Обыкновенные рычаги человек знает давно, не один десяток тысяч лет, пересекающиеся рычаги появились совсем недавно, вечером 20.11.19, изготовить их очень просто из четырех одноплечих рычагов, попарно расположенных друг против друга на оси. Дверная петля — это пример пары таких рычагов, а значит нам понадобятся либо две петли и длинная ось, на которой они могут расположиться, либо одна петля, распиленная пополам поперек оси (ось оставляем целой). Теперь соединяем дугами диагональные рычаги так, чтобы получившиеся двуплечие рычаги сохранили независимость поворотов на оси: либо обе дуги расположены с одной стороны, тогда одна должны быть больше другой для исключения между ними контакта, либо одна дуга обходит ось с одной стороны, а другая - с другой, в этом случае дуги могут быть одинаковыми и механизм получится симметричным, что позволяет наращивать частоту колебаний до бесконечности. Здесь можно посмотреть видео сборки Стрекозы.
Если взять ось длиннее, добавить еще пару одноплечих рычагов и соединить способом, описанном выше, получим два пересекающихся рычага с тремя концами у каждого, таким образом у двух пересекающихся рычагов может быть сколько угодно концов и здесь проявляется такое свойство, как множитель одновременно исполняемых операций, т.е. пересекающиеся рычаги могут делать то же, что и обыкновенный рычаг, но в n раз больше. Например два пересекающихся рычага могут одновременно махать 4, 8, 12,... и т.д. крыльями, или одновременно (от одного привода) качать 2, 4, 6, … качалками, или ...
Оставим множительное свойство, да и задумывались они совсем для другой задачи: как реализовать машущий полет? Начну с конца: с помощью пересекающихся рычагов которые являются приводом для 4 крыльев, каждое шириной 1м, длинной 2,5м, машущих с частотой 50Гц и угловой амплитудой 90° средняя сила тяги махолета будет равна 403кН, т.е. достаточно для зависания 40т грузовика, или для 28т грузовика (масса снаряженного КАМАЗа 55102) не обтекаемой формы кирпича 2*2м развить 1200км/ч у поверхности земли. Кратко, по шагам обосную.
При колебательных воздействиях на среду максимальной эффективностью обладает плоскость, у нее максимальная разность сопротивлений при ортогональном и параллельном ориентировании. В своей модели использую крыло в виде жалюзи и считаю, что при открытых планках сопротивление нулевое.
Считаю, что при высоких частотах движение крыла равномерное, т. е. использую модель равномерно осциллирующего крыла. Что такое равномерная осцилляция? Попробуйте веслом или снеговой лопатой (чем больше площадь, тем нагляднее) поводить под водой, при постоянном усилии они будут двигаться равномерно, при этом время разгона будет пренебрежительно (по отношению к времени равномерного движения) мало и я им пренебрегу, считая, что крылья мгновенно изменяют скорость на противоположную. Про равномерную осцилляцию подробнее здесь.
C учетом равномерности движения на площадь крыла dS в момент времени t действует сила аэродинамического сопротивления:
где
Здесь с – коэффициент аэродинамического сопротивления, ρ – плотность воздуха, V– скорость, Н – ширина крыла, r – расстояние от точки на крыле до оси, ω – угловая скорость, φ – угол раскрытия крыла (между амплитудными верхним и нижним положениями), T – период (время движения крыла от амплитудного верхнего положения до нижнего и возврат в верхнее), ν – частота (число взмахов в секунду).
На крыло, длиной R, в момент t действует сила аэродинамического сопротивления:
Т.к. движение равномерное, то средняя сила аэродинамического сопротивления крыла на рабочем полупериоде будет равна максимальной. А средняя сила аэродинамического сопротивления за период для 4-х крылого противофазного махолета равна удвоенной максимальной силе одного крыла Fт=2Fсопр, так как в первую половину периода работает одна пара крыльев, а во вторую половину периода – другая пара.
В своей работе «Вращательное аэродинамическое сопротивление» (https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2767) С.А. Герасимов измерил коэффициент аэродинамического сопротивления для вращающейся плоскости с = 2,5-3. Т.к. пока высоко взлетать не будем, считаем, что плотность воздуха ρ = 1,255 и постоянна.
Теперь вы сами можете посчитать среднюю силу тяги для любого махолета и не только: в воде то же самое, при ширине, и длине весла по 2 м, и угловой амплитуде ±30°, частоте колебаний 13 Гц, Fт = 9884 кН.
Осталось данную модель проверить на опыте, приглашаю всех заинтересованных сделать первую Стрекозу.
Кинематическая пара – это простейший механизм, позволяющий построить максимально сильную патентную защиту, мне нужна помощь в получении патентов за рубежом, буду рад предложениям в сотрудничестве в данном направлении.
