Беседы о теории машущего полёта.

[DesertEagle]

http://www.youtube.com/watch?v=xNYCldtpiW0

Красиво... Когда-нибудь и люди будут так летать). По крайней мере на легких махолетах.

 

[henryk]

http://www.youtube.com/watch?v=Ygc0RmnwX7I#t=54

=bambukovyj,skladnoj!

http://www.youtube.com/watch?v=p3jlRpb_bbo

=poslozhnieje...

http://www.youtube.com/watch?v=fcaOaJp5-10

=nu i razmahalsia !!!

 

[henryk]

http://www.youtube.com/watch?v=KaQ6lx3ifPU

-на шариковых гайках...

 

[henryk]

http://daedelus.typepad.com/blog/2011/07/no-new-ideas.html

 

[DesertEagle]

Площади крыльев сравнивали?

Так у летучих мышей площадь даже больше при равном размахе, так как крыло шире чем у птиц. Значит скорость полета ниже, а это еще сильнее снижает требование к мощности.

Дело вероятно не только в крыльях, но и в том что у млекопитающих кровоснабжение и дыхание развито не так хорошо, поэтому мышцы слабее, чем у птиц. Особенно в форсированном режиме во время полета, требующем огромных затрат энергии. Кто считает что полет почти не требует энергии, задумайтесь - а какого фига тогда в полете у птиц в несколько раз вырастает сердцебиение и частота дыхания? Просто так что ли, от нечего делать? Ну пробегитесь в горку на пределе сил, и посмотрите, увеличится ли у вас самих сердцебиение и частота дыхания. То-то же.

А что касается сравнения крыльев, то летучая лисица при массе 1 кг имеет размах 1.5 метра. В то время как птицы такой массы имеют в среднем размах около метра. Ну или полтора метра при массе 2-3 кг.

А вообще, из этой разници и понятно, что перья придают поверхности крыла пернатой птици особые свойства.

Да, объемный профиль с центром давления ближе к передней кромке по сравнению с любыми парусными крыльями. У которых он смещен ближе к середине крыла. Поэтому лодочный парус сильно уступает крыльям самолетов по аэродинамическому качеству, хотя размах и удлинение могут быть даже больше. В дельтаплане эта проблема частично решается использованием лат, сильно изогнутых у передней кромки и приближающих верхнюю дужку профиля по форме к нормальному объемному профилю. Без лат аэродинамические качества дельтаплана были бы намного хуже, как у лодочного паруса.

У летучих мышей эта проблема решается тем, что плечевые кости проходят не строго по передней кромке, а чуть дальше. А сама передняя кромка за счет натяжения кожи загнута вниз. Обратите внимание на фото выше. Это придает большую кривизну профилю у лобика. Но по сравнению с птичьим профилем, тем более учитывая что он полноценный объемный, этого все равно мало. Вот поэтому летучие мыши и летают хуже, чем птицы. Но их и это устраивает, разница не настолько велика, чтобы это было проблемой. Некоторые крупные летучие мыши каждый день от своей пещеры летают за 200 км на кормежку. Поэтому нельзя сказать, что мембранное крыло совсем уж плохое. Мелкие птерозавры (до 25 кг) тоже могли летать без особых проблем.

 

[DesertEagle]

Да и с крупными не вижу больших сложностей. Допустим, птерозавр весит 70 кг при размахе 8 метров (а найдены остатки и до 12 метров). Достижимо ли при этом аэродинамическое качество 10 единиц? Конечно достижимо, дельтапланы при сравнимых размерах имеют и выше. При взлетной массе под 120 кг, а не 70.

Тогда для горизонтального полета 70 кг птерозавру будет нужна тяга 70 кг / 10 = 7 кг. При скорости полета 36 км/час это мощность 70 Н * 10 м/с = 700 Вт. Имея в три раза большую удельную мощность мышц, чем у человека (как сейчас есть у птиц - потомков динозавров), для него это будет равносильно как для нас быстрая езда на велосипеде. Тяжело, но терпимо, несколько часов так можно лететь. А уж для рывка, для взлета или набора высоты, уж как-нибудь поднапряжется. Мы же можем при штатной мощности в 300 Вт, в рывке развить до 1 кВт. В три раза больше! Почему тогда 70 кг птерозавр не мог в рывке со своих 700 Вт, выжать под 2 кВт? Это скороподъемность для него 3 м/с, кстати. Более чем достаточно для маневренности.

 

[DesertEagle]

Чтобы не быть голословным, давайте хотя бы сравним прочность костей у птиц. В человеческом ранцевом махолете в корне при планировании будет изгибающий момент около 250 кг*м, а максимальный при махе вниз до 500 кг*м. У вороны же при планировании 0.06 кг*м и при махах до 0.12 кг*м.

Предел прочности кости на изгиб я сходу не нашел, но возьмем нечто среднее между сжатием и растяжением, около 13 кг/мм2. Кость это такой природный композит.

