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.