заявка PCT: https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf?docId=WO2021177861
Мой сайт: s3koza.ru
Комментарии (26)
paranoid_sonata
01.07.2022 11:46Такие тяжёлые петли вряд ли взлетят даже при очень высокой частоте вращения. Первая стрекоза не взлетит как ни старайся. Как осуществляется привод?
LuggerFormas
01.07.2022 12:13+650 герц на длине 2.5 метра обломают тебе крыло парусным эффектом. матерьял, аднака, не выдержит. Ось привода тоже сорвет на изменении направления, ускореньице для зависания 40-тонного (SIC!) грузовика там немаленькое на 50 герцах-то. Пятница?
считая, что крылья мгновенно изменяют скорость на противоположную
Ну да, примерно такое же смелое приближение, как вечный двигатель
LuggerFormas
01.07.2022 13:56+2Погнали дальше. Автор тут на сайте заявляет:
Плоскость – как оптимальная форма крыла
Как посчитаны потери от обратного маха? Аэродинамическое сопротивление, бессердечная..., таки в обе стороны будет работать, и НЕ ЯВЛЯЕТСЯ подъемной силой. Стрекоза крылья складывает поворотом. Здесь ни механизма такого вращения, ни потерь от обратного маха свернутого крыла, ни самой конструкции крыла. Расчет силы привода где? Плоскость, да? В общем, машем плоскостями, моментально меняющими направление движения без затрат и потерь, мда.
LuggerFormas
01.07.2022 14:01Погнали еще дальше. По факту
вот оно сзади. Как на эскизе на КДПВ, не влезло и не влезет.
TimID
02.07.2022 03:14А зачем нужны именно два соединения? Неужели нельзя ось зафиксировать с одной из противолежащих пар "крыльев" механизма и тягой связывать другую?
vov_kin Автор
01.07.2022 16:18-1На обратном махе жалюзи открываются и клапаны ориентируются параллельно потоку, считаю что при параллельном ориентировании у плоскости сила =0, я понимаю, что какая-то сила будет и у открытых клапанов, но ее значение даст опыт.
iig
01.07.2022 12:34+1В 19 веке, когда двигатель был большой, дорогой и тяжелый, это было нормально - мутить хитрую трансмиссию для передачи мощности с 1 двигателя на несколько приводов. В 21 веке, когда доступны легкие и мощные электродвигатели - в трансмиссии нет необходимости (см любой мультикоптер). Ну, и стрекоза не просто трепыхает крыльями по заданной траектории, необходим полный независимый привод для каждого крыла. Беда в том, что все двигатели хорошо делают вращение, и очень плохо - трепыхание (резонансы, знакопеременные нагрузки - техника этого не любит). Стрекоза не масштабируется.
SnakeSolid
01.07.2022 13:09Википедия говорит, что древние стрекозы имели размах крыльев до 70-ти сантиметров, теоретически их можно масштабировать до этого размера. А это уже сравнимо с существующими квадрокоптерами.
Gutt
01.07.2022 14:49В 21 веке, когда доступны легкие и мощные электродвигатели - в трансмиссии нет необходимости (см любой мультикоптер).
Это, мягко говоря, не совсем так, когда нужно перейти от нишевых применений к мейнстримным перевозкам. Пока самолёты и вертолёты на ископаемом топливе избавлены от необходимости тащить с собой помимо топлива ещё и окислитель (который весит для октана раз в 14 больше самого октана, к примеру), они остаются далеко впереди электролётов, когда нужно везти много и далеко.
konst90
01.07.2022 15:36+2Эм, откуда 14 раз взялось? У ракет на керосине раза в полтора-два примерно разница.
Gutt
01.07.2022 16:01Виноват, бес попутал. Я когда-то считал, но совсем забыл, что посчитал массу воздуха, в котором кислорода всего 21 % по массе. Так что да, 2--3 массы топлива. Что всё равно немало.
vov_kin Автор
01.07.2022 16:03-2В данной модели используется единственная формула полного аэродинамического сопротивления, которая не нуждается ни в каком масштабировании, она верно даст значение силы и для площади 1мм**2, и для 1км**2, этой модели все равно: какие потоки и вихри остаются за крылом, здесь рассматривается только зависание и не требуется маневрирования, поэтому надобности в отдельных приводах для крыльев нет, простейший резонансный привод - это дисбаланс, вращающийся с резонансной частотой колебательной системы.
randomsimplenumber
01.07.2022 16:16Для зависания есть вертолет с примитивным винтом (ну, как бы не совсе примитивным..) и очень простым (не очень) приводом. Чем вертолет не устраивает?
