Орнитоптер или «махолет» своими руками

Добрый день, уважаемые моделисты!Недавно я увлекся авиамоделизмом. Я новичок, поэтому не судите строго. Сегодня я хочу показать, как сделать орнитоптер или «махолет» на резиномоторе Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиНам понадобятся: 1. палочки для кофе 2. суперклей3. резак 4. наждачная бумага5. бумага 6. линейка7. карандаш

Делал я по этой схеме:

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиИтак, начнём!

Работу я начал с главных реек.После вырезки каждую рейку прошкуриваем наждачкой.

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиРейку 40 мм прикрепляем к рейке 140 мм на расстоянии 25 мм от края. С рейкой 127 см поступаем также.Орнитоптер или «Махолет» своими руками

С краю приклеиваем две реечки по 15мм. Кончики срезаем под углом в 45 градусов.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Делаем хвост из реек по 100 мм.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Чтобы прикрепить скрепку к хвосту, сгибаем ее кончик

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

И «цепляем» к хвосту.

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиОрнитоптер или «Махолет» своими руками

на другой конец главной рейки приклеиваем еще две рейки по 10 мм. Это нужно, чтобы прикрепить хвост к фюзеляжу.

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиКрепим хвост. Делаем еще одно «ушко» для резинки.

Клеим две трубочки из бумаги 60 мм на 5 мм. Донца смазываем клеем для прочности.

Приклеиваем их на край рейки 127мм.

Делаем еще трубочку 60 мм на 10 мм.

Приклеиваем её между передними рейками по 10мм.

Берем палочки для крыльев 150 мм.

Крепления, на которых держатся крылья.

Приклеиваем их к рейке.

Делаем коленвал, как показано на чертеже.

Вставляем его одним концом в бумажную трубочку.

Делаем еще одно «ушко».

Закрепляем крылья при помощи заглушек (заглушки делаем из оплетки от провода).

Делаем тяги из тонкой реечки 58 мм. На конец прикрепляем кусочек оплетки.

Надеваем тяги.

Приклеиваем целлофан к рейками крыльев и хвоста.

Орнитоптер готов! Надеваем резинку и в небо! Всем удачных полетов !

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Источник: https://USamodelkina.ru/9013-ornitopter-ili-maholet-svoimi-rukami.html

Орнитоптер своими руками

Орнитоптер (он же — махолет) — воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полёте в основном за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

В этой статье вы сможете узнать, как построить орнитоптер своими руками и установить на него радиоурправление.

Чертежи орнитоптера

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Приступаем к постройке, будем ориентироваться на чужой опыт.

Постройка очень проста и не требует каких либо дефицитных матриалов. С изготвлением махолета может справиться практически любой человек.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

  • Для данной самоделки автору потребовались такие материалы: деревянные шпажки, скрепки канцелярские большие и поменьше, рукав для запекания, супер клей.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

  1. Первым делом автор, из шпажек подготовил отрезки нужных размеров.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Затем с помощью ножа разделил вдоль шпажку длинной 22 см на две одинаковые половинки. Из них автор сделает крылья.

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиОрнитоптер или «Махолет» своими руками

  • Затем он взял палочку 13 см и срезал один край как показано на фото ниже.

Орнитоптер или «Махолет» своими рукамиОрнитоптер или «Махолет» своими рукамиОрнитоптер или «Махолет» своими руками

  1. Палочку 6 см тоже раздели на две одинаковые части.
  • Вторая палочка 22 см будет основой, на ней автор сделал отметку 12 см и в этом месте приклеил одну половинку 6 см палочки под углом 90 градусов.
  1. На этой маленькой палочке сделал отметку 5 см.
  • Далее он взял палочку 13 см и приклеил ее как на фото.
  1. Затем он перевернул основу и приклеил вторую половинку 6 см палочки.
  • Далее автор из бумаги вырезал полоски и намотал на скрепку.
  1. Приклеил второй край полоски.
  • Снял их со скрепки получились вот такие втулки, они будут нужны для движения крыльев.

Теперь автор взял маленькие скрепки 2 шт. выровняв их загнул таким образом.

  1. Затем от ровного края скрепки отмерял 1 см и загнул на 90 градусов.
  • Далее от этого изгиба отмерял 2 см и загнул на 90 градусов в противоположную сторону.

Затем отмерял еще 2 см и лишнее отрезал. Со второй скрепкой он проделал такую же операцию.

Далее автор взял ранее подготовленные половинки палочек для крыльев. И приклеил к ним скрепки.

  1. Для большей прочности он обмотал места склеивания ниткой в два слоя и пропитал ее клеем.
  • Далее автор склеил втулки вместе затем приклеил их в указанном месте.

И опять процедура с ниткой и клеем. Главное не залить клеем отверстия на втулках.

Потом автор изготовил из маленькой скрепки деталь крепления будущего вала. Разогнув ее намотал на большую скрепку в виде пружины без просвета между витками.

  1. Так же она должна свободно вращаться на большой скрепке.
  • С одной стороны торчащий край автор отрезал и обработал место на наждачной бумаге до гладкой поверхности.

Затем на каркасе он сделал отметку 5.5 см от центра верхних втулок.

  1. Лишнее обрезал и на это место приклеил подготовленную деталь в форме пружины.

И снова нитки и клей. Клей не должен попасть во внутрь детали.

  • Далее автор выгнул из маленькой скрепки вот такую деталь она будет держать хвост и один конец резинок.
  1. И приклеит ее на свое место.
  • Не забыв про нитки и клей.

Теперь автор изготовит хвост орнитоптера.Для этого он возьмет шпажку 10 см и разделит ее, вдоль на две равные части.

Так же он разделил и палочку длинной 2 см. Из нее автору будет нужна только одна часть.

  1. Для того чтобы удобнее было склеить хвост, автор подрезал один край на обеих 10 см палочках под углом 45 градусов.
  • И после этого склеил две длинные палочки на краю маленькой, это и будет хвост орнитоптера.
  1. И снова нитки и клей для прочности.
  • Затем приклеил хвост к каркасу.
  1. Не забывая о прочности крепления.

Следующий шаг автора — изготовление вала который будет двигать крылья. Сначала автор выровнял большую скрепку.

  • Затем отмерял 4 см и загнул под углом 90 градусов.
  1. Дальше отметка 1 см и изгиб в обратную сторону.
  • Далее отмеряет 2 — 3 мм и загибает в сторону.
  1. Дальше отметка 8 мм и изгиб в сторону направляющей.
  • Теперь автор подогнет немного его в указанном месте.
  1. Для лучшего вращения вала автор на один его край одел маленькую бусинку.
  • Потом автор взял палочку 7 см и разрезал ее вдоль.
  1. На этих половинках он сделал по маленькому отверстию с двух сторон.
  • Расстояние между отверстиями 61 мм.

Далее автор продел вал в приклеенную пружину из скрепки. И сделал крючок для крепления резинок.

