ГлавнаяРегистрацияВход МАХОЛЁТ (ОРНИТОПТЕР) Воскресенье, 21.10.2018, 15:08
  ГЛАВА IV АЭРОГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ МАШУЩЕГО КРЫЛА (часть IV) Приветствую Вас Гость | RSS

 
 

4.11 –й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Угол перекоса лопасти к хорде омахиваемой кривой (исключая вершинные участки реверсов), в общем случае, равен углу наклона сопряжённой хорды к направлению полёта; а в вершинах перегиба кривой, при любых изменениях угла перекоса лопасти, лопасть всегда занимает положение перпендикулярное хорде.

Четвёртая кривая – лемниската с одним самопересечением.

Этот тип траектории махов широко используется летунами живой природы, в частности мухами, осами, некоторыми птицами, рис. 4.25.

Очень важным является направление  движения лопасти вдоль периметра любой из траекторий, т.к. оно находится в прямой взаимосвязи с целесообразной ориентацией угла перекоса лопасти и в зависимости от установленного угла атаки.
 

Рис. 4.25 Омахиваемая траектория – лемниската – 1.

 

 

В начале бионики заметили и  констатировали как факт, что у всех обследуемых ими насекомых, крыло начинает мах вниз по передней (по направлению полёта) ветви траектории и заканчивает махом вверх по задней ветви. Данная закономерность относится ко всем без исключения обследуемым кривым.

В соответствие с выдвинутой концепцией «коэффициента равномерности распределения подъёмной силы вдоль периметра омахиваемой траектории», мы попытались сгладить «неравномерность», запустив направление махов в противоположную сторону. В случае удачи, лопасть по четвёртой кривой совершала бы мах вверх в выгодных условиях, т.е. почти вертикально. Однако, наблюдения проведённые затем на механических моделях с различными траекториями махания не подтвердили такую возможность.

4.12 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Направление движения махов лопасти вдоль периметра любой из траекторий находится в прямой взаимосвязи с целесообразной ориентацией угла перекоса лопасти.

4.13 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Целесообразным направлением начала махов от верхней вершины траектории будет передняя ветвь траектории, если ориентироваться «по направлению полёта».

 Пятая кривая – лемниската с двумя самопересечениями.

Этот тип траектории работы крыла встречается у некоторых видов насекомых, в частности у мух и перелётной саранчи для заднего крыла, рис. 4.26.

Рис. 4.26 Омахиваемая траектория – лемниската – 2.

 

Кривая, у которой рабочий ход начинается с движения лопасти по задней ветви траектории.

Направление движения лопасти по схеме показанной на рис. 4.26 удобно коррелируется с автоматом перекоса лопасти. Рабоий ход начинается с движения лопасти сверху – назад – вниз и вперёд (сегменты I,II,III). В конце рабочего хода лопасть должна увеличить угол атаки, с тем чтобы погасить инерционные нагрузки в момент прохода участка наименьшего радиуса кривизны. Это – во-первых, и во-вторых, для того, чтобы подготовиться к холостому ходу – к маху вверх. Мах вверх осуществляется при увеличенном угле атаки лопасти (сегменты I,II,III). В значительной мере мах вверх может быть осуществлён за счёт энергии набегающего потока. Как и в любой машине, этот такт желательно проводить ускоренно.

Увеличенный угол атаки компенсирует уменьшение подъёмной силы при движении крыла вверх и назад. Но в то же самое время, за счёт взаимодействия верхней поверхности крыла (супинации) с воздухом создаётся упор, который реализуется в виде тяги вперёд для всей системы.

Шестая кривая – лемниската с тремя самопересечениями.

Эта кривая обнаружилась в процессе синтеза одного из пространственных механизмов. Причём, сама кривая не плоская, а пространственная. Её изображение на рис. 4.27 представляет собою профильную проекцию кривой изогнутой в пространстве. Петля этой кривой простирается за пределы плоскости рисунка.

Рис. 4.27 Омахиваемая траектория – лемниската – 3.

 

Сопоставив в сравнении ряд предшествующих кривых убеждаемся, что при увеличении числа самопересечений у замкнутых кривых наблюдается уменьшение миделя. Предельное число самопересечений – три.

Седьмая кривая – ламинария и ламинарная прямая, рис. 4.28а,б.

Ламинария – это замкнутая кривая удлинённой формы (долихоморфная) имеющая между прямой и обратной ветвью равноширокую полость по всей длине. Недостатками любой из долихоморфных кривых могут быть большие инерционные нагрузки на лопасть крыла, возникающие дважды в течении полного цикла маха при прохождении крутых перегибов нижней и верхней вершин омахиваемой кривой.

Достоинством таких траекторий является отсутствие положительных крутильных моментов возникающих при наличии упора на крыле.

Для кривых с большим миделевым сечением может возникнуть опасность кабрирующего момента сил.

Рис.4.28 Омахиваемая траектория: а – ламинарная; б – ламинарная прямая.

 

Упомянутый фактор требует более подробного анализа явления для каждой из омахиваемых траекторий. Для удобства сравнения изобразим все траектории на одном рисунке. См. рис. 4.29. На рисунке показан характер разложения действующих на левую лопасть крыла инерциальных сил в зависимости от омахиваемой траектории

. Разложение сил по правилу параллелограмма выполнено в вершинных точках траекторий, в местах пересечения кривой с её хордой.

Поперечная составляющая инерции, совпадающая с направлением тяги имеет положительное значение – (F), а не совпадающая с направлением тяги имеет отрицательное значение – (-F). Продольная составляющая инерции (направленная вдоль продольной хорды кривой) и совпадающая с направлением подъёмной силы имеет положительное значение – (N), а не совпадающая по направлению с подъёмной силой имеет отрицательное значение – (-N). Результирующая сила инерции – R обозначена значками (+) или (-) по этим же принципам.

Кроме того на схемах рисунка показаны положительные крутильные моменты возникающие по бокам траектории махания (m и m1), при наличии упора на крыле, и поляры профилей этих моментов.

Рис. 4.29 Характер действующих на левую лопасть крыла инерционных сил и положительных крутильных моментов (т) с полярами профилей этих моментов при разных омахиваемых траекториях.

Из схем видно, что чем круче перегиб, тем больше результирующая сила R инерции. Самая малая инерциальная сила, действующая на лопасть будет у I кривой – окружности, а самая большая у V;VI;VII кривой (лемнискат – 2;3, ламинарии и ламинарной прямой).

Что касается характера положительных крутильных моментов, то здесь видим противоположную картину. У кривых: I; II; III; IV – самые большие положительные крутильные моменты способные вызвать кабрирующий эффект неустойчивости летящей системы. У кривых: V; VI; VII крутильные моменты по бокам  миделя траектории незначительны, поэтому для машины с машущими крыльями эти траектории будут предпочтительнее. Долихоморфные траектории выгодно отличаются от круговой, т.к. моменты m и m1 к них пренебрежительно малы, а импульсы дестабилизации, следовательно, слабы.

Импульсы от дестабилизирующих моментов, возникающих по бокам траектории, могут восприниматься человеком как тряска. В таком случае при конструкторской отработке машины нужно стремиться свести колебания до комфортной частоты – 1,3 колебания в сек. (78 кол/мин), или ω=2π·1,3≈8 (круговая частота). Прогиб, под нагрузкой лопастей крыла составит ΔZ=q/ω2≈1000/64≈150 (мм). Что согласуется с привычной для человека частотой колебаний при ходьбе.

В процессе анализа разложения векторов инерционных сил обнаружились две кривые (IV и VI) со свойствами направленного вибратора. Основываясь на свойствах этих кривых можно изобрести транспортное средство (католёт, инерцоид) движущееся только за счёт внутренних инерционных сил.

В процессе изучения проблемы махания нами проводились визуальные кинематические опыты по различным омахиваемым траекториям. Наблюдалось за состоянием циклических углов атаки при разных направлениях обращения лопасти вдоль того или иного периметра кривой, в результате был сформулирован ещё один из постулатов.

4.14 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: При видоизменении (трансформации) омахиваемой кривой на одном и том же механизме, функции автомата циклического перекоса лопасти сохраняются и не требуют корректировки.

 

4.7 Топология траекторий махания для движителя махолёта.

 

Алгоритмичный ряд геометрических образов замкнутых кривых, пригодных для воспроизведения крылом махолёта мы рассмотрели по рис. 4.29. Все они симметричны. На практике же встречается множество различного рода деформированных кривых. Поэтому возникла необходимость в систематизации на базе семи отобранных, см. табл. 4.2.

Все кривые, сведённые в таблицу, имеют семь групп. Каждая группа представлена тремя образами замкнутой кривой: основной, деформированной и спрямлённой. Таблица не исключает возможности использования других вариаций: произведённых от основного образа, что и отражено в примечании. Горизонтальной стрелкой показано принятое на схеме направление полёта (справа налево). Стрелки вдоль замкнутой кривой означают направление движения лопасти, с которым коррелируется автомат перекоса лопасти. Все кривые равноправны. Приоритет в преимущественной применимости их проистекает от задач проектирования, от выдвигаемых функциональных требований и соответствия им выбираемой траектории.

 

Систематизация омахиваемых кривых

Таблица 4.2.

4.8 Развёрнутые диаграммы траекторий махания в активном полёте.

 

В основу построения диаграмм принимаем следующие условия:

- Образ кривой, направление обращения лопасти по периметру, направление полёта – берём в соответствии с таблицей 4.2;

-   Хорды замкнутых кривых имеют дифферент назад к направлению полёта, у большей части диаграмм, под углом 1/3π рад;

-         Кривая, получаемая от сложения махового движения крыла и поступательного, в результате полёта, представляет собою теоретический след проекции точки взятой, например, на хорде крыла. Здесь совпадение, или несовпадение  с реальной картиной будет зависеть от правильности соотношений масштабов скоростей на замкнутой кривой и на числовой оси поступательной скорости. Ведь в реальных условиях крыло может работать быстро, а поступательная скорость ещё мала; затем система, получая разгон, начинает ускоряться, а частота взмахов уменьшается и т.п. Поэтому, можно иметь лишь некую усреднённую картину траекторий условной точки, взятой на крыле;

-         Для более приближённой к реальным условиям картины, отражаемой диаграммой, одну и ту же кривую строим на числовой оси с прогрессирующим масштабом скорости. В то время как частота махания (V=1) и амплитуда (А=1) принимаются величинами постоянными (V=1=const и А=1=const);

-         Увеличение скорости на наших диаграммах носит скачкообразный, дискретный характер и изменяется по закону геометрической прогрессии удвоения. Скорость условно удваивается после каждого завершённого цикла взмаха;

-         От развёртывания подвижной центроиды окружности в направлении непрерывной числовой оси скорости (V) в период первого и второго циклов получим кривую - циклоиду. Далее (на последующих циклах) прослеживается спрямление кривизны этой кривой и вырождение затем в «трохоиду».

Для кривых последующих групп, как увидим в дальнейшем, форма развёрток не имеет своего особого названия, но очень похожа на циклоиду.

Для эллипсов, конических овалов, лемнискат и ламинарий принцип построения такой же как и для окружности. Отличие лишь в том, что засечки нового положения фигуры кривой вдоль числовой оси придётся делать не циркулем, а по макету кривой, например, изготовленному на кальке.

Существенное влияние на форму пилообразной кривой оказывает при построении принятое направление «обращения» лопасти по замкнутой траектории. На участках пилообразной кривой, где направление обращения совпадает с направлением полёта (скорости складываются), наблюдается притупление вершин гармоник. Там же, где направление обращения противоположно направлению полёта (скорости вычитаются), наблюдается заострение вершин гармоник, или схлёстывание кривой в петлю;

- При построении диаграмм мы брали одинаковые «скорости» махов (частоту обращения) лопасти как на такте маха вниз, так и на такте маха вверх. В том же случае, если шатунная кривая воспроизводится не с постоянной скоростью, то последнее обстоятельство может быть благоприятно реализовано исходя из следующих свойств:

а – ускоренно проходится передняя ветвь замкнутой кривой по направлению полёта (мах вниз) – участок гармоники маха вниз становится круче и короче;

б – ускоренно проходится задняя часть (мах вверх) – участок гармоники маха вверх становится круче. При этом может наблюдаться заброс вершины назад. Заброс, однако, не может быть больше чем наклон воспроизводящей кривой назад и сравняется с её наклоном при поступательной скорости системы равной нулю, т.е. при махании на месте.

Лопасть крыла на всех диаграммах условно изображается в виде плоской пластинки с бульбом. При такте маха вниз бульб зачернён – «тяжелая лопасть». При такте маха вверх бульб светлый – «лёгкая лопасть». Принятая условность позволяет легче ориентироваться на диаграммах (читать диаграммы) и сходу определять направление движения лопасти вдоль гармоник.

Сравнивая работу лопасти на разных диаграммах, применительно к различным образам замкнутой омахиваемой кривой, приходим к выводу, что при выбранных соотношениях геометрических параметров, проявляется стабильно однообразные свойства движителя. См. рис. 4.30…4.35. На рис. 4.34 а сделали отступление от принятого направления движения лопасти вдоль периметра лемнискаты – 1. Отступление позволяет наглядно убедиться как меняется форма пилообразной кривой при изменении направления омахивания. Если такое изменение не влечёт ухудшения в корреляции с механизмом перекоса лопасти, его можно применять.

На рис. 4.35 а,б,в мы продолжили построение диаграммы для спрямлённой лемнискаты – 3, на рис. 4.35 в – одновременно уменьшили угол «базовой плоскости махания» - дифферент хорды от 1/6π рад до 1/9π рад. Рисунком 4.36а,б наглядно проиллюстрирована неудачность такого способа корректировки на режим маршевого полёта.

На рис. 4.36в приведена диаграмма другого, более удачного способа корректировки лопасти по углу атаки. Здесь одновременно с уменьшением  угла дифферента хорды омахиваемой кривой (а, следовательно, и общего угла атаки) мы уменьшили амплитуду махов. Поскольку уменьшение амплитуды махов автоматически влечёт за собой уменьшение угла перекоса лопасти, мы это отразили в построении.

Здесь угол перекладки лопасти с такта, «мах вниз» до такта «мах вверх» равен углу дифферента кривой, т.е. 1/12π рад.

На рис. 4.37, для сравнения, приводим диаграмму работы лопасти воздушного винта фиксированного шага. Здесь нужно помнить, что для анализа и в изображении на диаграмме взята одна лопасть.

Можно заметить общность в работе как крыльчатого движителя, как машущего, так и воздушного винта. Все они эффективно могут работать на разных режимах при условии регулировки лопасти по перекосу или по шагу, что одно и то же.

4.15 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Для эффективной работы лопасти должно сохраняться условие: лопасть должна иметь положительный угол атаки к вектору её результирующего движения; исключением могут быть первоначальные циклы на взлёте.

4.16 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Движитель должен иметь, наряду с механизмом изменения общего угла атаки, механизм (автомат) для перекладки циклического угла атаки с регулировкой.

По диаграммам наглядно можно видеть степень эффективности работы лопасти после каждого цикла прироста скорости. Вначале, в 1 –м и 2 – м циклах работы наблюдается принципиальное существенное различие во взаимодействии лопасти со средой, по сравнению с последующими циклами. В начальном периоде, в момент набора скорости, лопасть наиболее нагружена. Она работает как нижней стороной (пронация – рабочий ход) – создание подъёмной силы: так и верхней (супинация = тоже рабочий ход) – создание отрицательной подъёмной силы и положительной тянущей.

В пределах 3 – го и 4 – го циклов характер взаимодействия крыла со средой качественно меняется. Доля сил работающих на создание тяги постепенно уменьшается, но зато увеличивается доля подъёмной силы. Если достигнутый режим разбега поддержать некоторое время, то система войдёт в режим взлёта и набора высоты. В процессе увеличения скорости системы автоматически нарастает тенденция к уменьшению угла атаки. Режим набора высоты не может длиться беспредельно. В пятом цикле в соотношении достигнутой поступательной скорости и углом перекладки лопасти наступает противоречие. Лопасть начинает работать на создание отрицательной подъёмной силы. Эффективность работы лопасти резко падает. Для восстановления её необходимо одновременно с уменьшением дифферента омахиваемой траектории уменьшить угол перекладки лопасти.

На рис. 4.35 в представлены параллелограммы разложения скоростей и сил при благоприятной работе лопасти крыла после корректировки дифферента омахиваемой траектории.

Параллелограмм разложения скоростей составлен из: вектора маховой скорости лопасти – Vм; вектора поступательной скорости системы – V; вектора результирующей скорости – Vr.

Параллелограмм разложения сил построен на продолжении результирующей скорости.

Сила лобового сопротивления лопасти – Х уравновешивается тянущей силой – Т; подъёмная сила  - Y направлена вертикально вверх и уравновешивает вес системы – G.

Диагональ параллелограмма между вектором подъёмной и тянущей силами, является результирующей – R.

Так как углы атаки лопасти при махе вниз и при махе вверх в данном случае положительны, то крыло создаёт результирующую силу в обоих случаях направленную вверх и вперёд.
 
 
Форма входа

Календарь новостей
«  Октябрь 2018  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031

Мини-чат

Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 39

Поиск

Друзья сайта



----------------- SEO services - site-submit.com.ua $$$ для web-мастеров

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
 

© Zemlyanov.kz
Сайт управляется системой uCoz