Полет монокоптера: Принцип кленового семечка
Не только клены, но и масса других растений производят семена с крылышком, которые ботаники называют плодом-крылаткой. В воздухе такое семечко начинает быстро вращаться, что сильно замедляет падение и позволяет ему уноситься подальше от дерева. Такой способ полета может быть по-своему привлекателен и для роботов. К примеру, микроаппараты подобной конструкции можно сбрасывать массой с самолета, и, падая, они будут вести наблюдения за противником. Недаром подобный проект сейчас реализуется по заказу американской армии (читайте: «Семена войны»).
Но Эвана Ульриха (Evan Ulrich) и его коллег, работающих в группе профессора Шона Хамберта (Sean Humbert), интересует не война, — а сам полет. Они занимаются тем, что тщательно исследуют механизмы полета природных созданий (обычно, все же, не растений, а насекомых) и пытаются повторить удачные инженерные решения в миниатюрных летательных аппаратах. Что касается кленовых крылаток, то однокрылый дистанционно управляемый аппарат, монокоптер, уже создан — и не один.
К такому решению авторы пришли не сразу, поначалу они планировали создать просто крохотный вертолет традиционного вида — и потерпели фиаско. Эвар Ульрих рассказывает: «Полноразмерные вертолеты обладают хорошими аэродинамическими свойствами. Но с уменьшением размеров стабильность полета падает до недопустимых пределов. Тогда-то мой руководитель и вспомнил о простейшей природной системе, обеспечивающей вертикальный полет».
Ученые стали исследовать кленовые крылатки детальнее, и с удивлением обнаружили, что эти семена — одни из самых эффективных «летунов» в природе. В отличие от вертолета, способного замереть, пока винт независимо крутится, семечко-монокоптер вращается целиком, что делает его траекторию намного более сложной. Однако и ее ученые научились с достаточной точностью предсказывать — а значит, и смогли в должной мере контролировать полет своего искусственного аппарата. Контроль осуществляется изменением угла крыла относительно горизонтали.
Собрав его конструкцию, для начала ее поведение в воздухе детально изучалось. Авторы просто сбрасывали прототип с высоты 12 м и фиксировали траекторию полета. Затем были созданы и апробированы три разных варианта уже с силовой установкой, самый крупный аппарат имел размеры около 50 см, самый миниатюрный — 7,5 см. Крыло у всех трех создано на основе прочного углеволокна; все три способны в воздухе не только двигаться, но и зависать на месте, менять высоту. Пока что полет продолжается до получаса, но это, понятно, вопрос мощности бортовых батарей.
Авторы отмечают целый ряд достоинств этой оригинальной конструкции в сравнении с другими летательными аппаратами тех же размеров. Прежде всего, удивительная устойчивость к повреждениям. Даже в самом крайнем случае, при полном выходе из строя двигателя, он, вращаясь, просто опустится на землю, не повредившись. Кроме того, такая конструкция отличается стабильностью полета, дешевизной, механической простотой и достаточной для таких размеров грузоподъемностью.
По публикации PhysOrg.Com