Беседы о теории машущего полёта.

[DesertEagle]

А тут мы говорим о кончике крыла ???

Если о кончике, то в 2 раза. Если о всем крыле, то в 1.4 раза (корень из двух).

Аэродинамика не знает такого параметра, как "частота махов". В аэродинамике крыло движется относительно воздуха. А что такое, по большому счету, махолет? А это всего лишь система, поддерживающая в среднем такое же снижение крыльев относительно воздуха, как при безмоторном планировании. А точнее, немного больше, на кпд движителя (потому как в отличие от остальных, мы не пытаемся изобрести вечный двигатель с кпд больше единицы).

Если при махе вверх крыло движется к воздуху "ребром" с минимальным лобовым сопротивлением (а у птиц так и есть, согласно натурным замерам) и мах вверх имеет длительность примерно такую же, как мах вниз. То значит на махе вниз нам надо опускать крыло в 1.4 раза быстрее, чтобы поддерживать ту же среднюю эквивалентную скорость снижения. В 1.4, а не в 2 раза, потому что зависимость аэродинамических сил от воздушной скорости квадратичная. Нам ведь важно не само снижение, а создаваемые при этом аэродинамические силы. Опуская крыло в 1.4 раза быстрее, создаем в 2 раза большую подъемную силу. Как раз для компенсации "холостого" хода вверх. Немного здравого смысла, и все должно быть понятно даже без формул!

Ну а если махать по-птичьи, то из-за V-образности скорость кончика крыла получается примерно в 2 раза быстрее, чем снижение планирования. Что мы и наблюдаем у птиц. Так что любой самолет/планер можно превратить в махолет, махая с такой частотой, чтобы на махе вниз скорость опускания крыла была примерно в 2 раза быстрее, чем собственное снижение на планировании.

 

[DesertEagle]

А если за частоту принять именно 2 Герца, то на кончике крыла мы получим скорость, равную примерно 24 м/сек.


Николай, я с цыфрами иногда не очень дружу,.
Я тут ни где не ошибся?

Сергддд, ВЯЧЕСЛАВ.33.150, вы правы. Тут я напутал. Конечно же, при равной удельной нагрузке (и удлинении, и аэродинамическом качестве) будет равное снижение, а частота махов уже какая получится. Чтобы обеспечить такое снижение крыла относительно воздуха в зависимости от размера крыльев.

Упрощенно говоря, если у вороны и у воробья одинаковая удельная нагрузка и одинаковое качество крыльев, и они имеют собственное снижение на планировании 1 м/с. То им надо обеспечить опускание кончика крыла со скоростью 2 м/с. Но у вороны за один мах кончик проходит по вертикали около метра, поэтому она машет с частотой 2 Гц. А у воробья проходит 10 см, поэтому для той же скорости опускания крыла 2 м/с, ему приходится махать с частотой 10 Гц.

Здесь мой косяк, признаю. Говоря про частоту, я на самом хотел сказать и имел ввиду, что при равной удельной нагрузке кг/м2, удельные энергозатраты Вт/кг на махи тоже будут одинаковы. С мощностью, меньшей чем у оптимальных природных летунов, полететь никак не получится.

Можно смотреть на характеристики птиц - их удельную нагрузку на крыло, развиваемое мышцами усилие при опускании крыла и так далее. И делать поправку на то, что в человеческом махолете  пилот находится в потоке, поэтому качество будет немного ниже, а значит потребная мощность несколько выше. А в остальном все будет одинаково - вертикальная скорость опускания крыла при махе вниз, удельная мощность для полета и т.д.

А если крылья аппарата по удельной нагрузке или аэродинамическому качеству отличаются от птичьих, то нужно делать полноценный аэродинамический расчет, а не проводить интерполяцию по какому-то одному параметру. Мол, ворона имеет снижение крыла 2 м/с, что в 6 раз меньше скорости полета 12 м/с, поэтому утка при таких же размерах крыла ~80 см, машущая с частотой махов 9 Гц имеющая снижение крыла 9 м/с, должна летать на скорости 9*6=54 м/с, или 195 км/час. Что в реальности конечно же не так.