  1. Одну из полосок с отверстиями он одел на изгиб вала, а вторую на ровную часть вала.
  • Далее одел крылья.
  1. А на крылья одел сначала одну направляющую.
  • Затем вторую подложив под нее бусинку.
  1. Под крылья автор тоже решил подложить по бусинке после чего загнул края скрепок.
  • Чтобы направляющие не слетали автор одел бумажные втулки и залил клеем.
  1. Таким же образом он закрепил направляющую и на вале.
  • Механическая часть готова теперь автор приклеит пленку на крылья и хвост.
  1. Предварительно разметив и вырезав пленку.
  • Сначала крылья.
  1. А затем хвост.

Последним этапом автор одевает резинки 3 шт. (Можно больше или меньше зависит от того на сколько резинки тугие.)

  • Заводит механизм орнитоптера и запускает его в полет.
  1. Вот так парит орнитоптер этого парня.

• Если ваша птица пикирует загните вверх хвост, если кабрирует (задирает нос и падает), то наоборот опустите. Также изменением длины шатунов добиваемся большей стабильности и тяги при полете.

• Если все собрано правильно эта модель набирает высоту прямолинейно, после чего медленно помахивая крыльями планирует, дальше садится чуть поджав крылья.

Комнатная моделька больше похожа на стрекозу при наборе высоты, частота взмахов достигает 20Гц.

При сборке большей модели время полета, высота и зрелищность полета увеличиваются, падает частота взмахов, но нужно более мощную и длинную резинку

Видеоинструкция по постройке орнитоптера

  • «>
  • Теперь, когда получен опыт постройки механического орнитоптера, можно сделать его радиоуправляемый аналог.
  •  Принцип построения — тот же самый, только вместо резиномотора используется электромторчик, да дополнительно управляется хвост с помощью сервоприводов.
  • Радиоуправляемые Авиамодели

Источник: http://rc-aviation.ru/make-model/obzor/2085-orintopter

Как московский инженер построил махолет

Почему люди не летают как птицы? Еще как летают: аэродинамика у самолета почти та же, что и у пернатых, хотя над полностью «морфируемым», изменяемым крылом люди еще работают. В полете мы достигли больших высот.

Если пересчитать на килограммы массы и километры полета, современный авиалайнер тратит энергии меньше, чем птица. Аналога вертолетного принципа полета в животном мире, видимо, нет вовсе.

Но все равно в способностях человека летать остается какая-то неполнота.

Древняя, как весь наш род, мечта летать как птица — то есть свободно махая крыльями — остается невоплощенной.

Мечта эта так сильна, что хотя до сих пор ни одна авиакомпания и ни одна армия мира не эксплуатирует ни единого орнитоптера, действующая Конвенция о международной гражданской авиации включает его определение: «Воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете в основном за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение».

От самолета до вертолета

Впрочем, у мечты о маховом полете есть и практическая сторона. Аэродинамическое качество — отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, которое определяет эффективность полета — у самолетов исключительно высоко.

Но самолеты требуют дорогих и сложных аэродромов, больших взлетно-посадочных полос. Вертолеты в этом смысле удобнее, они взлетают и садятся вертикально, не требуя для этого какой-либо инфраструктуры. Они намного маневреннее и даже способны зависать неподвижно.

Но аэродинамическое качество вертолетов невысоко, и час их полетного времени стоит совсем недешево.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Попыток скрестить одно с другим делается немало — у винтокрылых автожиров и конвертопланов есть свои поклонники. Для решения некоторых узких задач эти летательные аппараты могут быть даже незаменимы.

Но все-таки такие гибриды оказываются не слишком удачными: известна шутка о том, что они соединили не столько достоинства, сколько ключевые недостатки и самолетов, и вертолетов. Но вот махолеты могут оказаться подходящим решением.

Теоретически, они сумеют взлетать с места, будут маневренны вплоть до способности зависать в воздухе и смогут демонстрировать почти самолетное аэродинамическое качество.

Но первые неловкие воздухоплаватели задумывались, конечно, не о самолетах, которых еще вовсе не было, а о птицах. Казалось, что достаточно научиться отталкиваться от воздуха крыльями — и человек полетит.

С такими взглядами, конечно, никто из них так и не смог оторваться от земли.

Крылатые механические приспособления в лучшем случае позволяли неловко планировать, как это проделал легендарный монах-бенедиктинец Эйлмер, который около тысячи лет назад сиганул с башни Малмсберийского аббатства в Англии, получив тяжелые травмы.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

От птицы до насекомого

Причина многочисленных неудач понятна: саму сущность полета в те годы представляли достаточно смутно. Подъемную силу птицам дает не опора на воздух, а особый контур профиля крыла.

Разделяя набегающий поток надвое, он заставляет воздух над верхней кромкой двигаться быстрее, чем над нижней. По закону Бернулли, давление будет выше в области с более медленным потоком.

Возникающая разница между давлением под крылом и над ним создает подъемную силу. Но стоит начать махать крыльями — и эта ясная картина полностью меняется.

Известная поговорка гласит, что «по законам аэродинамики шмели вообще не могут летать». В принципе, это справедливо: с точки зрения классической аэродинамики насекомые и их крылья — это нечто несусветное.

Даже в теории они неспособны создать подъемную силу и тягу, необходимые для полета, — если только мы не перейдем от классической аэродинамики планера к новой, нестационарной.

Здесь все иначе: турбулентные завихрения, с которыми конструкторы самолетов борются не покладая рук, становятся ключом к полету и шмеля, и его родственников.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Крупные птицы используют взмахи лишь изредка — например, когда необходимо затормозиться для посадки или взлететь. Эти взмахи плюс движения ног позволяют им получить направленную вперед тягу, для того чтобы в действие вступила подъемная сила крыла.

Насекомые же машут крыльями постоянно, причем по особой траектории, скорее вперед-назад, чем вверх-вниз. В сочетании с гибкостью крыльев и достаточной частотой взмахов это создает у их передней кромки турбулентные завихрения, которые «сбрасываются» с края крыла в верхней и нижней точках.

Они и создают достаточную для полета шмеля подъемную силу и тягу.

Меняя скорость первой и второй фаз движения, насекомое контролирует направление этих сил, маневрируя в воздухе. И даже щетинки, бугры и неровности на поверхности крыла — отличие от обтекаемого крыла самолета — работают на образование турбулентных вихрей.

Этих тонкостей не знали долго и до конца не понимают до сих пор. Но оказалось, что в простейшем случае это и необязательно.

Еще до Второй мировой войны немецкие авиаконструкторы с успехом запускали небольшие легкие орнитоптеры, использующие для привода скрученный резиновый жгут.

Увлечению ими отдал дань даже знаменитый аэродинамик Александр Липпиш, а в 1930-х Эрику фон Хольсту удалось оторвать от земли орнитоптер, на который был установлен двигатель внутреннего сгорания.

Однако создать аппарат, который можно было бы рассматривать как прототип чего-нибудь полезного, способного нести хотя бы одного человека или груз, тогда так и не удалось. В 1960-х Персифаль Спенсер продемонстрировал полет «орниплана» с размахом крыльев 2,3 м и крошечным (объемом 5,7 см3) двухтактным двигателем — пилотировался он оператором, по кабелю.

