Орнитоптер своими руками
Добавил пользователь Cypher Обновлено: 04.10.2024
Первые две статьи вызвали большое количество вопросов и скептических замечаний на которые я отвечу в этой. Все данные используемые в данной статье являются итогом анализа испытаний и выкладками общей теории полета махолета.
1. Зачем он нужен? Эффективен ли он?
Эффективность любого транспортного средства можно оценить только в условиях схожей задачи, близких характеристиках, и только сравнительно.
Возможно ли сделать эффективный махолет? Для ответа на этот вопрос следует рассмотреть то, что мы уже наработали.
-
Механика и инерция. Махолет с кривошипно-шатунным приводом не возможно создать массой более 40 кг. Это легко доказать: дело в том, что передача усилий на крыло в случае кривошипно-шатунного механизма такова, что в крайних точках траектории крыло обладает огромной энергией которая гасится деформацией корпуса и крыла. Перегрузка на кончике крыла при этом достигает 20g. Все это сказывается на ресурсе и прочности, а значит весе. При этом инерциальные нагрузки растут пропорционально четвертой степени линейного размера, прочность пропорционально второй, а это значит, что эти кривые имеют точку пересечения после которой махолет просто невозможно построить. Т.е. кривошипно-шатунный привод совсем не подходит для махолетов, следовательно нужно искать другие способы осуществления машущих движений более энергоэффективные, это мы и постараемся реализовать на новой модели. Реализация нового привода позволит оценить на сколько эффективен может быть махолет с энергетической точки зрения, т.е. каков КПД данного вида привода и может ли это быть интересно с точки зрения коммерческой эксплуатации. Второй задачей нового привода является доказательство того, что можно снять барьеры связанные с негативными инерциальными эффектами, а именно сделать пилотируемый махолет. И третья задача это минимизация вибраций и колебаний, т.е. будут ли махолеты комфортны для людей.
2. Где старая модель, можно ли ее посмотреть и что это за история с проф. Киселевым?
Коротенько расскажу полную историю того, как мы строили махолет.
Свой первый махолет я построил в 12 лет. К 16 я придумал схему с которую с консолями двигающимися в противофазе. Как выяснил позже эту схему использовали и Киселев В.А. и Топоров В.М.
В 2004-м я поступил в МАИ, где судьба меня свела с уважаемым профессором Киселевым В.А., который занимался махолетами. Я начал работать на него по сбору модели в 22кг, так как эта тема меня очень интересовала, к тому же я был неплохим моделистом.
Работы над моделью велись с 2005 по 2010 разными командами, в одни я входил, в другие -нет. Но результат всех попыток был один — модель совершала пробежки, но не показывала и намеков на полет. А еще она ломалась с катастрофическим постоянством. Узлов хватало максимум на 2-3 пробежки. При этом всем, руководитель проекта не вносил в модель ни каких изменений.
В 2011м Валентин Афанасьевич находит очередного спонсора и он нанимает меня и Шуваова Д.Г. для работ над проектом. Мы еще год занимались тем же, что последние 5 лет. В итоге спонсор принял решение отказаться от работ по данному проекту. Он забирает построенную на его деньги модель. После некоторых размышлений мы решили предложить спонсору за минимальный гонорар сделать модель так, как нам виделось правильным. В итоге через пол года мы совершаем первый неуверенный полет — модель плохо управляется и не набирает высоту. В силу своей неопытности мы решаем, что дело в аэродинамике и переходим к созданию секционных крыльев.
Самое удивительное, что нам удалось реализовать работу секционных крыльев с достаточно высокой надежностью, однако мы столкнулись с тем, что привод ни как не справлялся. Сначала мы грешили на аэродинамические нагрузки. Но позже, по характеру деформаций кривошипов мы выяснили, что все дело в инерции. Т.е. мы долгое время базировались на теории проф. Киселева (доказанной между прочим), что максимумы аэродинамических и инерциальных сил находятся в разных точках траектории крыла и не суммируются — это оказалось в корне не верно — они суммируются и еще как.