А если провести аэродинамический расчет утки, то ее скорость полета 80-90 км/час оказывается как раз такой, какой и должна быть при ее удельной нагрузке, удлинении и располагаемой мышечной мощности.

 

[izrail11]

как бы не раздражало, но задам еще вопросик;
смогу ли удержать крылья в горизонтальном положении (рис. В.) при планировании?
скорость снижения =2м/с. примерное время полета пару мин.
взлет с пригорка...
ВВ =100кг.
АК допустим в районе 10-и.
общая площадь крыльев (верхнее по отводам, и маховая) =12кв.м..
Мах. площадь хвоста =2кв.м.

т.к. вопросы раздражают (некоторых), то отвечу сам!
думаю :🙂 легко!

 

[slavka33bis]

общая площадь крыльев (верхнее по отводам, и маховая) =12кв.м..
Мах. площадь хвоста =2кв.м.

Юра, для начала нарисуйте этот аппарат в строгом соответствии с пропорциями.

А пока аппарат с человеком выглядят так, что каждая маховая часть крыла имеет площадь не больше [highlight]одного квадратного метра.[/highlight]

Перерисуете, тогда и поговорим.

 

[slavka33bis]

упомянули =u AZAZEL-2  byla realizovana krutka=
но на видео(в начале) больше похоже на изменение устан. угла(угла атаки) IMHO.

На том ролике пилот управлял не углом установки, а именно круткой крыльев.

Если, конечно, это делал сам пилот, а не человек, держащий это крыло за конец и держась за какую-то конечную нервюру своими руками в наглую закручивал конец крыла, демонстрируя тем самым упругие свойства того крыла.

 

[slavka33bis]

Человек изменять непосредственно (то есть, именно саморучно изменять значение, то есть  управлять) может только угол установки.

А угол атаки меняется сам в зависимости от многих факторов.

Угол атаки элемента самолёта может изменяться даже тогда , когда пилот в полёте не делает ни чего.

Дунул на летящий планер ветерок, допустим снизу, и углы атики элементов крыла начинают увеличиваться.
И планер начинает подниматься выше.
Хотя пилот не трогал ручку управления и угол тангажа планера тоже не изменялся.

И так далее...

 

[slavka33bis]

на том ролике пилот управлял не углом установки, а именно круткой крыльев. 

я так понимаю управлять круткой, это изменять угол установки отдельно, нпр. кончика крыла не изменяя при этом угол уст. корня.
не так?

Да так.

Но также можно изменять угол закручивания крыла с одновременным увеличением и угла установки.

Так же, закручивать крыло можно и со стороны комля крыла.

В общем, крутка - это одно, а угол установки - уже другое.

 

[slavka33bis]

А как же?

Конечно меняется.

Но разницу видите?

так речь то о активном управлении, т.е. при изменении угла уст., пилот осознано меняет угол атаки на крыло.

Естественно, что пилот изменяет углы установки или угол крутки для какой-то определённой цели.

А именно для того, что бы изменились углы атаки.

Но может получиться и так, что пилот угол установки допустим уменьшил, а в это мгновение снизу дунул ветерок.

Углы установки пилот своими управляющими воздействиями вроде как уменьшил, а планер сволоч не снижается...

 

[slavka33bis]

В общем так.

Запоминайте, как "отче нашь".

Управлять (изменять угловое положение) можно только элементами конструкции.

А угол атаки может только ИЗМЕНЯТЬСЯ в зависимости от условий обдувки несущей поверхности.

 

[DesertEagle]

т.е в этом случае 100кг., по 50 на каждом крыле...
учитывая рычаг, сужение и крутку крыла, сила действующая на коротком конце рычага уменьшится (точно не знаю, но думаю кг. на ~15)=35кг. на каждую руку.