Большие плоскости и резонанс - это нифига не просто, вы уж поверьте;)
vov_kin Автор
01.07.2022 16:26-2Вертолет Ми-26 поднимает 1/3 своего веса, а стрекоза в 15р больше, вот для этого, и вы уж поверьте: махолет будет не сложнее вертолета.
randomsimplenumber
01.07.2022 17:51+2Стрекоза не масштабируется до размеров вертолета (и прекрасно:)). Ещё раз напоминаю - вертолет очень простой механизм. Крыло без никакой механизации, гнется под собственным весом, разные части крыла работают на разных скоростях - всё очень плохо. Но летает ;). Крыло с резонансом и механизацией (жалюзи) - тут заплакал маленький сопромат ;) Резонанс - это стоячие волны. В некоторых точках амплитуда колебаний равна 0 (и подъемная сила тоже). В других точках амплитуда максимальная (и нагрузка на материал тоже). Итого часть конструкции бесполезная, а часть перегружена. А механизация в виде жалюзей - это отдельный вид искусства; как это будет выглядеть на крыле, колебающемся с частотой 50 Гц и гнущемся под своим весом?
Не зря стрекоза имеет именно такие размеры. В нашей атмосфере с нашими материалами и двигателями только так. Хочется большего - смотрите на птиц, но у них крыло с очень сложной механизацией, и масштабируется до кондора. Но полет по птичьему мы тоже воспроизвести не умеем - слишком сложно.
MaximRV
02.07.2022 22:10хм, ежели не сложнее, вперёд и с песней. Делайте хотя бы прототип с размахом в 20-50 см.
MaximRV
02.07.2022 22:13вообще. Если отбросить науку, а просто прикинуть, то по вашей логике для кораблей эффективней на вёслах. К чёрту гребные винты.
vov_kin Автор
02.07.2022 23:05Не понял: зачем отбрасывать науку и как прикидывать без нее. И в весле, и в винте работают плоскости, максимальная сила сопротивления будет при ортогональном воздействии на среду, любое отклонение от 90 градусов уменьшает эту силу, в винте это отклонение не малое, именно здесь он сразу проигрывает веслу, но в винте легко повысить частоту оборотов, и если в воздухе это сработало - летаем не медленно, то в воде кавитация установила границу, после которой нет смысла повышать обороты, так и ползаем по морям и океанам как черепахи. Пересекающиеся рычаги позволяют не только легко механизировать работу весел, но и использовать резонанс.
randomsimplenumber
03.07.2022 07:16+1Жжоте ;) Резонанс - паразитный эффект, приводит только к повышению нагрузки на конструкцию. А про винты-весла-плавники-крылья без курения аэро-гидро-${другая жидкость или газ}-динамики рассуждать бессмысленно. Можно лишь заметить, что весло работает только в одну сторону, обратный ход весла бесполезен - не удивительно что у винта эффективность лучше: работает постоянно, трансмиссия к двигателю проще.
vov_kin Автор
03.07.2022 13:28-1Помните у Маяковского: Что такое хорошо и что такое плохо? Что такое - резонанс? Это - отклик. Если на работу двигателя будет откликаться корпус двигателя, а через него - корпус судна или самолета, то это очень плохо, рано или поздно они разрушаться. Но если на работу двигателя будет откликаться только движитель, то это очень хорошо, мы получим самый экономичный транспорт.
randomsimplenumber
03.07.2022 17:25Слишком много изобретений в одном месте ;) Перекрещенные рычаги (фактически крыло с 2 лопастями), механизация крыла, работа на резонансной частоте. Ну, штош, удачи в моделировании;)
MaximRV
03.07.2022 12:27ползаем по морям и океанам как черепахи
Вы думаете это лишь из-за "привода", точнее по большей части из-за него? а не из-за сопротивления среды? (волны тоже тормозят).
MaximRV
03.07.2022 12:28Опять же, если всё так просто - то вперёд. Делайте эффективный и быстрый водный транспорт. Хотя бы прототип.
MaximRV
03.07.2022 21:47Думаю автору будет полезно:
https://youtu.be/a8RQV_Dah-8?t=39
Особенно здесь: https://youtu.be/a8RQV_Dah-8?t=190
Видно что передние крылья почти не шевелятся - просто планирует она на них, а задними крыльями "гребёт" - машет. И в этом видео хорошо видно как работают мышцы - они нормально так напрягаются.
А большими стрекозы были миллионы лет назад, потому что кислорода было больше в атмосфере и им хватало для дыхания, как и другим насекомым.
А здесь https://youtu.be/a8RQV_Dah-8?t=230 видно. что крылья не прямо в противофазе работают. А даже почти одна пара следует за другой.
vov_kin Автор
Привод резонансный, зачем с Первой возиться, запускать будем сразу Вторую.