В связи с этим мы пересмотрели конструкцию крыльев и привода и постарались минимизировать инерциальные нагрузки. В итоге мы вернулись в исходную точку. Аппарат отрывался, но не управлялся и не хотел набирать высоту. После нескольких испытаний с разными углами и частотами нам удалось выяснить в чем причина — в динамике, а точнее в аэродинамическом фокусе крыла махолета. Он оказался не там, где должен был быть по предположению. Отсюда и отсутствие управляемости. В итоге мы доработали модель согласно нашим расчетам и нам наконец-то удалось реализовать полет. Т.е. большинство теорий проф. Киселева оказались не верными. Начиная от оптимальных углов полета и заканчивая динамикой. Тем не менее теории профессора дали базис, хоть и не верный, от которого мы смогли оттолкнутся, за что ему огромная благодарность и уважение.
По итогам испытаний мы уверяли спонсора, что требуются глубокие исследования аэродинамики, динамики и механики полета, чтобы двигаться дальше однако ему хотелось сразу перейти к постройке пилотируемого аппарата. Безусловно мы отказались от участия в этом безумии. В итоге модель осталась у него, а у нас остался опыт.
В течении двух лет я пытался разрешить те проблемы, которые выявились в проектировании махолета и параллельно собирал коллектив инженеров для реализации разных проектов.
В итоге, как мне кажется, мне удалось найти решение всех противоречий. Для постройки модели была проведена компания на Бумстартере, но она не дала ни каких результатов.
В итоге нашей командой было принято решение о самостоятельной разработке модели с минимальным привлечением сторонних средств. Что мы сейчас и реализуем.
3. Что я делаю в сообществе Гиков?
Сразу скажу — нет желания пиариться. Есть желание найти людей желающих поучаствовать в проекте или всерьез позаниматься темой.
Так же очень нужны хорошие фрезеровщики и токари. Не откажусь если кто-то попробует сделать продувки махолета с помощью МКЭ в FLUENT или любой другой программе. В двойне буду рад если кто-то возьмется разобраться в аэродинамике, моих выкладках и теориях — используйте материалы для написания кандидатских и дипломов — не жалко.
Я конструктор, а не аэродинамик, не динамик, не экономист — все эти отрасли мне нужны только для того, чтобы разобраться имеет ли махолет право на существование или это не более чем игрушка. Поэтому уровень моей квалификации в этих отраслях ровно такой, чтобы понимать основы и принципы.
4. Как он летает?
На этот вопрос проще всего ответить так:
Представьте траекторию винта — это спираль. Так как винт тянет за собой самолет, то его спираль более сжата, чем полный шаг винта.
Теперь давайте возьмем и развернем спираль и сложим ее так, чтобы она представляла собой гармонику.
Тогда получается, что с помощью плоскости мы способны создавать и тянущее усилие и подъемную силу в любой момент траектории, но с разными абсолютными значениями. Например при подъеме вверх крыло больше создает подъемную силу, а при опускании вниз — тягу.
Т.е. идеальное крыло махолета должно в каждом сечении иметь к потоку оптимальный угол или хотя бы находится в зоне стационарного обтекания. Но в случае с жесткими крыльями, только небольшая зона в зависимости от скорости аппарата находится в зоне стационарного обтекания большая же часть крыла находится в зоне срыва потока. И теперь если мы рассчитаем показатели подъемной силы и тяги для жесткого крыла движущегося по гармонике, окажется, что сопротивления такие взмахи создают больше, чем тяги, т.е. согласно классической аэродинамике наша модель не может лететь. Она должна большую часть энергии тратить на бесполезное создание вихрей. Однако она летает. Поэтому мы сделали предположение, что в следствии неравномерности движения крыла возникает эффект локального повышения вязкости воздуха и срыв задерживается до углов в 40-50 градусов достигая Cy =5-7. Однако это только гипотеза. Дальнейшее исследование может показать на сколько она верна.
Теперь к критическим замечаниям.
Тут ответ прост — тема не паханная, вдруг в ней зарыто, то чего ни кто не ожидает.
Видите ли нестационарная аэродинамика весьма не предсказуема, а наши данные показывают, что крыло махолета практически целиком находится в нестационарном потоке, без признаков ламинарного обдувания, при этом размер вихрей очень различен по размаху. При этом махолет летает и не сказать, что совсем ужасно. Возможно в аэродинамике махолета кроется ключ к улучшению аэродинамики всех летательных средств. В любом случае, как любая мало изученная тема, машущий полет очень интересен.
Мы не претендуем на звание ученых, поэтому пусть это будет просто наше хобби — махолетостроение.
Спасибо всем, кто остался не равнодушен к теме, как только у нас будут данные по новой модели — обязательно поделимся. Если кто-то хочет присоединится к проекту — пишите в личку.
У меня в запасе были только сосновые рейки, но лучше использовать липу или бальсу, реечки выстрагиваются обойным ножом.
Передние кромки крыльев тоже приматываются к рычагам нитками, но перед этим в них делаются отверстие через которое пропускается шип рычага.
Подшипник вала резиномотора и рычагов можно сделать из изоляции от провода, можно также из частей стержня от ручки, они также приматываются нитками и нитки пропитываются клеем. Из проволоки выгибается коленвал подобный тому, что на рисунке, далее на него одевается бусина и он вставляется в подшипник, после чего выгибается крючок (см. рисунок). Выгибаются рычаги и после того как они вставятся концы их загибают.
Хвост-стабилизатор скрепляется из реек тем же способом что и рама, после чего к нему приматывается нитками проволока и изгибается как на фото.
После чего в раме делается надрез в который вставляется проволока, после чего обматывается нитками и проклеевается.
Дальше делаем шатуны, их делаем бамбуковые, просто от него удобно отколоть тонкие палочки, на концы их надеваем трубочки из изоляции проводов, в трубочках прожигаем отверстия, нагреваем проволоку над свечкой и быстро ей протыкаем трубку. Трубочки делаем подлиннее с того конца где вставляется палочка, это вам понадобится для регулировки.
Натягиваем резинки две меж крючками и закручиваем резиномотор, но не сильно, и отпускаем, должны начать двигаться крылья, если их ход не одинаков, то подогните передний кривошип.
Дальше смазываем резиновым клеем (а лучше очень густым сахарным сиропом) центральную нервюру и рейки кромок, накладываем на плёнку наш летательный аппарат и расправляем её, чтоб плёнка провисала, но не сильно, стараемся делать одинаково с обеих сторон иначе он будет летать кругами.
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 полёте.
Если всё 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 полёта, высота и зрелищность полёта увеличиваются, падает частота взмахов, но нужно более мощную и длинную резинку.
1 Спам
1 Алеxander • 18:54, 13.03.2015 [Материал]
Прикольно. Я пытался сделать такую штуковину. Хвост получился короче чем надо, но летает он отлично, всё, как описано здесь. Очень доволен. СПАСИБО!
1.JPG" />
100% brand new and high quality
Colour:the Colour is Sent by Random
Size:32CM*41CM
Note: Due to the difference between different monitors, the picture may not reflect the actual color of the item. Thank you!
Package includes: 10 Pieces
К слову, у пары крыльев бамбуковые несущие, несмотря на упаковку, оказались сломаны. С помощью клея и тонких бамбуковых зубочисток, думаю будет несложно починить.
В планах взять рейку и резину подлиннее, чтоб увеличить время полета.
Размеры:
Размах крыла — 41 см.
Длина бамбуковой рейки 14 см.
Длина хвоста — 16 см.
Диаметр резиновых колец — 4.5 см.
Считаю что данная игрушка будет интересным развлечением для детей на свежем воздухе.
ОРНИТОПТЕР
[ОРНИТОПТ’ЕР]
(орнито… гр. pteron крыло) летательный аппарат тяжелее воздуха с машущими крыльями (основан на принципе полета птиц).
Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся
Сертификат и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное бюджетное учреждение
дополнительного образования
Конспект мастер - класса для учителей технологии
Педагог дополнительного образования:
Семенов Алексей Александрович
г. Кулебаки 2018 г.
Конспект мастер - класса 4
Программа мастер класса 6
Ход мастер класса 7
Приложение №1 - Технологическая карта 13
Орнитоптер — воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полёте в основном за счёт реакций воздуха с его плоскостями, которым придаётся маховое движение.
Орнитоптер – это модель, конечно сложная, которая требует особой усидчивости, хотя для данной модели не требуется особых умений плотника, слесаря, её может сделать каждый из подручных материалов, которые продаются в любом магазине и в шаговой доступности, единственное, что необходимо приложить руки и голову. И в итоге вы поймёте, что не зря трудились.
Данная модель интересна как взрослым, так и детям. Так, что желаю успехов в освоении летающей птицы – орнитоптера!
Конспект мастер - класса для учителей технологии
педагога ДО Семенова Алексей Александровича
Участники мастер класса : педагоги и преподаватели технологии образовательных учреждений.
Время, на которое рассчитано занятие: 130 минут.
Тип учебного занятия: изучения нового материла
повышение уровня компетентности педагогов и преподавателей технологии образовательных учреждений в вопросах применения активных методов обучения;
научить педагогов и преподавателей технологии образовательных учреждений сборке поделки – орнитоптер, для передачи этого опыта детям в различных учебных заведениях.
активизация профессиональной и творческой деятельности педагогов;
обмен опытом между педагогами;
привлечение педагогов – участников семинара к дальнейшему сотрудничеству.
Форма занятия: мастер – класс
Методы: Объяснительно-иллюстративный, Исследовательский.
Методическое и дидактическое обеспечение занятия: технологическая карта, представленная в виде презентации.
Заготовки, для орнитоптера (основа, валы, крылья, направляющие для крыльев);
Техническое оснащение:
Программа мастер класса
Ответственный: Семенов А.А. – педагог д/о
Встреча педагогов и преподавателей технологии образовательных учреждений, знакомство с ходом занятия;
Видео ролик, о том, что это за птица орнитоптер?
Предварительное планирование предстоящих трудовых действий:
– составление устного плана предстоящей работы.
Закрепление правил техники безопасности;
Практическая работа – сборка орнитоптера (технологическая карта);
Проведение испытаний и доработка модели орнитоптера;
Анализ проводимых работ, подведение итогов;
Уборка рабочих мест.
Ход мастер класса
Встреча педагогов и преподавателей технологии образовательных учреждений, знакомство с ходом занятия.
Педагоги и преподаватели, пришедшие на мастер класс, регистрируются в листке регистрации и знакомятся с ходом занятия (технологическая карта).
- «Здравствуйте, коллеги. Сегодня наша задача состоит в том, чтобы мы вместе собрали, так называемую летающую птицу, а именно – орнитоптер. Главная цель нашего мастер класса - это обмен опытом, между нами.
Видео ролик, о том, что это за птица орнитоптер?
Предварительное планирование предстоящих трудовых действий:
– составление устного плана предстоящей работы.
Преподаватели и педагоги, рассматривают готовую модель орнитоптера, и руководитель занятия вместе с ними составляет дальнейший план работы по сборке модели. И соответственно отвечает на вопросы, если таковые имеются.
Закрепление правил техники безопасности.
Правила подготовки рабочего места перед началом занятия
1. Приготовьте необходимые материалы и инструменты к работе;
2. Проверить все ли инструменты и материалы имеются в наличии;
3. Приготовьте салфетку для рук, так идёт работа с клеем.
Правила безопасной работы с ножницами
1. Соблюдайте порядок на своем рабочем месте.
2. Перед работой проверьте исправность инструментов.
3 . Не работайте ножницами с ослабленным креплением.
4. Работайте только исправным инструментом: хорошо отрегулированными и заточенными ножницами.
5. Работайте ножницами только на своем рабочем месте.
6. Следите за движением лезвий во время работы.
7. Ножницы кладите кольцами к себе.
8. Подавайте ножницы кольцами вперед.
9. Не оставляйте ножницы открытыми.
10. Используй ножницы по назначению.
Правила безопасной работы с канцелярским ножом
1. Выдвигайте небольшую часть лезвия.
2. Выполняя разрезы, крепко держите нож одной рукой, а второй — материал с которым работаешь.
4. В случае, когда нож находится в нерабочем состоянии, лезвие должно быть спрятано внутрь.
Правила безопасной работы с клеем
1. Берите то количество клея, которое требуется для выполнения работы на данном этапе.
2. Излишки клея убирайте мягкой тряпочкой или салфеткой, осторожно прижимая ее.
3. Руки после работы хорошо вымой с мылом.
Правила уборки своего рабочего места
1. Положите изделие, выполненное на занятие.
2. Соберите со стола и с пола обрезки материала, мусор.
3. Протрите инструменты и крышку парты салфеткой.
4. Тщательно вытрите руки салфеткой..
5. Все принадлежности уберите.
Практическая работа – сборка орнитоптера
(технологическая карта, приложение № 1)
Проведение испытаний и доработка модели орнитоптера.
Руководитель мастер класса с преподавателями и педагогами, настраиваем модели орнитоптера.
Анализ проводимых работ, подведение итогов.
Читайте также: