известно. Закон "квадрата-куба", етить. Посему летают птички, модельки, а вот уже даже тяжёлые модельки -  с трудом. Крылья, узлы крепления и пр. "большого" махолёта нужно считать минимум как пилотажник, а то и на 2 -3 умножить. ((((
ИМХУ
 
S

slavka33bis

Добавлю к условию.


Сбоку осью вращения вертикально установлен  кривошипный привод, который через шатун передаёт на штангу возвратно-поступательное движение.

Вращаться он должен равномерно.

Требуется вычислить пиковую мощность двигателя, который крутит тот кривошипный механизм.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
Вот есть немного времени по задачке (без калькулятора быстро и упрощенно)

колебания гармонические амплитуда (макс смещение о средней точки колебаний) = около 1,15 м
амплитуда ускорения (2*3,14*1(цикл частота)) в квадрате * амплитуду=47 м/с2
макс сила = масса * ускорение 48*10 = 470Н
амплитуда скорости 2*3,14*1(цикл частота)* амплитуду=7,5 м/с
максимальное ускорение в крайних точках
макс скорость в средний точке
они изменяются по гармоническому закону значит значение точке пересечения графиков, где максимальная мощность будет= 7,5*0,707  и 470*0,707 (син или кос 45) но проще 0,707^2 = 0.5
значит пиковая мощность = 470*7,5*0,5=1800 Вт
среднюю мощность еще проще: макс кин энергия груза 7,5*7,5*10/2=280 Вт
подвести-отвести эту энергию нужно за 1/4 периода = 0,25с значит средняя мощность 280/0,25=1120вт

СЧИТАЛ БЕЗ КАЛЬКУЛЯТОРА ТАК ЧТО НЕ ПРОСЬБА НЕ...
 
S

slavka33bis

KV1237542 сказал(а):
Вот есть немного времени по задачке (без калькулятора быстро и упрощенно)

колебания гармонические амплитуда (макс смещение о средней точки колебаний) = около 1,15 м
амплитуда ускорения (2*3,14*1(цикл частота)) в квадрате * амплитуду=47 м/с2
макс сила = масса * ускорение 48*10 = 470Н
амплитуда скорости 2*3,14*1(цикл частота)* амплитуду=7,5 м/с
максимальное ускорение в крайних точках
макс скорость в средний точке
они изменяются по гармоническому закону значит значение точке пересечения графиков, где максимальная мощность будет= 7,5*0,707  и 470*0,707 (син или кос 45) но проще 0,707^2 = 0.5
значит пиковая мощность = 470*7,5*0,5=1800 Вт
среднюю мощность еще проще: макс кин энергия груза 7,5*7,5*10/2=280 Вт



подвести-отвести эту энергию нужно за 1/4 периода = 0,25с значит средняя мощность 280/0,25=1120вт

СЧИТАЛ БЕЗ КАЛЬКУЛЯТОРА ТАК ЧТО НЕ ПРОСЬБА НЕ...
Валерий, все нормально.

Получается, что даже без создания подьемных и пропульсивных сил махать десятикилограммовым крылом человек не сможет однозначно.

А ведь этих десятикилограммовых крыла два штуки !!!

Значит 1800 Ватт умножаем на два.

3,6 кВт.

А если сюды ещё прибавится и подьемная сила, то
пиковая выростает примерно на 13...16 кВт.

И общая пиковая получится в пределах 17...20 кВт.

Жуть.

Но ни куды с этой подводной лодки уже не деться.

Придётся летать с такой вот дурной за спиной !!!
 
S

slavka33bis

gasgas сказал(а):
Хлопцы, это вы так маш. крыло посчитали ???

Попробуйте сделать примерный аэродинамический расчёт вот такого вот аппаратика.

Взлетный вес .....................120 кг.
Площадь одного крыла ....5 кв.м..
Вес крыла (допустим)........0 кг.
Длина одного крыла .........5 м.
Крыло (допустим) .............абсолютно плоское.

После первого же маха (сверху в низ) вертикальный отрыв от земли.
То есть, при первом же махе вниз одно из двух крыльев создаёт, допустим, 70 килограмм подьемной силы.

Сергей, джу Ваш вариант примерного расчёта.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
slavka33bis сказал(а):
Валерий, все нормально.

Получается, что даже без создания подьемных и пропульсивных сил махать десятикилограммовым крылом человек не сможет однозначно.

А ведь этих десятикилограммовых крыла два штуки !!!

Значит 1800 Ватт умножаем на два.

3,6 кВт.

А если сюды ещё прибавится и подьемная сила, то
пиковая выростает примерно на 13...16 кВт.

И общая пиковая получится в пределах 17...20 кВт.

Жуть.

Но ни куды с этой подводной лодки уже не деться.

Придётся летать с такой вот дурной за спиной !!!
Вообще-то при разгоне крыло мощность будет брать при торможении отдавать энергию так что достаточно иметь пневмоаккумулятор и или маховик который будет работать с этой кинетической энергией не забываем прибавить присоединенную массу воздуха

Кстати с прикидочными расчетами моего прототипа 4м полуразмах получается близкие значения момента инерции как полукрыла так и присоединенной массы = похоже на  Ваш груз 10кг на 1,5м

Вариант с маховиком вообще получается совсем г...плохой в этом несложно убедится.

Сегдд привет Вашему дизелю 200 л с как Вы вообще что-то строите?
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
@ DesertEagle
Прошу прощения, я некоторое время провёл в "бане", потому не отследил Вашу реакцию на моё предложение по замещению парапланного крыла на надувное, а-ля вупи. Может всё-таки тут есть поле для решения вопроса?
 
D

DesertEagle

telekast сказал(а):
Прошу прощения, я некоторое время провёл в "бане", потому не отследил Вашу реакцию на моё предложение по замещению парапланного крыла на надувное, а-ля вупи. Может всё-таки тут есть поле для решения вопроса?
Использовать надувное было моей самой первой мыслью). Можно было бы даже достать с чердака старый вупи-прототип, вытащить из него лонжерон и пришить вместо него несколько строп. Но смысл? Ни в одном сечении махолета ни в один момент махов угол атаки не должен выходить за диапазон 5-18 град. А значит без разницы какое крыло использовать - надувное, парапланерное с воздухозаборниками или однослойное. Если привод не может обеспечить на махе вниз угол атаки 18 град, а на махе вверх 5 град, то никакое крыло не будет работать как махолетное. У надувных крыльев плюс разве что в уменьшении количества строп (можно заменить одним рядом), но принципиально это ничего не меняет.
 
Вверх