Удерживать сможете, только на коротком рычаге сила увеличится, а не уменьшится. То есть на каждую руку придется около 60 кг, если судить по пропорциям на рисунке.

Подъемная сила на одном крыле 50 кг пытается повернуть крыло вверх, что относительно точки шарнира дает усилие в ~60 кг вниз. Которое нужно скомпенсировать руками, потянув за конец короткого рычага вверх с усилием тоже 60 кг. Тогда крылья будут находится в горизонтальном положении.


И даже сможете несколько раз махнуть. Если можете подтягиваться с суммарным весом 120 кг. Просто из-за этого же рычага, который позволит вам удерживать руками без всяких стопоров крылья в горизонтальном полете, амплитуда махов окажется меньше необходимой для полета. Потому как закон сохранения энергии. Если на планировании аппарату нужно определенное количество киловатт, находимое как взлетный вес в ньютонах, умноженный на снижение в м/с. То в машущем полете мощности всегда будет нужно больше. Согласно кпд процесса.

Кстати, за счет центроплана там будет поворачивающий момент даже не от 50 кг, а меньше. Так что точно удержите!

 

[izrail11]

Николай спасибо за уточнение!
ну а если, еще учесть что крылья (от уключины) имеет массу равную ~20%
от массы аппарата без пилота,
и на коротком конце рычага будет тоже несущая поверхность под своим углом установки с хордой как у корня?
даст ли это поправку к необходимым усилиям для удержания крыльев в гориз. положении?
о махах пока забудем, только планирование.

 

[izrail11]

Как так?
Не может быть.

по клеточкам посчитал.

 

[slavka33bis]

у Вас на рисунке тоже не соответствия:
крыло от уключины = 4м. на целый метр, а размах аж на 2 м. увеличили.

Как так?
:-? Не может быть.

Доберусь до стационарного компании, гляну.

Да нет.

Проверил, всё было нормально.

Длина маховой части крыла равна ровно 3,5 метра.

 

[slavka33bis]

Да нет.

Проверил, всё нормально.

Длина маховой части крыла равна ровно 3,5 метра.

я ж поправил длина крыла 3 м. размах 9м. между уключинами 3м.
длина аппарата 3 м.

А яже рисовал вот по этим указанным размерам (см.картинку).

Со стороной квадратика я слеганца ошибся.
Там не 83,3, а немного меньше.

Но длина на моём с дорисованным концом крыла получилась именно 3,5 м.



Ну ладно.

Подожду до уточнённых изображений.

 

[DesertEagle]

ну а если, еще учесть что крылья (от уключины) имеет массу равную ~20%
от массы аппарата без пилота

Тогда конечно усилие для удержания будет еще меньше, так как сила тяжести этого участка будет тянуть вниз.

и на коротком конце рычага будет тоже несущая поверхность под своим углом установки с хордой как у корня?
даст ли это поправку к необходимым усилиям для удержания крыльев в гориз. положении?

Конечно даст, уменьшит еще на половину. На коротком рычаге конечно будет интерференция с верхним крылом, но в целом, на коротком рычаге можно установить угол атаки в два раза больше, чем на концевой части после уключины, и тогда крыло будет самом по себе уравновешено. И вообще не потребует усилий для удержания в горизонте. Удержать можно будет хоть одним мизинцем )

Более того, в таком случае при махах потребуются только усилия для разгона/торможения крыла, а равномерное движение тоже не потребует усилий или энергии. Поэтому в уравновешенных крыльях можно создавать видимость нормальных махов, практически не совершая работы. Посмотрите на махи Топорова или Ива России. Правда, и полезной работы от этого ноль. То есть никакой полезной тяги для полета при этом не создается.

 

[DesertEagle]

Такс, Юра.

Лично для Вас проверочный вопрос:-

Каким именно методом в том сообщении предлагалось управлять углом тангажа аппарата в режиме планирования??

Кстати, если в однолонжеронном автостабильном крыле нервюры сделать на салазках, способные ездить вперед-назад, то управлять углом тангажа можно сдвигая крыло по этим салазкам относительно лонжерона. Крыло само изменит угол атаки.