Читайте также:  Миниатюрная настольная плита своими руками

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Более крупный махолет взлетел лишь в начале 1980-х, когда профессор Московского авиационного института Валентин Киселев сконструировал семикилограммовый аппарат, способный самостоятельно стартовать и оставаться в полете. Со временем модель освободилась от кабеля и управлялась по радиосвязи.

По следам Киселева в этой работе двигался его заокеанский коллега Джеймс Делориер. В 1991 году Делориер получил диплом Международной федерации аэронавтики за создание «первого оснащенного двигателем и дистанционно управляемого орнитоптера». В 2006 году его модель UTIAS Ornithopter No.

1 взлетела, а вскоре поднялся в воздух и пилотируемый махолет Snowbird — за 14 секунд он пролетел около 300 м на мускульной тяге пилота.

«Это не совсем честный результат, — поясняет ученик профессора Киселева, выпускник МАИ Андрей Мельник. — Я знаком с этими конструкциями, и их нельзя считать махолетами в полном понимании этого слова.

Первый аппарат оснащался реактивным двигателем для создания тяги и взлета. А второй продемонстрировал еще одну важную вещь: что мускульной силы человека для машущего полета недостаточно.

Даже подготовленному пилоту, спортсмену, и то удалось пролететь совсем немного».

Орнитоптер или «Махолет» своими руками Возвратно-поступательное движение поршней двигателя трансмиссия преобразует во вращательное движение зубчатых колес, а кривошипно-шатунная передача превращает его снова в возвратно-поступательные взмахи крыльев. Изобретатели мечтают о том, чтобы сделать эту схему эффективнее, напрямую передавая движения поршней крыльям.

От игры до науки

Надо сказать, что если «полезный» машущий полет не удается освоить до сих пор, то игровая индустрия чувствует себя в этой области уже вполне уверенно. Первые небольшие модели на резинке появились в продаже еще в конце XIX века, а сегодня одну из популярных игрушек с машущими крыльями, электромотором и на радиоуправлении предлагает компания-разработчик игрушечных роботов WowWee.

«Я сам начинал с авиамоделирования, — говорит Андрей Мельник, — поэтому представляю, насколько требовательны самолеты к мастерству пилота, управляющего ими с земли.

Буквально одно неловкое движение — и он заваливается в штопор или в крен. И я могу сказать, что мой опыт управления нашим махолетом показывает, что с этим аппаратом справится даже ребенок.

Он получился у нас настолько устойчивым, что легко прощает все ошибки и остается в воздухе».

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Средства в разработку нового типа летательных аппаратов при довольно сомнительных перспективах вкладывают неохотно. Однако Андрею Мельнику и Дмитрию Шувалову удалось убедить инвесторов, что благодаря современным технологиям и при должных вложениях махолет можно создать.

«Нам удалось нащупать несколько принципиальных моментов, которые прежде, в том числе и когда я работал с профессором Киселевым, понимались неверно, — добавляет конструктор. — Первые наши модели просто разваливались, не выдерживая нагрузки. Так вот, предполагалось, что такую нагрузку на аппарат создают аэродинамические силы.

Однако испытания показали, что это не так, и основное воздействие он испытывает из-за инерции машущих крыльев».

Выяснив причины неудач, разработчики максимально снизили вес крыла — до 600 г при площади 0,5 м2 — и демпфировали его воздействие на фюзеляж.

«Настоящим сюрпризом для нас стали результаты моделирования, которые показали, что аэродинамический центр четырехкрылого аппарата находится не где-то между передней и задней парой крыльев, а позади них, — вспоминает Андрей Мельник.

— Чтобы решить эту проблему, пришлось изменить геометрию переднего и заднего оперений. Но в результате махолет стал уверенно держаться в воздухе».

Орнитоптер или «Махолет» своими руками Мухолет Крошечные орнитоптеры разрабатываются в разных странах мира. Как правило, авторы их пытаются с большей или меньшей точностью сымитировать природу, повторив конструкцию летающего насекомого. В мае 2015 года Питер Эббил и Роберт Дадли из лаборатории биомиметических миллисистем Университета Беркли продемонстрировали весьма эффектный взлет 13,2-граммового махолета с «пусковой установки» на спине шестиногого микроробота.

От практики до теории

Первый полет махолета состоялся в 2012 году, когда аппарат, еще почти неуправляемый, пролетел около 100 м. Его жесткие композитные крылья приводились в движение небольшим двигателем с кривошипно-шатунной передачей.

А спустя еще полгода усовершенствованная 29-килограммовая версия оставалась в воздухе уже столько времени, на сколько хватало полулитрового топливного бака — 10−15 минут.

На свой махолет разработчики оформили патент РФ № 2488525.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками Передние и задние крылья орнитоптера машут в противофазе. Это резко снижает колебания аппарата в полете и нагрузки, возникающие под действием инерции движущихся крыльев.

«Помимо прочего, мы столкнулись еще и с проблемой управления, — продолжает Андрей Мельник. — По вертикали махолет отклонялся и управлялся надежно, с помощью рулей высоты на хвостовом оперении. А вот чтобы менять курс еще и по горизонтали, нам пришлось установить на крыльях дополнительные законцовки. Меняя их положение, стало возможным полностью управлять аппаратом в полете, по радиоканалу».

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Надо сказать, что вертикально махолет все-таки не взлетает, хотя для разбега ему требуется очень короткая полоса. Всего 5−10 м — и он уходит в отрыв. Эту цифру можно еще уменьшить, однако для создания настоящей полноразмерной модели конструкцию придется серьезно усовершенствовать.

По словам Андрея Мельника, прежде всего требуется отказаться от кривошипно-шатунного механизма, не слишком удачного для создания машущих движений крыльями. Он порождает слишком опасные инерционные силы, которые особенно велики в верхней и нижней «мертвых точках» колебания.

«Если мы возьмем другой привод, который способен накапливать энергию последних фаз движения и затем использовать ее для движения в обратном направлении, то он будет гораздо эффективнее, — говорит конструктор.

— Это может быть, например, пневматический механизм, такие задумки у нас есть».

«Хуже всего то, что мы так и не понимаем в точности, как же он летает, — продолжает Андрей Мельник. — И по образованию, и по навыкам мы — практики, конструкторы, а не теоретики, не ученые.

Но мы точно можем сказать, что обычные теоретические модели для махолета не подходят, и наши испытания это подтвердили. В частности, коэффициент подъемной силы у нас оказался в разы больше, чем у типичного самолетного крыла. Почему? Надеюсь, кто-нибудь разберется».

Быть может, все действительно произойдет в обратном порядке: выяснив, как летает махолет, мы, наконец, разберемся и в машущем полете птиц и насекомых.

Источник: https://www.PopMech.ru/technologies/234686-kak-moskovskiy-inzhener-postroil-makholet/

За Атрейдесов!

Мультикоптеры завоевывают мир и это не удивительно — четыре или больше двигателей, батарея и плата управления с гироскопом — что может быть проще и надежнее? В последнее время крупные компании такие, как Amazon, Google и DHL, занялись разработкой мультикоптеров для доставки посылок и мелких грузов на небольшие расстояния. Давайте попробуем разобраться, возможно ли это на практике и есть ли другой путь?