При коэффициенте запаса прочности 2 (ну, чтобы крыло не сломалось при любом чихе), человеку в махолете плечевая кость должна быть диаметром 20 сантиметров! (или 15 см только для планирования, без махов). Неплохо, да? ) Массу можете прикинуть сами, плотность кости найдете в интернете.

А теперь посмотрим на ворону. Ей в самом толстом месте плеча будет достаточно диаметра кости 4.8 мм, а для планирования и 3 мм хватит. Причем я подозреваю, что у птиц запаса прочности почти нет (защита от перелома реализуется гибкостью крыла и растяжением связок/мышц). Поэтому скорее всего нужно ориентироваться на нижнюю границу.

Какая реально толщина плечевой кости у вороны в крыле, я не знаю. Вот вы как препаратор и ответьте =). Но навскидку, учитывая что я взял исходные данные совсем грубо, диаметр кости 3-4 мм вроде выглядит реалистично. Как видите, кости у птиц устроены вполне себе согласно сопромату, никаких сниженных в несколько раз нагрузок благодаря волшебным вихрям и прочим глупостям, у них нет. Что тоже косвенно говорит в пользу правильности оценок всего остального, в частности мощности на полет. Вообще, главное достоинство стационарного подхода, что с какой стороны вы не будете рассматривать машущий полет (с энергетической, с прочностной, с аэродинамической), у вас всегда результаты будут согласовываться друг с другом. А вот у нестационарщиков с этим проблема. У них то одно не сходится с наблюдаемыми фактами, то другое. Что говорит о том, что где-то у них в рассуждениях ошибка. Хотя почему где-то, давно ж все ясно где.

 

[slavka33bis]

А че ворона-то???

Возмите к рассмотрению Андийского кондора с его размахом в три метра и весом 11 кг...

 

[DesertEagle]

Возмите к рассмотрению Андийского кондора с его размахом в три метра и весом 11 кг...

По прочности достаточно диаметра кости 2-2.5 см в самой толстой корневой части, дальше естественно тоньше.

 

[DesertEagle]

Кто ответит, сколько примерно может весить одно крыло махолета взлетным весом допустим150 кг? Допустим, крыло должно иметь удлинение схожее с крылом какого нибедь Андийского кондора.

Если судить по существующим аналогам, то от 15 кг до 45 кг (весь махолет, но без мотора). Или 1.5 кг, если безлонжеронного парапланерного типа. У андийского кондора, оказывается неплохое удлинение. При виде сбоку это было плохо видно. Интересно, в человеческом размере такие развитые перья на концах крыльев, дали бы какой-нибудь эффект?

 

[DesertEagle]

Я видел по телевизору передачу, где в качестве побочного сюжета показывали продувку в аэродинамической трубе крыла аиста с такими же перьями. Чучело крыла медленно опускали в зону трубы. Там особо отмечалось, что концевые крылья принимают такую форму пассивно, причем с увеличением аэродинамической нагрузки форма немного меняется, тоже полностью пассивно. Также сказали, что это несколько уменьшает концевые вихри, но цифр и результатов продувки не называлось. В интернете такое видео не нашел. Просто оно было сделано профессионально, крыло висело на трехосевом подвесе, профессиональная аэродинамическая труба... Явно дело происходило в NASA или какой-то крупной авиационной фирме.

Хотя известные эксперименты с манусом на полноразмерных планерах и показали, что в нашем размере толку от этого с гулькин нос, но и полностью структуру таких перьев на полноразмерных планерах никто не повторял. Там были скорее щелевые законцовки и просто торчащие перья (без повторения именно такой изогнутой формы и смещенного по спирали положения каждого пера).

 

[DesertEagle]

И напоследок еще один подарок любителям птичьего дизайна, тут вроде еще не появлялось. Начальные тестовые продувки в аэродинамической трубе аппарата Frigate. Это не махолет, просто планер, но как вы понимаете, в случае успешного полета на планировании, его всегда можно переделать в махолет ). Самая главная особенность, что управление у него изначально полностью как у птиц. Гошированием крыльев и поворотом хвоста. Масса крыльев и результаты продувки неизвестны, официальный сайт http://www.frigateaircraft.com/ пока не наполнен.

Может Henryk перескажет о чем говорят в ролике? Я английский на слух плохо понимаю.

http://www.youtube.com/watch?v=XZbafmwL3Rs

 

[DesertEagle]

результаты продувки неизвестны

Хотя почему неизвестны, там же в ролике есть кадр из компьютера аэродинамической трубы!

Как видим, на скорости полета 28.5 миль/час (45.86 км/час) подъемная сила получилась 72.3 кг и лобовое сопротивление 14.8 кг. Вполне реалистично для такой геометрии, я считаю. Только не совсем ясно с моментами на скриншоте, по идее они должны быть все уравновешены и равны нулю. Если это влияние подвеса, то компенсация этих моментов в реальном полете может еще немного ухудшить качество.