Это для случая Юрия, где короткий рычаг можно двигать вперед-назад. Чтобы такими же естественными движениями управлять установочным углом, не поворачивая крыло. (конечно, при требуемой для полета частоте махов вручную невозможно изменять установочный угол при каждом махе, не хватит человеческой реакции, поэтому это не имеет смысла. просто техническая возможность так делать).

 

[DesertEagle]

Удержать крылья горизонтально при планировании в такой схеме он сможет. Двигать руками крылья вверх-вниз, вперед-назад для изменения геометрии/стреловидности (а это и есть основная фича такой компоновки), он тоже сможет. Так какие проблемы тогда?

Юрий плавает в кинематике (по крайней мере, раньше плавал), но он далеко не дурак. И вполне способен учиться, делать выводы и дорабатывать конструкцию по результатам испытаний. Если добиться планирующего полета, то добавить мотор всегда можно. У него и раньше проскакивали мысли о моторизации в случае необходимости.

Не имею ничего против постройки мускульных махолетов, если в их конструкцию заложена потенциальная возможность добавить потом мотор на недостающую для полета мощность. И у Юрия это условие всегда соблюдалось.

 

[DesertEagle]

Недавно, буквально на днях, Хенрик рассказал и показал такой вот аппаратик.
Я, честно говоря, был в шоке. 

Это не так очевидно, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что технически за счет мускульной силы вполне можно изменять установочный угол в требуемых для махов пределах. Это же обычный ход трапеции у дельтаплана на полный ход. Или затягивание триммеров на параплане (оба варианта приводят к изменению угла атаки крыла в диапазоне ~15 град, от минимального полетного угла атаки, до срывного). По ощущениям, мощности на это надо ~50-100 Вт. То есть вполне можно делать руками раз в секунду при частоте 0.5 Гц. Не на серийном апарате, конечно, а на первых прототипах. Потому что от одного мотора сложно сделать правильную крутку крыла при махах, а руками можно было бы интуитивно подбирать правильные режимы изменения угла для максимальной тяги. Учиться летать, как учатся птенцы.

У меня самого на первых двух парапланерных прототипах было ручное управление установочным углом. Предполагалось, что не нужно именно сознательно управлять в отдельные моменты времени, а достаточно выучить траекторию движения рук и просто рефлекторно ее повторять, как заученную. Тогда по сделать так 20 раз для первых 20 махов подлета вполне реально.

Только во время испытания я понял, что это все же нереально. Слишком много отвлекающих факторов - надо следить за крылом, разбегаться и т.д.. Я все еще верю, что так натренироваться можно, но это потребует очень много времени. Поэтому решил, что проще будет добавить второй мотор и синхронизировать по специальному алгоритму его с первым, чтобы изменение угла делалось автоматически.

 

[DesertEagle]

А аппарат Ива Росси, если туда вставить движок на 10 кВт, полетит как миленький. С кинематикой и геометрией у него все ок. Да и Топоровские тоже полетят, им даже меньше нужно из-за явно более планерной формы и лучшего аэродинамического качества. 5 кВт должно хватить.

 

[slavka33bis]

Для СергеяДыДыДы

Сергддд,

Руление и подруливание хвостом не относится к функции машущего полета. Это управление, отдельная песня. Руль можно вынести отдельно на балке и с таким же успехом рулить. [highlight]В машущем полете хвост птицы не участвует. [/highlight]

Всё верно.


Сергей, лично я считаю так же, как Николай .



Дело в том, что в полёте на крейсерской скорости (машет птичка или в короткой передышке не машет)

пока полёт проходит спокойно,
пока птичке видно далеко и хорошо,
пока она видит, что ей в ближайшие секунды не придётся резко и
в большом интервале изменять
- скорость полёта,
- траекторию полёта
- или положение тела в пространстве,

все функции по стабилизации она перекладывает только на крылья.