Безусловно,
конструкция мультикоптеров проста, но
у них есть и ряд серьезных недостатков.
Первый, и главный — они не эффективны.
Мы должны потратить весьма много
электроэнергии для доставки одного
килограмма груза, самолет бы справился
с этой задачей на много эффективнее.
Второй проблемой является шум — быстро
вращающиеся винты создают неприятный
свист, который сильно раздражает. Третьим
недостатком является то, что чем больше
винт, тем он эффективнее, поэтому
мультикоптер всегда будет уступать
одновинтовому вертолету той же мощности.
И именно поэтому наш Ми-26 самый эффективный
вертолет в мире.

Согласитесь, со всеми современными разговорами об экологии и важности энергоэффективности картина будущего, где в городском небе летают свистящие малоэффективные мультикоптеры, выглядит немного странно. Сама задача подсказывает ответ — нам нужен малошумный эффективный и надежный аппарат. Но существует ли он?

В мире не так много других решений задачи перевозки грузов по воздуху. Самый распространенный способ — самолет. Эффективен для доставки грузов благодаря своему высокому аэродинамическому качеству, но для посадки ему требуются длинные взлетно-посадочные полосы, что делает невозможным его использование для доставки грузов в черте города.

Вертолеты, как и мультикоптеры очень эффективны на режиме висения, но крайне неэффективны в горизонтальном полете. Еще есть конвертопланы сочетающие в себе признаки самолета и вертолета — это достаточно сложные как в обслуживании, так и в пилотировании летательные аппараты, которые как правило, кроме плюсов сочетают в себе и минусы обоих родителей.

Но есть еще один, незаслуженно забытый тип летательных аппаратов — орнитоптер, он же махолет. Если обратить внимание на птиц, насекомых и что они вытворяют в воздухе, то их механический аналог вполне подошел бы для решения задачи доставки грузов в черте населенных пунктов и не только.

К тому же, орнитоптер сочетает в себе плюсы самолета и вертолета — он способен осуществлять горизонтальный полет с высоким качеством и при этом зависать и осуществлять вертикальные взлет и посадку.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

Исторически так сложилось, что махолет не нашел развития. На заре авиации он оказался слишком сложным и все попытки создать аппарат с машущим крылом были тщетными. Но сама мысль летать по-птичьему не оставляла умы ученых с самого зарождения авиации. Еще Жуковский, прародитель современной аэродинамики, неоднократно обращался к теории полета птиц, что стало основой всей современной аэродинамики. Однако, решив задачу парения, вихревой теории винта и крыла, Николай Егорович оставил проблему машущего крыла без должного внимания. Позже ее попытались решить в группе Михаила Тихонравова, одного из основоположников космической отрасли СССР, однако дальше общих теоретических выкладок дело не пошло, а с развитием самолетостроения интерес к машущему полету совсем угас.

Новая волна интереса к махолетам начинается в 80-х годах. В Советском Союзе и зарубежом публикуются статьи, связанные с исследованиями полета птиц, насекомых, древних ящеров и именно тогда появляется расхожая фраза: по законам аэродинамики шмель летать не может, но он их не знает и поэтому летает.

Действительно, эти исследования породили главный вопрос: как именно реализуется машущий полет? Кульминацией стала попытка профессора Пола Маккриди из NASA создать копию гигантского птеродактиля, которая так и не смогла полететь, однако это не помешало предприимчивому профессору продать ее нью-йоркскому музею за три миллиона долларов.

Неудача Маккриди в очередной раз снизила интерес к машущему полету, который опять стал выглядеть нереализуемым.

В это время на фоне новых исследований и неудач зарубежных коллег в Московском Авиационном институте создается Лаборатория машущего полета, которую активно поддерживает тогдашний руководитель ОКБ Сухого Михаил Симонов.

В ходе многолетней работы команде удалось создать ряд легких летающих моделей, а так же заложить основы аэродинамики и динамики машущего полета. К 1993 году уже был спроектирован пилотируемый экспериментальный аппарат и даже выделена часть средств, но перестройка не щадила никого и проект заглох.

Руководитель лаборатории профессор Валентин Киселев впоследствии неоднократно пытался поднять тему машущекрылых аппаратов, но попытки оказались тщетны, равно как и постройка 22-килограммовой модели.

В это время за рубежом лидером в постройке махолетов становится Торонтский университет. Команде под руководством Джеймса Делоуриера удалось добиться значительных успехов — в 2002 году они создали отлично летающую модель махолета весом в 3,5 килограмма.

А в 2004 году уже был построен пилотируемый аппарат, который так и не смог оторваться от земли из-за малой мощности двигателя.

Два года спустя на орнитоптер установили дополнительный небольшой реактивный двигатель, который все же позволил совершить полет, но через 300 метров пилот потерял управление и аппарат перевернулся.

В 2010 году обновленная команда Торонтского университета создала первый пилотируемый махолет с мускульным приводом, который смог пролететь 19,3 секунд в горизонтальном полете только за счет сил пилота. Правда, аппарат сначала затянули на высоту как планер, и только затем пилот смог парить почти 20 секунд без потери высоты.

В 2011 году к проектированию нового аппарата приступили мы, молодая команда выпускников МАИ: Андрей Мельник и Дмитрий Шувалов. Поначалу проект строился на основании идей Киселева, так как это был единственный достойный теоретический базис в сфере орнитоптеров.

Однако конструкторские решения, предложенные Валентином Афанасьевичем, показали свою неоправданность и неэффективность.

В итоге мы решили кардинально пересмотреть конструкцию махолета в сторону обеспечения высокой надежности привода и возможности регулировки основных параметров в широком диапазоне значений.

В основу расчета прочности узлов и соединений была положена теория Валентина Киселева о приоритете аэродинамических нагрузок над инерционными. К нашему большому сожалению, именно это предположение оказало на все развитие проекта эффект якоря, постоянно тормозя проект.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

После сборки и испытаний первого варианта нового привода мы обнаружили, что расчетные значения нагрузок не совпадают с действительными, что, в свою очередь, приводит к быстрому износу механизмов привода. К тому, же само качество исполнения деталей привода сторонними изготовителями оказалось весьма низким, в сумме эти два фактора не позволили реализовать полет. После длительной доработки конструкции нам удалось добиться надежности привода, однако аппарат отказывался устойчиво летать, совершая лишь небольшие пролеты. К тому моменту я разработал основы аэродинамики махолета, что позволило провести оценку нагрузок и сделать выводы о проблемах полета. Дело в том, что значительная часть крыла махолета, если оно жесткое по кручению, находится в зоне вихревого обдувания и срыва потока, что сильно уменьшает подъемную силу аппарата. Тогда мы решенили создать новые секционные крылья, которые бы позволили улучшить аэродинамику аппарата. Это было интересное конструкторское решение, оно позволило разобраться в аэродинамике крыла, но не дало ожидаемого эффекта — аппарат никак не мог выйти на заданную частоту и постоянно ломался. Мы сохраняли верность теории о преобладании аэродинамических сил и искали какой-то новый эффект, но все оказалось проще.На очередных испытаниях аппарат достиг требуемой частоты, однако произошла поломка опорного подшипника, что явно указало на то, что усилия, действующие на этот узел, значительно превышают расчетные. 

