RU183581U1 - Махолет-тандем - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к летательным аппаратам, в частности к махолетам-тандемам, и может быть использована в авиации и авиамодельном спорте, в частности как летающая, легкая и надежная авиамодель, беспилотник или индивидуальное пилотируемое средство. Техническим результатом является упрощение конструкции махолета и его эксплуатации, а также снижение веса устройства. Махолет-тандем содержит корпус, выполненный в виде продольной трубы, передние и задние пары крыльев, жестко связанные между собой и тандемно расположенные относительно продольной трубы поперек последней, имеющие жесткий V-образный каркас, расположенный на передних кромках крыльев и мягкую эластичную одностороннюю обшивку типа «парус», а также привод поворота передней пары крыльев с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования вращательного движения привода и кривошипа в возвратно-поступательное движение шатуна, верхний конец которого шарнирно прикреплен к передней кромке крыла с возможностью колебания передних крыльев относительно продольной трубы корпуса махолета. Жесткий каркас передней кромки и мягкая эластичная обшивка задних крыльев прикреплены по линии контакта к продольной трубе корпуса с возможностью их совместных маховых колебаний в противофазе маховым колебаниям передних крыльев за счет возникающего реактивного момента. Мягкая эластичная обшивка задней кромки передних крыльев прикреплена к продольной трубе корпуса. Жесткий каркас передней кромки передних крыльев расположен над продольной трубой корпуса, и кинематически с ней связан посредством стойки, верхний конец которой шарнирно прикреплен к жесткому каркасу передней кромки крыла, а нижний - жестко закреплен на продольной трубе корпуса. 5 ил.

Description

Полезная модель относится к летательным аппаратам, в частности, к махолетам-тандемам и может быть использована в авиации и авиамодельном спорте, в частности, как летающая, легкая и надежная авиамодель, беспилотник или индивидуальное пилотируемое средство.

Известен махолет с тандемно расположенными крыльями (патент РФ на изобретение №2488525, МПК В64С 33/00, опубл. 27.07.2013 г.). Махолет содержит корпус, несущий связанные с приводом тандемно расположенные крылья. Каждая консоль крыльев закреплена на корпусе с возможностью поворота вокруг продольной и поперечной осей, соединена с приводом и снабжена механизмом изменения угла атаки и механизмом регулирования амплитуды поворота относительно поперечной оси. Привод включает в себя силовую установку, соединенную с синхронизирующими редукторами, которые через кривошипно-шатунный механизм соединены с соответствующими консолями. Привод выполнен гидравлическим и включает гидроцилиндры, соединенные с консолями крыльев и системой управления. Корпус махолета выполнен в виде пространственной стержневой системы. Механизм изменения угла атаки консоли крыла содержит жестко закрепленный на поперечной оси кронштейн, соединенный с приводом. Механизм регулирования амплитуды поворота крыла относительно поперечной оси включает в себя приводные рычаги с упорами, шарнирно-соединенные с жестко закрепленным на поперечной оси кронштейном с возможностью взаимодействия с упором консоли крыла. Упоры рычагов выполнены в виде демпферов. Повышается эффективность создания тяги и управления махолетом.

Однако у данного аналога каждое крыло управляется отдельно по двум основным углам: углу амплитуды и углу атаки. Для этого установлено 8 электро- или гидроприводов. Так же для синхронизации взмахов используется 2 редуктора, а для передачи мощности крыльям - 4 кривошипно-шатунных механизма. Данная конструкция в большей степени предназначена для исследований машущего полета, но из-за громоздкости и сложности практического применения в качестве игрушки или авиамодели нецелесообразна.

Известна другая конструкции махолета (патент на полезную модель РФ №157031, МПК В64С 33/02, опубл. 20.11.2015 г.), содержащая два попарно жестко соединенных крыла, установленных один над другим на корпусе с возможностью махания в противофазе друг над другом, и хвостовой стабилизатор. Привод машущих крыльев модели летательного аппарата выполнен в виде мотор-редуктора, кинематически связанного через цилиндрическую зубчатую передачу с кривошипно-шатунными механизмами с противоположно ориентированными кривошипами, причем шатуны подвижно соединены с двумя попарно-соединенными и движущимися в противофазе крыльями, а мотор-редуктор электрически связан с системой управления и источником энергии, установленными на корпусе модели летательного аппарата. Система управления включает в себя электрически связанные между собой микроконтроллер, усилитель, мотор-редуктор, объект управления, в качестве которого используется крылья, и измерительное устройство, представляющее собой датчик угловой скорости.

Однако данная аэродинамическая схема менее устойчива, чем тандемная и требует наличие хвостового стабилизатора, а также систему управления: микроконтроллер и датчик угловой скорости, что усложняет аппарат.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является махолет-тандем, созданный немецким изобретателем Эрихом фон Холстом (http://www.ornithopter.de/daten/herzog/63mar.pdf). Махолет-тандем содержит корпус, выполненный в виде продольной трубы, передние и задние крылья, тандемно расположенные относительно продольной трубы корпуса и поперек последней, и имеющие каркас в виде трубок, расположенных на передних кромках крыльев и мягкую эластичную одностороннюю обшивку, а также приводы поворота (маховых колебаний) передней и задней пары крыльев в противофазе, выполненных в виде резиномоторов с кривошипно-шатунными механизмами для преобразования вращательного движения резиновых жгутов и кривошипов в возвратно-поступательное движение шатунов. Верхние концы шатунов шарнирно прикреплены к передним жестким кромкам крыльев с возможностью колебания указанных крыльев в противофазе относительно друг друга. Махолет снабжен системой синхронизации колебания передней и задней пар крыльев.

Однако данная конструкция содержит два привода маховых колебаний соответственно передних и задних крыльев, снабжена системой синхронизации указанных маховых колебаний крыльев и хвостовым стабилизатором, что усложняет конструкцию махолета, ограничивает возможность увеличения площади крыльев из-за необходимости приближения передних и задних крыльев к спаренным приводам маховых колебаний, повышает вес конструкции.

Техническим результатом является упрощение конструкции махолета и его эксплуатации, а также снижение веса устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в махолете-тандеме, содержащем корпус, выполненный в виде продольной трубы, передние и задние пары крыльев, жестко связанные между собой и тандемно расположенные относительно продольной трубы поперек последней, и имеющие жесткий V-образный каркас, расположенный на передних кромках крыльев и мягкую эластичную одностороннюю обшивку типа «парус», а также привод поворота передней пары крыльев с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования вращательного движения привода и кривошипа в возвратно-поступательное движение шатуна, верхний конец которого шарнирно прикреплен к передней кромке крыла с возможностью колебания передних крыльев относительно продольной трубы корпуса махолета, согласно полезной модели, жесткий каркас передней кромки и мягкая эластичная обшивка задних крыльев прикреплены по линии контакта к продольной трубе корпуса с возможностью их совместных маховых колебаний в противофазе маховым колебаниям передних крыльев за счет возникающего реактивного момента, мягкая эластичная обшивка задней кромки передних крыльев прикреплена к продольной трубе корпуса на участке их контакта, а жесткий каркас передней кромки передних крыльев расположен над продольной трубой корпуса, и кинематически с ней связан посредством стойки, верхний конец которой шарнирно прикреплен к жесткому каркасу передней кромки крыла, а нижний - жестко закреплен на продольной трубе корпуса. Привод выполнен в виде резиномотора, или электродвигателя с питанием от микробатарейки.

Предлагаемая конструкция отличается от прототипа тем, что привод содержит только один кривошипно-шатунный механизм. Отпадает необходимость в дополнительных механизмах, приводах, синхронизирующих устройствах и хвостовом стабилизаторе, что обеспечивает упрощение конструкции махолета и его эксплуатацию, а также снижает вес летательного аппарата.

На чертежах представлены изображения устройства, поясняющие описание полезной модели. На фиг. 1 приведена конструктивная схема махолета. На фиг. 2 представлена схема расположения передних и задних крыльев махолета в крайних положениях. На фиг. 3 (а, б, в, г) пошагово показан цикл взаимодействия подвижных деталей конструкции махолета в полете за один оборот кривошипа привода через каждые 90 градусов. На фиг. 4 представлена схема заявляемого махолета, вид сверху. На фиг. 5 представлена схема изменения прогибов крыла в зависимости от фазы взмаха, направление действия сил (силы тяги, подъемной силы, лобового сопротивления и веса махолета).

Махолет-тандем содержит (фиг. 1) корпус 1, выполненный в виде продольной трубы, передние 2 и задние 3 пары крыльев, жестко связанные между собой и тандемно (один за другим) расположенные относительно продольной трубы корпуса 1 поперек последней. Крылья 2 и 3 имеют жесткие V-образные каркасы 4 и 5 соответственно, расположенные на передних кромках крыльев 2 и 3 и выполненные из легких трубок или стержней, а также мягкую эластичную одностороннюю обшивку (типа «парус») 6 и 7 крыльев 2 и 3 соответственно.

Мягкая эластичная обшивка 6 задней кромки передних крыльев 2 прикреплена к продольной трубе корпуса 1 на участке их контакта. Жесткий каркас 4 передней кромки крыльев 2 расположен над продольной трубой корпуса 1, и кинематически с ней связан посредством стойки 8, верхний конец которой шарнирно прикреплен к жесткому каркасу 4 передней кромки крыла 2 с возможностью маховых колебаний (качений) крыльев 2 относительно продольной трубы корпуса 1 и крыла 3 махолета и имеет ось 9 качения (поворота). Нижний конец стойки 8 жестко закреплен на продольной трубе корпуса 1. Передняя пара крыльев 2 снабжена приводом их поворота (качения), выполненным, например, в виде электродвигателя с питанием от микробатарейки или резиномотора 10 с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования вращательного движения резинового жгута 11 и кривошипа 12 в возвратно-поступательное движение шатуна 13, верхний конец которого шарнирно прикреплен к передней кромке крыла 2 и имеет ось поворота 14. Жесткий каркас 5 передней кромки и мягкая эластичная обшивка 7 задних крыльев 3 прикреплены по линии контакта к продольной трубе корпуса 1 с возможностью их совместных маховых колебаний в противофазе маховым колебаниям передних крыльев 2 за счет возникающего реактивного момента. Причем, каркас 5 жестко связан с продольной трубой корпуса 1.

Изменение углов атаки происходит в результате прогибов мягкой обшивки (типа крыла Рогалло) крыльев 2 и 3. Консоли в крыле жестко соединены между собой под оптимальным для устойчивого планирующего и машущего полета V-образием. На фиг. 5 представлено изменение прогибов мягкой обшивки 6 и 7 (задних кромок) крыльев 2 и 3 соответственно в зависимости от фазы взмаха, направление действия сил (силы тяги, подъемной силы, лобового сопротивления и веса махолета), где 15 - направление полета, 16 - направление движения крыла, 17 - горизонтальная составляющая силы, 18 - аэродинамическая подъемная сила, 19 - лобовое сопротивление, 20 - вес махолета, ц.т. - центр тяжести.

Изготовлено несколько действующих макетов заявляемого махолета, имеющего размах крыльев 500 мм, длина фюзеляжа (корпуса) 350 мм, вес модели - 10 г. Модель может подниматься на высоту до 9-12 метров и иметь продолжительность полета до 90 секунд (1,5 минуты).