В этой продувке аэродинамическое качество согласно замерам получилось L/D = 72.3/14.8 = 4.89 единиц. Что ж, похоже на правду. Нормальное крыло с гладкой обшивкой (не перьевое) при таком удлинении имело бы около 6-7 единиц. Тут еще, как мне кажется, большой хвост сильно уменьшает качество из-за того что снижает эффективное удлинение крыла.

Там в конце можно разглядеть цифры 68.7 кг и 12.6 кг, это дает качество 68.7/12.6 = 5.45 единиц.

В любом случае, какая-то работа в мире в этом направлении идет, что безусловно не может не радовать.

 

[DesertEagle]

Причем заметьте, что доля торчащего в потоке пилота на такой скорости примерно 5 кг. Если бы это была аэродинамичная тушка птицы, "спрятанная" в крыле, то лобовое сопротивление составило бы 8-10 кг, а не 13-15 кг как сейчас, и качество всего аппарата стало бы 7.3-9 единиц. Что идеально сходится с теоретическими предположениями каким должно быть качество у птицы такого размера (см. на предыдущих страницах различные расчеты на эту тему). Учитывая, что у реальных птиц качество отделки поверхности-то наверняка получше, да и хвост не так загнут вниз, т.е. вносит меньшее сопротивление, то качество 10 единиц выглядит вполне реалистично. И полностью совпадает с замерами у крупных парящих птиц.

 

[slavka33bis]

Вот видео скоростной сьемки птиц нескольких видов:- http://m.youtube.com/watch?v=rYfk9nw3Tus&client=mv-google&guid=&hl=ru&gl=RU

Очень интересно...

 

[slavka33bis]

Крылатый конь называется ПЕГАС. 

А как назвать крылатого горного козла???

 

[DesertEagle]

Полет пеликана и модели в замедленном видео. Хорошо видны углы на крыле пеликана (для совсем упоротых альтернативщиков, не признающих традиционную аэродинамику).

http://www.youtube.com/watch?v=oSBdPLFtMsI

А это оригинал, обратите внимание на частоту махов. Обеспечите такую же на 10 метровых крыльях и полетите без проблем.

http://www.youtube.com/watch?v=_YEyzvtMx3s

 

[DesertEagle]

Есть птица (явление),есть полет птицы,есть законы для ее полета,есть все кроме формулы объясняющей ее полет!?
Можно ли вывести формулу для голубя????
Извесно:
Мощность,вес,площадь крыльев-хвоста,аэродин.качество.....
Есть ли неизвесные???

Есть конечно формула, только учитывая что на разных участках крыльев голубя разная скорость обтекания, то одной формулой не обойтись. Придется учитываться все параметры - размах, частоту махов, скорость полета, массу голубя и т.д. Причем голубь плохое сравнение с полноразмерным махолетом в силу малого размера голубя, специфического строения тела (амплитуда махов до 180 град) и большей энерговооруженностью по сравнению с другими птицами. Голубь одна из немногих птиц, способных к короткому почти вертикальному взлету.

Но тем не менее, что известно по голубю? Размах 60 см, масса 300 грамм, скорость полета ~65 км/час, частота махов 5 Гц, мидель корпуса примерно 5х5 см. Если ввести эти данные, а крылья заменить трапецевидными примерно такого же сужения и площади, то самая примитивная стационарная аэродинамика из поста #9328 говорит что голубю для полета нужна мощность около 7 Вт. Учитывая, что конкретно голубь может выдавать в  длительном режиме примерно 20 Вт/кг, то получается что при весе 0.3 кг его мышцы способны длительно выдавать около 0.3*20 = 6 Вт.

Чем не хорошее схождение? Учитывая что это самый примитивный уровень расчета, ниже некуда. Используйте более точные методики аэродинамического расчета (через циркуляцию, в частности) или например виртуальную продувку, и получите намного более точное схождение. Ну и где здесь какие-то вихри? А в человеческом размере все вообще сводится к самолетной аэродинамике, чисто по причине масштабного фактора.

 

[slavka33bis]

Какая же красота, полёт крупных птиц.

Видео снято ечень хорошо.

Есть на что посмотреть и проанализировать.

Можно разглядеть даже то, что крылья ни какие восьмёрки в воздухе не рисуют.


Первый ролик: -  http://www.youtube.com/watch?v=Vv6Q_SW71zM

Второй ролик: -     http://www.youtube.com/watch?v=6s7EfYpKy0o

 

[slavka33bis]

Вот интересное видео.
Если не путаю, белохвостый орлан.

Зависать на легком встречном ветерке для него не проблема.

http://m.youtube.com/watch?v=8xvtykjiqlo&rl=yes&feature=relmfu&client=mv-google&guid=&gl=RU&hl=ru