Разгадать загадку позволила, как ни странно, ошибка изготовителей: они не закалили кривошипы из алюминиевого сплава, что было некритично для расчетных нагрузок, но при реальном полете он деформировался и «запомнил», какие усилия его искорежили.

Это позволило оценить место, где значение силы было максимальным и даже рассчитать ее значение — все указывало на то, что это инерционные динамические силы, значительно превышающие аэродинамические.

Впоследствии эти данные позволили доказать, что нельзя создать махолет с механическим приводом массой более 42 килограммов, что поставило в тупик дальнейшие исследования.Тем не менее, обладая новой информацией, нам удалось перепроектировать аппарат, разобраться в расчетных нагрузках, аэродинамике и динамике полета.

Это позволило создать модель массой 30 килограммов, которая хорошо летала и управлялась, но, тем не менее, не решала главную задачу — возможность строить аппараты большей размерности.

В 2013 году я получил грант от Фонда содействия малым формам предпринимательства в рамках программы «УМНИК», что позволило продолжить исследования аэродинамики и динамики полета махолетов. За два года научно-исследовательских работ удалось разработать принципиально иной подход к созданию машущекрылых аппаратов.

Читайте также:  Компостная куча своими руками

Паразитные, ограничивающие масштаб инерционные нагрузки удалось использовать наоборот — для повышения эффективности маха. Фактически, в новой схеме крыло становится инерционным элементом физического маятника, совершая гармонические колебания, то накапливая кинетическую энергию, то отдавая ее пневмопружинам.

А подвод энергии, необходимый для создания аэродинамических сил, выполняется за счет сжигания топлива и подвода сжатого газа в пневмопружины. Такое решение, теоретически, позволяет создавать аппараты практически любой размерности, а это уже принципиально иной уровень.

Главное преимущество махолета над остальными летательными средствами это то, что он использует крыло для создания и подъемной силы, и тяги, убирая посредников в виде винта, редуктора и двигателя, который преобразует возвратно-поступательные движения во вращательные.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Андрей Мельник

Все новые идеи и теории получили развитие в проекте «Рарок-2». Аппарат, на постройку которого мы собираем деньги при помощи краудфандинга, получит новые крылья, привод, компоновку и двигатель — по сути, это принципиально иной аппарат, полеты которого должны продемонстрировать высокую эффективность машущекрылых аппаратов и раз и на всегда лишить скептиков темы разговоров о невозможности и неэффективности машущего полета. 

Когда расчетные характеристики аппарата подтвердятся в ходе всесторонних испытаний, можно будет говорить о начале развития новой ветки авиации, как беспилотной, так и пилотируемой.

И именно такие беспилотные аппараты могут заняться доставкой небольших грузов в пределах города или выполнять наблюдение за движением транспорта или сохранностью энергосетей.

Пилотируемая версия орнитоптера — прямой конкурент вертолета, однако в эффективности висения вертолет сложно превзойти и он все равно останется лучшим воздушным краном. А вот для сообщения на небольших расстояниях с возможностью посадки на малую площадку махолет, безусловно, будет эффективнее.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Пилотируемый орнитоптер по-прежнему остается мечтой многих. Перспективы этой отрасли колоссальны, стоит лишь поверить в то, что летать как птицы вполне реально.

Андрей Мельник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Почему могилы звезд шоу-бизнеса могут стать популярным местом поклонения

Источник: https://nplus1.ru/material/2016/07/15/ornitopter

Как сделать орнитоптер

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

В следующем мастерклассе Степан покажет как собрать орнитоптер ОРНИ-УР-1 на дешевом резиномоторе! Вконтакте Facebook Twitter Google+ 0

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Добрый день, уважаемые моделисты!Недавно я увлекся авиамоделизмом. Я новичок, поэтому не судите строго. Сегодня я хочу показать, как сделать орнитоптер или «махолет» на резиномоторе Нам понадобятся: 1. палочки для кофе 2. суперклей3. резак 4. наждачная бумага5. бумага 6. линейка7. карандашДелал я по этой схеме: Итак, начнём!Работу я начал с главных реек.

После вырезки каждую рейку прошкуриваем наждачкой. Рейку 40 мм прикрепляем к рейке 140 мм на расстоянии 25 мм от края. С рейкой 127 см поступаем также. С краю приклеиваем две реечки по 15мм. Кончики срезаем под углом в 45 градусов. Делаем хвост из реек по 100 мм. Чтобы прикрепить скрепку к хвосту, сгибаем ее кончик И «цепляем» к хвосту.

на другой конец главной рейки приклеиваем еще две рейки по 10 мм. Это нужно, чтобы прикрепить хвост к фюзеляжу. Крепим хвост. Делаем еще одно «ушко» для резинки. Клеим две трубочки из бумаги 60 мм на 5 мм. Донца смазываем клеем для прочности. Приклеиваем их на край рейки 127мм.Делаем еще трубочку 60 мм на 10 мм. Приклеиваем её между передними рейками по 10мм.

Берем палочки для крыльев 150 мм. Крепления, на которых держатся крылья. Приклеиваем их к рейке. Делаем коленвал, как показано на чертеже. Вставляем его одним концом в бумажную трубочку. Делаем еще одно «ушко». Закрепляем крылья при помощи заглушек (заглушки делаем из оплетки от провода). Делаем тяги из тонкой реечки 58 мм. На конец прикрепляем кусочек оплетки.

Надеваем тяги. Приклеиваем целлофан к рейками крыльев и хвоста.

Орнитоптер готов! Надеваем резинку и в небо! Всем удачных полетов !

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

Орнитоптер

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Орнитопте́р (англ. ornithopter, от др.-греч. ὄρνις, родит. п. ὄρνιθος — птица и πτερόν — крыло) — воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полёте в основном за счёт реакций воздуха с его плоскостями, которым придаётся маховое движение. В русском языке также распространены синонимы — махолёт, птицекрылый летательный аппарат и т. п.

В соответствии с Приложением 7 к Конвенции о международной гражданской авиации орнитоптеры входят в группу воздушных судов тяжелее воздуха, оснащённых силовой установкой. Первый в мире орнитоптер на человеческой тяге под названием Snowbird был сконструирован в университете г.Торонто (Канада) в 2010 году.

2 августа того же года Snowbird поставил свой первый неофициальный рекорд , когда пилот, и по совместительству силовая установка, Тодд Райхерт за 19,3 секунд пролетел расстояние в 145 метров со средней скоростью 25,6 км/час.

Стоит отметить, что орнитоптер был поднят в воздух при помощи тяги легкового автомобиля.