Махолет функционирует следующим образом (фиг. 3). Кривошип 12, вращаясь под действием крутящего момента от закрученного резинового жгута 11, увлекает шарнирно соединенный с ним шатун 13, который другим концом шарнирно соединен с консолью каркаса 4 переднего крыла 2, наклоняет ее вниз, относительно оси 9 шарнира, расположенного на верхнем конце стойки 8. Поскольку консоли каркаса 4 крыльев 2 жестко соединены между собой, то противоположная консоль крыльев 2 двигается вверх. Корпус 1 в виде продольной трубы вместе с жестко закрепленным на нем каркасом 5 задних крыльев 3 под действием силы реакции (противодействия) - хорошо известной в авиации как реактивный момент, начинает синхронно отклоняться в противоположную сторону. Кривошип 12, пройдя нижнюю мертвую точку, где крылья 2 на мгновение останавливаются, шатун 13 толкает консоль переднего крыла 2 вверх. Соответственно, противоположная консоль передних крыльев 2 пойдет вниз. Каркас 5 заднего крыла 3 вместе с корпусом 1 синхронно начинает движение в противоположном направлении до верхней мертвой точки. Циклы повторяются. Таким образом, маховые колебания (взмахи) консолей передних 2 и задних 3 крыльев постоянно находятся в противофазе, что обеспечивает устойчивое положение махолета во время полета. Под действием давления (сопротивления) воздуха (фиг. 3) на мягкую эластичную одностороннюю обшивку (типа «парус») 6 и 7 крыльев 2 и 3 формируются прогибы их задних кромок, изменяя угол атаки к набегающему потоку, в результате чего поток воздуха ускоряется и создает тяговое усилие аппарату, которое в свою очередь преобразуется в подъемную силу. В полете соотношения амплитуд махов обратно пропорциональны площадям и подвижным массам. Поэтому задние крылья 3 рационально делать немного меньше передних крыльев 2.

При движении крыльев 2 и 3 вверх (фиг. 5) их мягкая обшивка 6 и 7 (задняя кромка) под действием сопротивления воздуха прогибается вниз, создавая условия для появления горизонтальной составляющей силы 17.

При движении крыльев 2 и 3 вниз их задняя кромка прогибается вверх. Опять же появляется горизонтальная составляющая 17, которая, противодействуя лобовому сопротивлению 19, разгоняет махолет. А так как передние крылья 2 установлены под положительным углом к задним крыльям 3, возникает кабрирующий момент (носовая часть махолета задирается вверх). В результате этого большая часть несущей площади поверхности модели перемещается под положительным углом атаки, что создает аэродинамическую подъемную силу 18.

Таким образом, из выше приведенного описания и чертежей видно, что заявляемый махолет-тандем значительно проще конструктивно и в эксплуатации, а также имеет минимальный вес по сравнению с противопоставленными аналогами и прототипом.

Claims (2)

1. Махолет-тандем, содержащий корпус, выполненный в виде продольной трубы, передние и задние пары крыльев, жестко связанные между собой и тандемно расположенные относительно продольной трубы поперек последней, и имеющие жесткий V-образный каркас, расположенный на передних кромках крыльев и мягкую эластичную одностороннюю обшивку типа «парус», а также привод поворота передней пары крыльев с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования вращательного движения привода и кривошипа в возвратно-поступательное движение шатуна, верхний конец которого шарнирно прикреплен к передней кромке крыла с возможностью колебания передних крыльев относительно продольной трубы корпуса махолета, отличающийся тем, что жесткий каркас передней кромки и мягкая эластичная обшивка задних крыльев прикреплены по линии контакта к продольной трубе корпуса с возможностью их совместных маховых колебаний в противофазе маховым колебаниям передних крыльев за счет возникающего реактивного момента, мягкая эластичная обшивка задней кромки передних крыльев прикреплена к продольной трубе корпуса на участке их контакта, а жесткий каркас передней кромки передних крыльев расположен над продольной трубой корпуса и кинематически с ней связан посредством стойки, верхний конец которой шарнирно прикреплен к жесткому каркасу передней кромки крыла, а нижний - жестко закреплен на продольной трубе корпуса.

2. Махолет-тандем по п. 1, отличающийся тем, что привод поворота передней пары крыльев выполнен в виде резиномотора или электродвигателя с питанием от микробатарейки.

Images