Теоретическая реализация

Орнитоптер на мускульной тяге

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

По различным данным средняя предельная мощность человека, которую он способен выработать за первые 10 секунд, равна 1,85 л. с., а при дальнейшей работе в течение 1—2 минут мощность падает до 0,5 л. с. Мощность, необходимая птице для полёта, составляет до 0,02 л. с. на килограмм веса. Таким образом, человек способен создать подъёмную силу в объёме (1,85 / 0,02) = 93 кг. Однако предельных показателей мощности могут достигнуть лишь спортсмены-тяжеловесы, вес которых превышает создаваемую подъёмную силу даже без учёта веса летательного аппарата. Теоретически, если бы человек, обладающий весом 75 кг, смог бы выработать предельную мощность, то он смог бы осуществить полёт на орнитоптере весом 15 кг за счет лишь мускульной тяги, однако такой полёт продолжался бы не более нескольких секунд.

Как вариант, рассматривались и идеи использования пружинных, резиновых, пневматических и других аккумуляторов для накопления энергии, вырабатываемой человеком в моменты наименьших нагрузок. Наилучших результатов можно было бы достичь путём зарядки аккумулятора ещё до начала полёта.

Но в этом случае такое приспособление по сути становится обычным двигателем с малым КПД. Подобные аккумуляторы нашли своё применение в небольших моделях орнитоптеров.

Например, в одной из первых свободнолетающих моделей беспилотных орнитоптеров, созданной Альфонсом Пено в 1872 году, в качестве двигателя используется закручиваемая резина.

Планёр-орнитоптер

В связи со сложностью реализации пилотируемого безмоторного орнитоптера как самодостаточного летательного аппарата, возникла идея объединения орнитоптера с планёром.

Суть заключается в том, что аппарат поднимается в воздух с посторонней помощью (например, буксировкой, с помощью лебедки), а механизм пропеллирования (взмахов крыльями) используется для последующего поддержания планёра на постоянной высоте при свободном полёте.

Такие аппараты не могут считаться «настоящими» орнитоптерами, поскольку не способны самостоятельно оторваться от земли. Формула вычисления мощности, необходимой для поддержания планёра в воздухе, выглядит следующим образом:

  • G {displaystyle G} — масса летательного аппарата вместе с пилотом, кг;
  • w {displaystyle w} — скорость снижения аппарата, м/сек.
Информация в этом разделе устарела. Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.

Если принять скорость снижения равной 0,45 м/сек, а затрачиваемую мощность — 0,6 л. с. (даже при условии 100 % КПД), то вес такого аппарата вместе с пилотом не должен превышать 100 кг. При этом человек не сможет долго поддерживать полёт, поскольку ему необходима энергия ещё и для того, чтобы управлять самим планёром.

Моторный орнитоптер

Информация в этом разделе устарела. Вы можете помочь проекту, обновив его и убрав после этого данный шаблон.

Постройка пилотируемого моторного орнитоптера должна стать промежуточным шагом на пути к орнитоптеру на мускульной тяге, поскольку эта задача решается в некотором роде проще — конструкторы избавлены от трудноразрешимой проблемы недостатка мощности человека. Основная проблема при постройке моторного орнитоптера сводится к выбору используемого двигателя.

Исследование полёта птиц показало, что с увеличением размеров птицы количество взмахов крыльями уменьшается. Приблизительное число взмахов для пилотируемого орнитоптера будет составлять примерно 50 взмахов в минуту.

В связи с необходимостью трансформации вращательного движения в поступательное и редуцирования высоких оборотов современные двигатели внутреннего сгорания не самым лучшим образом подходят для решения этой задачи.

Если даже «избавить» двигатель внутреннего сгорания от коленчатого вала, сделать его тихоходным и передавать поступательное движение поршней непосредственно на рычаги крыльев, то появляется проблема возникающих инерционных сил — при попытке передачи работы расширения газа при взрыве за короткий промежуток времени для движения сравнительно больших массивных крыльев.

В то же время, например, паровой двигатель, позволяющий регулировать скорость и плавность движения поршней, подошел бы гораздо лучше для передачи энергии на машущие крылья. Сама задача постройки орнитоптера в этом случае сводится к конструированию двигателя и агрегатов к нему (котёл с топкой, конденсатор и т. д.) в соответствии с аэродинамикой и кинематикой летательного аппарата.

Ортоптер

Сама идея орнитоптера — птицекрылого летательного аппарата — подразумевает подражание природным прототипам, птицам и насекомым, как в форме крыльев, так и в движениях ими.

Орнитоптер или «Махолет» своими руками

Однако некоторые изобретатели в попытках создать пилотируемый аппарат на мускульной тяге, приходили к довольно замысловатым решениям, как, например, крылья-жалюзи, пытаясь превзойти природное решение техническим подходом.

Один из наиболее распространенных типов нептицеподобных машущих аппаратов — ортоптер (англ. orthopter, от др.-греч. ορθός — прямой и πτερόν — крыло; „прямокрылый“) — летательный аппарат, использующий для получения подъёмной силы прямой «удар» плоскостью крыла при взмахе вниз.

Орнитоптеры в мире

Источник: https://t-31.ru/kak-sdelat-ornitopter/

Орнитоптер как перспективное направление развития бпла

Понятие БПЛА, их классификация

Прежде чем приступить к рассмотрению орнитоптера, необходимо определить, что понимается под беспилотным летательным аппаратом (далее – БПЛА).

Существует множество различных трактовок БПЛА. Одну из самых простых высказал доктор технических наук Свищев Г. П.: «Беспилотный летательный аппарат – летательный аппарат (ЛА) без экипажа на его борту, предназначенный для управляемых или неуправляемых полетов» [1, с. 109].

  • Более подробное описание определено в Федеральных правилах пользования воздушного пространства Российской Федерации: «БПЛА – летательный аппарат, выполняющий полет без пилота (экипажа) на борту и управляемый в полете автоматически, оператором с пункта управления или сочетанием указанных способов» [2].
  • По принципу полета БПЛА классифицируют на:
  • 1.     БПЛА с жестким крылом (самолетного типа);
  • 2.     БПЛА с гибким крылом;
  • 3.     БПЛА с вращающимся крылом (вертолетного типа);
  • 4.     БПЛА с машущим крылом;

5.     БПЛА аэростатического типа.

К БПЛА самолетного типа относятся летательные аппараты, подъемная сила которых создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло.

Данный тип аппаратов отличается высокой скоростью, а также максимальной высотой и длительностью полета.

На сегодняшний день это самый распространенный тип БПЛА, который используется во многих странах мира в различных целях.

Более экономичным типом летательных аппаратов является БПЛА с гибким крылом, в которых в качестве несущего крыла используется гибкая (мягкая) конструкция из ткани, эластичного полимерного материала или упругого композитного материала, обладающего свойством обратимой деформации. Главными недостатками этого типа БПЛА можно выделить относительную трудность управления и зависимость от условий окружающей среды.

У БПЛА с вращающимся крылом, часто называемых БПЛА вертолетного типа, подъемная сила создается аэродинамически, но не за счет крыльев (как у аппаратов самолетного типа), а за счет вращающихся аэродинамических поверхностей, в роли которых выступают лопасти несущего винта (винтов). Преимуществами БПЛА вертолетного типа являются способность зависания в точке и высокая маневренность.

Одними из самых первых летательных аппаратов, попытки создания которых были еще в глубокой древности, можно считать летательные аппараты с машущим крылом, основанные на бионическом принципе – копировании движений, создаваемых птицами и насекомыми в полете. 

Особый тип БПЛА, в котором подъемная сила создается преимущественно за счет силы Архимеда, действующей на баллон с легким газом (как правило, гелием), называется аэростатическим. К этому типу, в основном, относятся беспилотные дирижабли. Наиболее типичное применение беспилотные дирижабли получили в сфере рекламы и видеонаблюдения, а также в качестве ретрансляторов сигналов.

В данной статье внимание уделяется четвертому типу БПЛА, поскольку именно он представляет особый интерес для исследования.

Читайте также:  Радиоуправляемый самолет из пенокартона своими руками

История и попытки создания орнитоптера в разные периоды становления авиации

Еще в давние времена люди мечтали подняться в воздух и научиться летать, подобно птицам. В древнегреческом мифе об Икаре и Дедале рассказывается о том, как Дедал сделал крылья из перьев больших птиц, перевязанных льняными нитками и скрепленных воском, для того, чтобы вместе со своим сыном улететь из плена.

Наблюдения за полетом птиц привели людей к созданию первых крыльев из прутьев, полотна и перьев. Но вскоре оказалось, что ни одни созданные по первым представлениям крылья не смогут оторвать человека от земли. Многие попытки человека взлететь после прыжка с отвесных скал или башен стоили экспериментаторам жизни.

Первым и самым известным изобретателем летательного аппарата, который имитировал технику полета птиц, является итальянский ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Он первым занялся анализом проблемы полета человека и разработал несколько моделей аппаратов, которые получили название орнитоптер.

Орнитоптер или махолет, — ЛА, крылья которого выполнены машущими с имитацией движения крыльев птицы или крыльев насекомого. Буквально орнитоптер означает «птицекрыл» (от греч. ornis, род. падеж, ornithos – птица и pteron – крыло) [1, с. 332].

Среди предложенных Леонардо да Винчи вариантов были орнитоптеры с лежащим или вертикальным расположением летчика, орнитоптер-лодка, орнитоптер с пружинным приводом и ряд других. Чертежи и рисунки спроектированных моделей летательных аппаратов сохранились и до наших дней.

Первый летательный аппарат Леонардо да Винчи построил в 1485-1487 годах. В этом орнитоптере человек должен был находиться в лежачем положении, а для полета планировалось задействовать силу рук и ног.

При взмахах человека крыло двигалось вниз и одновременно назад, что обеспечивало создание не только подъемной силы, но еще и направленной в сторону полета силы, которая была необходима для горизонтального полета.

Кроме Леонардо да Винчи попытки строительства орнитоптеров предпринимались изобретателями из различных стран, среди которых были Густав Трувэ (1801 год), Артур Штенцель (1897 год), Б.И Черановский (1935 год) и другие.

Принцип работы орнитоптера на примере полета птиц

Для анализа работы орнитоптера, в первую очередь, необходимо рассмотреть полет птиц, который лежит в основе данного типа БПЛА.

Аэродинамика полёта птиц сложна и на сегодняшний день известна лишь в общих чертах. Связано это с тем, что особенности строения крыльев, длина и пропорции маховых перьев, отношение массы тела птицы к площади её крыльев, степень развития мускулатуры являются решающими, но малоизученными факторами, определяющими характеристики полёта птиц [3].

Схематично физическую основу полета можно характеризовать так. Крыло всегда сверху более или менее выпукло, а снизу вогнуто, передний край крыла более толстый (здесь лежит скелет, мышцы и несколько слоев перьев), задний — тонкий и эластичный (образован лишь вершинами маховых).

Обтекая верхнюю выпуклую поверхность крыла, встречный поток воздуха ускоряет движение, и над крылом образуется область пониженного давления. Создается подъемная сила, подсасывающая (поднимающая) крыло вверх. Когда в полете птица опускает крыло, одновременно протекают два процесса.

Отгибающиеся под давлением воздуха первостепенные маховые концевой части крыла создают пропеллирующий эффект, в результате чего возникает тяговая сила, толкающая крыло (и птицу) вперед.

Одновременно воздух обтекает основную часть крыла (область второстепенных маховых) и здесь создается, за счет разности давлений над крылом и под крылом, подъемная сила, преодолевающая силу тяжести птицы. При подъеме крыла вверх маховые несколько поворачиваются, пропуская воздух и поэтому подъем совершается с меньшим усилием.

Двигающаяся вверх и назад вершина крыла создает некоторую дополнительную силу тяги, а основная часть крыла по-прежнему создает подъемную силу. Подъемная сила возникает и при обтекании воздухом тела и хвоста летящей птицы [3].

Такой полет, когда птица ритмично поднимает и опускает крылья, называется машущим. Изменяя площадь крыла и его наклон («угол атаки»), варьируя частоту взмахов, птица изменяет величину тяги и подъемной силы, меняя тем самым скорость и высоту полета.

Аэродинамические формы птиц весьма совершенны. Клюв, голова, шея плавно вытянуты по направлению полёта, ноги поджаты и почти не выступают из перьев, напоминая самолётное «убранное шасси». Переход крыла к корпусу плавен (особенно у чаек). Хвостовое оперение минимально.

Сложности постройки и управления

Современная концепция орнитоптеров предполагает в себе два направления развития: создание пилотируемого и беспилотного орнитоптера-робота.

Первое направление связано с попытками создания управляемого летательного аппарата. Инженеры и конструкторы разных периодов становления авиации предлагали различные технологические решения, однако многие проблемы по созданию пилотируемого орнитоптера так и остались не решенными.

Второе направление по созданию беспилотного орнитоптера с появлением новых материалов и технологий получила большее развитие. На сегодняшний день известны первые созданные беспилотные роботы, которые способны совершать самостоятельные полеты, взлет и посадку.

Данные разработки были представлены на промышленной ярмарке Hannover Messe 2011 немецкой компанией Festo, которая прошла в Ганновере (Германия).

Хотя их характеристики весьма скромные, факт успешного создания первых автоматизированных орнитоптеров служит подтверждением интереса к данному типу БПЛА и его развития.

  1. Несмотря на обширные знания в области орнитологии и наличие передовых технологий, вопрос создания беспилотных орнитоптеров остается открытым. Можно выделить две основных трудности, которые возникают при конструировании и проектировании:
  2. 1)    Сложность привода машущих крыльев;
  3. 2)    Сложность управления полетом.

Первая и самая главная сложность конструирования орнитоптера связана с созданием и проектированием привода машущих крыльев, обеспечивающих процесс махов крыла. Крылья птиц устроены таким образом, что в процессе полета они могут изменять свое «строение».

С этой точки зрения их можно рассматривать как адаптивную систему с большим количеством степеней свободы, обеспечивающую изменение: площади крыльев, угла установки его отдельных частей; сечения профиля крыла; отклонения горизонтального оперения по вертикальной составляющей или на некоторый угол относительно горизонтальной проекции и других параметров. Сложность представляет и реализация силовой установки для такого рода системы.

Сложность управления полетом связана, в первую очередь, с обеспечением максимальной маневренности и высокой стабильности работы при изменении внешних условий, а также созданием необходимых запасов устойчивости системы. В целях сохранения энергии требуется создание системы, обеспечивающей чередование активного (машущего) и пассивного (парящего) полета.

Наличие пассивной составляющей, когда орнитоптер совершает свободный полет (планирование), позволяет сэкономить количество используемой аппаратом энергии.

Необходимым условием является и высокая автоматизация орнитоптера, что проявляется в применении большого числа датчиков положения и акселерометров, необходимых для самостоятельного определения режима полета.

  • Решение задач конструирования
  • Среди требований, предъявляемых к орнитоптерам, можно выделить:
  • 1)    Высокую дальность и продолжительность полета;
  • 2)    Малый вес и габариты;
  • 3)    Компактность конструкции и возможность транспортировки различными видами транспорта, в том числе и вручную;
  • 4)    Высокую устойчивость и управляемость систем;
  • 5)    Специальные задачи.

Дальность и продолжительность полета – один из основных параметров, характеризующих БПЛА разных классов, который зависит от потребления энергии во время полета. Увеличение дальности и продолжительности полета возможно при применении более совершенных источников энергии или изменении структуры полета орнитоптера.

Повышение продолжительности пассивного полета по отношению к активному так же приводит к сохранению энергии. Для сохранения энергии возможно использовать максимальное раскрытие крыльев для получения наибольшего размаха при планировании.

При изучении птиц было рассчитано, что раскрытие крыльев во время пассивной фазы полета позволяет увеличить подъемную силу и сохранить до 11% энергии [4].

Еще одним основным параметром, который предъявляется к орнитоптерам, является малый вес и габарит конструкции. Это требование обеспечивается применением современных материалов, в качестве которых могут выступать композитные материалы.

Скелет представленного на промышленной ярмарке в Германии орнитоптера SmartBird был изготовлен из углеволоконного композита, а оболочка – из полиуретановой пены.

Такие современные материалы вместе с применением современной электронной аппаратуры позволили конструкторам получить модель весом в 450 грамм при длине корпуса в 1 метр и размахе крыльев в 2 метра.

  1. Преимущества и перспективы применения орнитоптера
  2. Говоря о перспективах применения орнитоптеров в современном мире, необходимо рассмотреть преимущества такого рода летательных аппаратов по сравнению с другими БПЛА.
  3. К преимуществам орнитоптеров можно отнести:
  4. —    Малозаметность и скрытность передвижения;
  5. —    Высокий коэффициент нагрузки на единицу мощности силовой установки;
  6. —    Маленькие размеры площадок для взлета и посадки, а также отсутствие необходимости в использовании специальных средств запуска орнитоптера;
  7. —    Высокую маневренность полета;
  8. —    Применение двигательной установки небольшой мощности, которая позволит снизить вес и энергозатраты и др.

Главным отличием орнитоптеров от других типов БПЛА является имитация полета птиц, которая обеспечивает ему скрытность перемещения. Даже на небольшой высоте при достижении высокой степени имитации будет достаточно сложно отличить орнитоптер от настоящей птицы.

Такие комплексы будут обладать наибольшим интересом для военных структур, в которых необходима скрытность и эффективность действия.

Возрастающие потребности Вооруженных Сил в отношении БПЛА являются подтверждением всестороннего развития беспилотников, преимущественно, отечественного производства.

Одним из основополагающих преимуществ орнитоптера является нагрузка на единицу мощности.

Этот коэффициент, представляющий собой отношение веса машины к мощности двигателя, является характеристикой экономичности летательного аппарата [5].

Для сравнения коэффициентов нагрузки на единицу мощности и нагрузки на крыло была составлена таблица 1, где представлены расчетные данные птиц и отечественных и зарубежных самолетов:

Таблица 1.

 Сравнение коэффициентов

Самолет Ан-2 Ан-12 Ан-24 C-130J Hercules CASA
CN-235
Коэф. нагрузки на единицу мощности (кг/л.с.) 5,250 3,588 4,412 4,323 4,351
Нагрузка на крыло (кг/м2) 73,4 501,2 280,1 433,7 279,2
Птица Аист белый Чайка Грач Голубь сизый Ворона серая
Коэф. нагрузки на единицу мощности (кг/л.с.) 135 81 66 56 53
Нагрузка на крыло (кг/м2) 7,5 2,52 4,48 4,8 4,48

Из приведенной таблицы следует, что, несмотря на превышающую на порядки нагрузку на крыло самолетов, нагрузка на 1 л.с. у птиц на порядки превышает нагрузку у самолетов и колеблется в пределах от 35 до 135 кг [6].

Но даже по наличию примерных расчетов нагрузки можно заявить о высокой экономичности полета птиц по сравнению с самолетами.

Дальнейшее изучение механики полета и применение ее для создания орнитоптера в будущем позволит получить совершенно новый тип летающих аппаратов, которые будут затрачивать гораздо меньше мощности для достижения результатов, получаемых на современных самолетах.

Немаловажным фактором служит размер площадки взлета и посадки. Наряду с БПЛА вертолетного типа, орнитоптеры предъявляют минимальные требования к площадкам взлета и посадки, позволяя производить запуск в различных условиях местности без наличия специальных приспособлений.

Таким образом, орнитоптер можно выделить как промежуточное звено между БПЛА самолетного и вертолетного типов, обладающее лучшими характеристиками обоих.

Он также является одним из перспективных направлений развития беспилотной авиации, которое позволит достичь значительных успехов в сокращении энергопотребления для проведения полета.

Несмотря на то, что нагрузка на крыло самолета в среднем в 10 раз больше, чем на крыло птицы, последние могут поднять в воздух на несколько порядков больший вес, чем самолет.

Новые системы, имитирующие полет птиц, будут интересны как в гражданской отрасли, где их возможности перевозки грузов будут намного превышать возможности современной беспилотной авиации, так и в военных структурах, где орнитоптеры могут прочно занять место главных разведывательных аппаратов.

Список литературы:

  1. Авиация. Энциклопедия / Под ред. Г. П. Свищева — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1994.
  2. Постановление Правительства РФ от 11 марта 2010 г. N 138 «Об утверждении Федеральных правил использования воздушного пространства Российской Федерации».
  3. Earls KD (2000). «Kinematics and mechanics of ground take-off in the starling Sturnis vulgaris and the quail Coturnix coturnix». J Exp Biol. 203 (4): 725-39.
  4. John Videler. Avian Flight. — Oxford University Press, 2005. — ISBN 978-0-1985660-8.
  5. Тихонравов М. К. Полет птиц и машины с машущими крыльями. — Киев: Тип. Государственного научно-технического издания, 1937. — 84 с.
  6. Рынин Н. А. Новейшие успехи воздухоплавания. — СПб.: Тип. Ю. Н. Эрлих, 1910. — 136 с.

Источник: https://sibac.info/journal/student/29/105857

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector