RU2452660C2 - Ornithopter - Google Patents
Ornithopter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452660C2 RU2452660C2 RU2010127873/11A RU2010127873A RU2452660C2 RU 2452660 C2 RU2452660 C2 RU 2452660C2 RU 2010127873/11 A RU2010127873/11 A RU 2010127873/11A RU 2010127873 A RU2010127873 A RU 2010127873A RU 2452660 C2 RU2452660 C2 RU 2452660C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- section
- fuselage
- aircraft
- ribs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха с машущим крылом. Аппарат может быть использован для более полного изучения закономерностей машущего полета птиц и, тем самым, приближения момента создания большого летательного аппарата с человеком на борту.The invention relates to aircraft heavier than air with a flapping wing. The device can be used for a more complete study of the laws of flapping flight of birds and, thus, the approximation of the moment of creating a large aircraft with a person on board.
Как известно, главные отправные данные для создания большого машущекрылого аппарата были изложены еще в классических трудах по махолетам (см., например, [1] или [2]).As is known, the main starting data for creating a large winged-winged apparatus were set forth in classical works on machetes (see, for example, [1] or [2]).
Например, автору [2], стр.86, так представляется махолет будущего:For example, the author [2], p. 86, thus presents the future of the future:
«это машина высоких аэродинамических качеств, обладающая хорошо обтекаемым корпусом, в передней части которого помещается летчик с прекрасным обзором вперед и в стороны. К корпусу прикреплены крылья, эластичные по крайней мере хотя бы в некоторой своей части. Прикрепление к корпусу сделано так, что во время махания не образуется ни щелей, ни резких переходов. Двигатель помещается в середине корпуса, сзади летчика. Хвостовое оперение в первых машинах может состоять из горизонтального и вертикального, далее же с развитием техники, по всей вероятности, последнее станет ненужным. Такова в общих чертах эта будущая машина, но действительность может превзойти любую фантазию».“This is a car of high aerodynamic qualities, with a well streamlined body, in front of which a pilot is placed with excellent visibility forward and to the sides. Attached to the body are wings, elastic at least in at least some of its parts. The attachment to the body is made so that during the waving there are no gaps or sharp transitions. The engine is placed in the middle of the hull, behind the pilot. The tail unit in the first machines may consist of horizontal and vertical, then further with the development of technology, in all likelihood, the latter will become unnecessary. This is the outline of this future machine, but reality can surpass any fantasy. ”
Разберем более подробно алгоритм полета птицы, чтобы понять, что именно должен копировать человек в этом алгоритме, работа которого подтверждена миллионами лет полетов птиц.Let us examine in more detail the bird flight algorithm in order to understand what exactly a person should copy in this algorithm, whose work has been confirmed by millions of years of bird flight.
Во время полета в фазе маха вниз птица имеет крыло под положительным углом атаки (угол между хордой крыла и касательной к траектории). При этом, как известно, на крыле развивается сила тяги, направленная вперед, и подъемная сила, направленная вверх. При махе вверх, под действием аэродинамических сил, приложенных к крылу, некоторая часть его устанавливается под отрицательным углом атаки. Тогда возникает дополнительная сила тяги, хотя подъемная сила (меньшая, чем в первой фазе маха) направлена вниз. Это вызывает некоторую волнообразность траектории тела птицы (см. [2], стр.42). В свое время еще Лилиенталь [1] разделил функции по длине крыла птицы, дав корневой его части функцию преимущественно поддержания в воздухе, а периферийной - функцию преимущественно создания тяги (см. [2], стр.43). Волнообразность полета птицы не только описана во многих, даже классических источниках, ее наблюдали и авторы данного изобретения, при изучении машущего полета. При этом мышцы птицы устроены так, что она может только поднимать и опускать крылья, но занос крыльев вперед и относ назад относительно корпуса птицы (в результате концы крыльев описывают эллипсы в воздухе) - это есть прямой результат действия на крыло аэродинамических сил, без участия самой птицы (там же, стр.49). Этот эллипс описал еще Марей в [3]. Поэтому в орнитоптере нужен механизм для принудительного изменения угла атаки, но поддерживать его постоянным по всей длине крыла - нет необходимости.During the flight in the Mach down phase, the bird has a wing at a positive angle of attack (the angle between the wing chord and the tangent to the path). In this case, as you know, the wing develops a thrust force directed forward and a lifting force directed upward. When swinging up, under the influence of aerodynamic forces applied to the wing, some of it is set at a negative angle of attack. Then there is an additional traction force, although the lifting force (less than in the first phase of the swing) is directed downward. This causes a certain undulating trajectory of the bird's body (see [2], p. 42). At one time, Lilienthal [1] divided the functions along the length of the bird’s wing, giving its root part the function of mainly maintaining in the air, and the peripheral part the function of mainly creating traction (see [2], p. 43). The wavelike flight of the bird is not only described in many, even classical sources, it was also observed by the authors of this invention, when studying flapping flight. At the same time, the muscles of the bird are designed so that it can only raise and lower the wings, but skidding the wings forward and backward relative to the body of the bird (as a result, the ends of the wings describe ellipses in the air) - this is a direct result of the action of aerodynamic forces on the wing, without the participation of birds (ibid., p. 49). This ellipse was described by Marey in [3]. Therefore, an ornithopter needs a mechanism for forcibly changing the angle of attack, but there is no need to maintain it constant along the entire length of the wing.
Однако, в течение последних 50 лет, несмотря на создание многих летающих моделей с машущим крылом, представление об аппарате будущего менялось и все более отходило от сложившихся ранее воззрений в каждом новом запатентованном предложении.However, over the past 50 years, despite the creation of many flying models with a flapping wing, the concept of the apparatus of the future has changed and is increasingly moving away from previously prevailing views in each new patented proposal.
Например, известен летательный аппарат с машущим крылом (орнитоптер), содержащий корпус с крыльями и приводом в виде двигателя с коленчатым валом. В данном устройстве крыло выполнено жестким и, при работе двигателя, одновременно с маханием крыльев относительно оси летательного аппарата, осуществляет принудительный поворот («крутку») крыла относительно его продольной оси по всей длине последней (АС СССР №487808, опубл. 1975). Недостатком устройства является низкая эффективность крыла из-за противоречия его алгоритма работы - алгоритму полета птицы, у которой крутка крыла и изменение, тем самым, угла атаки при каждом махе осуществляется в каждом сечении крыла на разную величину, обеспечивая в периферийной области крыла положительную подъемную силу и тягу как при махе вниз, так и при махе вверх.For example, an aircraft with a flapping wing (ornithopter) is known, comprising a body with wings and a drive in the form of an engine with a crankshaft. In this device, the wing is made rigid and, when the engine is running, simultaneously with the flapping of the wings relative to the axis of the aircraft, it makes a forced rotation (“twist”) of the wing relative to its longitudinal axis along the entire length of the latter (USSR AS No. 487808, publ. 1975). The disadvantage of this device is the low efficiency of the wing due to the contradiction of its algorithm of operation - the algorithm of bird flight, in which the wing is twisted and the angle of attack is changed at each swing in each wing section by a different amount, providing positive lift in the peripheral region of the wing and cravings both with a swing down and with a swing up.
Известен также махолет, имеющий фюзеляж, V-образное хвостовое оперение с аэродинамическими рулями и шасси. Аппарат снабжен двумя парами крыльев, расположенными друг за другом. Оба парных крыла крепятся к фюзеляжу и могут совершать вокруг шарниров машущие движения (патент США №2407777, кл.244-16, опубл. 1946). Однако в данном аппарате имеет место тот недостаток, что не предусмотрено управление углом атаки крыльев и управление креном аппарата. Тем самым летательный аппарат имеет низкую эффективность по сравнению с птичьим крылом.Also known is a flywheel having a fuselage, a V-shaped tail unit with aerodynamic rudders and a chassis. The device is equipped with two pairs of wings located one after another. Both twin wings are attached to the fuselage and can make flapping movements around the hinges (US patent No. 2407777, cl. 244-16, publ. 1946). However, this apparatus has the disadvantage that it does not provide for controlling the angle of attack of the wings and controlling the roll of the apparatus. Thus, the aircraft has low efficiency compared to the bird wing.
Известен летательный аппарат в виде мускулолета, крыло которого состоит из 2-х частей - внешней и внутренней, связанных между собой шарниром. Пилот, лежа в фюзеляже на груди, руками совершает машущие движения крыльями. Крыло не обеспечивает изменения угла атаки в процессе полета, а вместо этого пилот отклоняет закрылки, что приводит к увеличению лобового сопротивления и энергозатрат, резко уменьшая эффективность аппарата (патент Германии №3320985 С2, МПК В64С 31/04, опубл. 1985).Known aircraft in the form of a musket, the wing of which consists of 2 parts - external and internal, interconnected by a hinge. The pilot, lying in the fuselage on his chest, makes flapping wings with his hands. The wing does not provide a change in the angle of attack during the flight, but instead the pilot deflects the flaps, which leads to an increase in drag and energy consumption, dramatically reducing the effectiveness of the device (German patent No. 3320985 C2, IPC ВСС 31/04, publ. 1985).
Известен также махолет, содержащий каркас, шасси и силовую установку с 2-мя передними и 2-мя задними коленчатыми валами и передним и задним жесткими машущими крыльями, которые не только осуществляют перемещение в воздухе, но и, с помощью рычажной системы, меняют по заданному (геометрией аппарата) закону угол атаки в процессе маха, причем сначала у переднего крыла он уменьшается от нулевого до заданного отрицательного, а у заднего крыла он увеличивается от нулевого до заданного положительного. В дальнейшем все повторяется в обратной последовательности (патент РФ №2063367, опубл. 1996). Недостатком этого решения является его низкая эффективность из-за того же противоречия алгоритму работы птичьего крыла. Автор пытается заменить сложный закон осевой крутки крыла простым законом постоянной крутки вдоль всей кромки крыла. Это является таким же упрощением, как и при замене махолета - самолетом, в котором подъемная сила создается неподвижным крылом, а тяга - пропеллером.Also known is a flywheel containing a frame, a chassis and a power plant with 2 front and 2 rear crankshafts and front and rear rigid flapping wings, which not only move in the air, but also, using the lever system, change according to the set (by the geometry of the apparatus), the angle of attack during the mach process is law, and first, at the front wing, it decreases from zero to a given negative, and at the rear wing it increases from zero to a given positive. In the future, everything is repeated in reverse order (RF patent No. 2063367, publ. 1996). The disadvantage of this solution is its low efficiency due to the same contradiction to the algorithm of the bird's wing. The author tries to replace the complex law of axial twisting of the wing with the simple law of constant twisting along the entire edge of the wing. This is the same simplification as when replacing the mahogany with an airplane, in which the lifting force is created by the fixed wing and the thrust by the propeller.
Известен также летательный аппарат с машущим крылом, содержащий фюзеляж, крылья и хвостовое оперение, в котором система крыла прикреплена к фюзеляжу посредством узла подвески с рычажно-педальным приводом, само крыло выполнено с аэродинамической круткой профиля и состоит из трех частей - средней и двух концевых частей, корневые хорды которых соединены с корневыми хордами средней части с помощью шарниров, оси которых ориентированы параллельно хорде крыла, при этом средняя часть системы крыла имеет балансировочную поверхность, а концевые части снабжены механической системой синхронизации их возвратно-поступательного (машущего) движения в вертикальной плоскости и элеронами и подпружинены к средней части посредством механизма с изменяющейся жесткостью. По замыслу автора пилот, сидя в кресле, сгибает ноги и поворачивает рычаги, которые воздействуют на несколько карданных устройств и поршни силовых цилиндров, заставляет аппарат совершать разбег по земле, подъем в воздух и дальнейший горизонтальный полет (патент РФ №2217355, опубликованный 27.11.2003 г.). При этом изменение угла атаки осуществляется принудительно во всех режимах полета, но является постоянным по величине вдоль крыла, что также приводит к ухудшению эффективности аппарата, удаляя алгоритм его работы от прототипа - птиц.Also known is an aircraft with a flapping wing, containing the fuselage, wings and tail unit, in which the wing system is attached to the fuselage by means of a suspension unit with lever-pedal drive, the wing itself is made with an aerodynamic twist of the profile and consists of three parts - the middle and two end parts whose root chords are connected to the root chords of the middle part by means of hinges, the axes of which are oriented parallel to the wing chord, while the middle part of the wing system has a balancing surface, and the end Asti equipped with mechanical synchronization system of reciprocating (flapping) movement in a vertical plane and ailerons, and are biased to the middle part via a mechanism with variable stiffness. As conceived by the author, the pilot, sitting in a chair, bends his legs and turns levers that act on several cardan devices and pistons of the power cylinders, forces the device to take off on the ground, rise into the air and then fly horizontally (RF patent No. 2217355, published on November 27, 2003 g.). Moreover, the change in the angle of attack is forced in all flight modes, but is constant in magnitude along the wing, which also leads to a deterioration in the efficiency of the device, removing the algorithm of its operation from the prototype - birds.
Известен также летательный аппарат, содержащий фюзеляж, машущие крылья и механизм для приведения их в движение, в котором комли крыльев соединены с кривошипами главного вала, что сообщает крыльям круговое движение одновременно с колебательным, а в целом - движение по эллипсу (Авт. свид. СССР №136628, кл. В64С 33/02, опубл. 1961). Аппарат страдает тем же недостатком: он искусственно делает то, что птице не нужно для полета.Also known is an aircraft containing a fuselage, flapping wings and a mechanism for bringing them into motion, in which the wings are connected to the cranks of the main shaft, which informs the wings in a circular motion simultaneously with oscillatory motion, and in general - movement in an ellipse (Auth. No. 136628, class B64C 33/02, publ. 1961). The device suffers from the same drawback: it artificially does what the bird does not need to fly.
Известен также летательный аппарат с машущими крыльями, в котором приводной вал движения лопастей крыльев выполнен ступенчатым с изогнутыми концами, к которым на подшипниках прикреплены лопасти крыльев, а механизм формирования их траектории выполнен в виде качалки с U-образным карманом на конце и прорезью. Через эту прорезь пропущено колено ступенчатого вала, причем напротив кармана в плоскости движения качалки размещена дугообразная направляющая. Это дает возможность совершать сложное движение крыла более простыми средствами, что, по мнению авторов, повышает эффективность привода и уменьшает ударные нагрузки (Патент РФ №1728086, МПК В64С 33/02, опубл. 1992). В действительности механизм данного аппарата обладает низкой эффективностью из-за сложной формы траектории движения крыла, часть которой оно проходит, находясь ребром к воздушному потоку.Also known is an aircraft with flapping wings, in which the drive shaft of the wing blades is made stepwise with curved ends, to which the wing blades are attached to the bearings, and the mechanism of formation of their trajectory is made in the form of a rocking chair with a U-shaped pocket at the end and a slot. An elbow of a stepped shaft is passed through this slot, and an arcuate guide is placed opposite the pocket in the plane of movement of the rocking chair. This makes it possible to perform complex wing movement by simpler means, which, according to the authors, increases the efficiency of the drive and reduces shock loads (RF Patent No. 1728086, IPC ВСС 33/02, publ. 1992). In fact, the mechanism of this apparatus has low efficiency due to the complex shape of the trajectory of the wing, part of which it passes, being an edge to the air flow.
Известен также летательный аппарат, который содержит фюзеляж, двигатель с валом, стабилизатор, киль, два одноколенчатых вала, втулки, кронштейны, шатуны, торсионы, гибкие карданы, штанги, коромысла и редуктор, преобразующие вращение вала двигателя в машущее движение крыльев. При этом угол атаки крыльев (жестких) меняется в зависимости от фазы машущего движения. По мнению авторов, предложение по патенту повышает экономичность полета орнитоптера (Патент РФ №2142388, МПК В64С 33/02, опубл. 1999). Недостатком данного устройства является, как и у предыдущего, низкая эффективность из-за сложности механической системы с принудительной круткой крыла и несоответствия алгоритма работы его - алгоритму полета птицы.Also known is an aircraft that contains a fuselage, an engine with a shaft, a stabilizer, a keel, two single-shaft shafts, bushings, brackets, connecting rods, torsion bars, flexible driveshafts, rods, rockers and a gearbox that convert the rotation of the engine shaft to the flapping movement of the wings. In this case, the angle of attack of the wings (rigid) varies depending on the phase of the flapping movement. According to the authors, the patent proposal improves the flight efficiency of the ornithopter (RF Patent No. 2142388, IPC ВСС 33/02, publ. 1999). The disadvantage of this device is, like the previous one, low efficiency due to the complexity of the mechanical system with forced twist of the wing and the mismatch of its operation algorithm - the bird flight algorithm.
Итак, при создании махолета наша задача - обеспечить ему «мышцы» для маха вниз, по крайней мере в 10-15 раз более мощные, чем для маха вверх ([2], стр.41), и дать ему возможность менять угол атаки гибкого крыла на разную величину по длине крыла, как это делают птицы. Если для этого просто «расслабить» крыло, уничтожив его гибкость, то в нужной фазе маха аппарат не даст подъемной силы. Поэтому определенная гибкость крыла должна быть создана, как это имеет место индивидуально у каждой птицы. После большого количества стендовых экспериментов в предлагаемом изобретении нами была создана такая заданная гибкость за счет конструкции крыла и плоских шарниров, соединяющих нервюры крыла с обтяжкой.So, when creating a mahogany, our task is to provide it with “muscles” for the swing down, at least 10-15 times more powerful than for the swing up ([2], p. 41), and allow it to change the angle of attack of the flexible wings at different sizes along the length of the wing, as birds do. If for this it is simple to “relax” the wing, destroying its flexibility, then in the right phase of the swing the device will not give lift. Therefore, a certain flexibility of the wing must be created, as is the case with each bird individually. After a large number of bench experiments in the present invention, we created such a given flexibility due to the design of the wing and flat hinges connecting the ribs of the wing with a close-fitting one.
Все приведенные выше доводы относятся к гибкому крылу, которым птица и отличается от многих замыслов летательных аппаратов человека. Поэтому при жесткой конструкции крыла может понадобиться принудительное изменение угла атаки, но нужно помнить, что экспериментально доказанное уже несколькими авторами преимущество в эффективности птичьего крыла, благодаря которому орел может лететь с добычей, превышающей его вес, также имеет место только для гибкого крыла определенной упругости.All the above arguments relate to the flexible wing, which distinguishes the bird from many of the plans of human aircraft. Therefore, with a rigid wing structure, it may be necessary to force the angle of attack to be changed, but it must be remembered that the advantage in the efficiency of the bird wing, which has already been experimentally proven by several authors, due to which the eagle can fly with prey exceeding its weight, also takes place only for a flexible wing of a certain elasticity.
Поэтому развивая летательный аппарат с машущим крылом, от уровня модели до аппарата с людьми на борту, - нужно на каждом этапе находить (или создавать!) новые конструкционные материалы, обеспечивающие упругость и гибкость нежестких крыльев. На этом пути и возможно решение человеком загадки машущего крыла.Therefore, developing an aircraft with a flapping wing, from the level of the model to the apparatus with people on board, it is necessary at each stage to find (or create!) New structural materials that provide elasticity and flexibility of non-rigid wings. On this path, it is also possible for a person to solve the riddles of the flapping wing.
Поэтому наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству (прототипом) является RC-модель Parkhawk фирмы Kinkade, серийно выпускаемая уже несколько лет и продаваемая в магазинах авиамоделей.Therefore, the closest in technical essence to the proposed device (prototype) is the Kinkade Parkhawk RC model, which has been mass-produced for several years and sold in aircraft model stores.
Летательный аппарат с машущим крылом содержит фюзеляж с головной и хвостовой частями, крылья с нервюрами и обтяжкой и двигательную установку с коленчатым валом, содержащим 2 шейки, симметрично расположенные относительно продольной оси аппарата. Хвостовая часть содержит горизонтальный стабилизатор, выполненный в виде хвоста птицы, с возможностью поворота вокруг продольной и поперечной осей летательного аппарата. Недостатком известного устройства является крепление тяг с шарнирами электропривода непосредственно к передней кромке машущего крыла, без моделирования крыла, копирующего конструкцию птичьего, с заданной упругостью. Это приводит к пониженной эффективности аппарата.An aircraft with a flapping wing contains a fuselage with a head and a tail, wings with ribs and a close-fitting one, and a propulsion system with a crankshaft containing 2 necks symmetrically located relative to the longitudinal axis of the device. The tail portion contains a horizontal stabilizer made in the form of a bird's tail, with the possibility of rotation around the longitudinal and transverse axes of the aircraft. A disadvantage of the known device is the fastening of rods with hinges of the electric drive directly to the front edge of the flapping wing, without modeling the wing, copying the bird's structure, with a given elasticity. This leads to reduced efficiency of the apparatus.
Предложенное устройство предназначено для повышения энергетической эффективности летательного аппарата с машущим крылом и отличается тем, что каждое из крыльев содержит главную консоль, соответствующую плечевой и локтевой костям крыла птицы, и выполнено состоящим из центропланного, периферийного и промежуточного участков, центропланный и периферийный участки содержат нервюры, причем нервюры центропланного участка соответствуют аэродинамическому профилю крыла и закреплены на главной консоли посредством плоских пружин с возможностью поворота хорды центропланного участка на 10-20 градусов, периферийный участок является продолжением главной консоли и содержит нервюры в виде прямых реек, составляющих углы от 30 до 60 градусов относительно продольной оси аппарата, а промежуточный участок крыла не содержит нервюр, каждая из двух шеек коленчатого вала соединена с главной консолью соответствующего крыла посредством плоского шарнира в точке, отстоящей от центральной продольной оси фюзеляжа на 1/10 длины крыла летательного аппарата, радиус колена коленчатого вала выбран так, чтобы пределы изменения угла атаки центропланного участка крыла при махе как вверх, так и вниз составляли 15-30 градусов, в зависимости от скорости полета, точка соединения штока плоского шарнира с консолью крыла выбрана на вертикальной оси, соединяющей верхнюю и нижнюю мертвые точки коленчатого вала, длина штока шарнира подобрана так, чтобы полный угол маха крыла составлял +\-32 градуса, а центропланные участки крыльев гибко соединены друг с другом в передней и хвостовой частях фюзеляжа.The proposed device is designed to improve the energy efficiency of an aircraft with a flapping wing and is characterized in that each of the wings contains a main console corresponding to the humerus and ulnar bones of the bird’s wing, and is made up of center section, peripheral and intermediate sections, the center section and peripheral sections contain ribs, moreover, the ribs of the center section correspond to the aerodynamic profile of the wing and are mounted on the main console by means of flat springs with the possibility of In order to rotate the chords of the center section by 10-20 degrees, the peripheral section is a continuation of the main console and contains ribs in the form of straight rails comprising angles from 30 to 60 degrees relative to the longitudinal axis of the apparatus, and the intermediate section of the wing does not contain ribs, each of two crankshaft necks the shaft is connected to the main console of the corresponding wing by means of a flat hinge at a point spaced 1/10 of the wing length of the aircraft from the central longitudinal axis of the fuselage, the radius of the crankshaft knee is selected so so that the limits of change in the angle of attack of the center section of the wing during a swing both up and down are 15-30 degrees, depending on the flight speed, the connection point of the plane hinge rod with the wing console is selected on the vertical axis connecting the upper and lower dead points of the crankshaft, the length of the hinge rod is selected so that the total wing angle is + \ - 32 degrees, and the center sections of the wings are flexibly connected to each other in the front and rear parts of the fuselage.
На Фиг.1 показан чертеж вида сбоку действующей модели предложенного летательного аппарата. На фиг.2 изображено одно из машущих крыльев модели (вид снизу), на Фиг.3 показано фото внешнего вида действующей модели в варианте с электроприводом. На фиг.4 показан снимок части крыла действующей модели с нервюрами и плоскими шарнирами, на фиг 5а и 5b показан чертеж кинематики привода крыльев, с помощью которого был выполнен расчет углов атаки и полного угла маха, приближенный к реальной птице.Figure 1 shows a drawing of a side view of the current model of the proposed aircraft. Figure 2 shows one of the flapping wings of the model (bottom view), Figure 3 shows a photo of the appearance of the current model in the version with electric drive. Figure 4 shows a snapshot of the wing of the current model with ribs and flat hinges, Figs 5a and 5b show a drawing of the kinematics of the wing drive, which was used to calculate the angles of attack and the total angle of the fly, close to a real bird.
Летательный аппарат (Фиг.1) состоит из фюзеляжа 1, с головной 2 и хвостовой 3 частями, крыльев 4 с нервюрами 11 и обтяжкой 12 и привода крыльев 5. Для моделирования упругости и гибкости крыла в каждую из нервюр центроплана (см. Фиг.2 и 4) врезаны на клею плоские шарниры 14 в виде пружинных уголков, изготовленные из винипласта толщиной 0.6 мм. Заданная упругость крыла обеспечивается также наклеиванием обтяжки 12 (бумага типа кальки, либо Oracover) непосредственно на торцы нервюр 11, без продольных (вдоль крыла) лонжеронов. Кроме того, условное деление крыла на три части разного назначения и отсутствие конструктивных элементов в средней части крыла - также создают заданную упругость и гибкость крыла. С этой же целью нервюры 15 периферийного участка крыла выполнены в виде прямых реек, составляющих углы от 30 до 60 градусов с продольной осью аппарата (см. Фиг.2). Главная консоль крыла 13 в виде изогнутой рейки проходит через центропланный участок крыла в первой его трети, примыкающей к фюзеляжу, и имитирует кости скелета реальной птицы, находящиеся в крыле последней. Каждая из двух шеек 8 коленчатого вала 7 соединена с главной консолью 13 соответствующего крыла посредством плоского шарнира в точке 16, отстоящей от центральной продольной оси фюзеляжа на 1/10 длины крыла летательного аппарата. Нервюры, задающие аэродинамический профиль крыла, укреплены на главной консоли с помощью плоских шарниров (см. выше), как показано на Фиг.2 и 4. Привод крыльев действующей модели (Фиг.5б) содержит электромотор (не показан), редуктор с ведомой шестерней 6, закрепленной на коленчатом валу 7, проходящем через всю ширину фюзеляжа (см. также Фиг.1 и 3). Вал имеет по одному колену 8 с каждой стороны фюзеляжа, на шейку которого надет плоский шарнир, со штоком 9, подвижно соединенным с главной консолью 13 соответствующего крыла.The aircraft (Figure 1) consists of a
Хвостовая часть 3 модели содержит горизонтальный стабилизатор 17, выполненный в виде хвоста птицы, с возможностью поворота вокруг продольной (с помощью рулевой машинки 18) и поперечной (с помощью рулевой машинки 19) осей летательного аппарата.The
Предложенный летательный аппарат работает следующим образом.The proposed aircraft operates as follows.
В исходном положении фюзеляж 1 модели с закрепленными на нем крыльями 4 находится в руке оператора. При этом обе шейки 8 коленчатого вала 7 находятся в горизонтальном верхнем положении. Производят включение электродвигателя модели и запуск модели против ветра, аналогично запуску моделей самолетов. Начинаются махи крыльями, причем в нижнем и верхнем положениях (В и D на Фиг.5а) опорных шеек 8 коленчатого вала шток шарнира находится в вертикальном положении, поэтому угол атаки равен нулю. Сами крылья в эти моменты находятся, соответственно, в верхнем и нижнем положениях, причем угол маха М составляет в верхнем положении крыла М=arcsin(42/75)=+34 градуса, а в нижнем положении М=-34 градуса (для случая, когда радиус колена вала в модели выбран R=42 мм, длина штока L=68 мм, а расстояние вдоль крыла от точки его закрепления на фюзеляже до точки соединения со штоком Т=75 мм, что составляет 1/10 длины крыла). При необходимости установить небольшой начальный угол атаки весь коленчатый вал с укрепленной на нем ведомой шестерней редуктора привода (Фиг.5б) просто смещают слегка вперед (внутри фюзеляжа), так что в верхнем положении колена шток устанавливается слегка наклонно по отношению к оси, соединяющей верхнюю и нижнюю мертвые точки коленчатого вала. При исходном положении вала (до смещения вперед) угол атаки N центропланной части крыла меняется от N=arcsin (R/L)=arcsin (42/68)=37 градусов в положении А колена вала (мах вниз) до -37 градусов в положении С (мах вверх). В процессе движения крыла вниз угол атаки постепенно увеличивается, достигая максимума в среднем положении шейки коленчатого вала (положении А на Фиг.5а). На периферийных участках крыла благодаря его гибкости изменение угла атаки будет, как и у птицы, меньше. Благодаря такому выбору кинематических характеристик и заданной, подобранной экспериментально гибкости крыльев, данная модель, иллюстрирующая предложенный летательный аппарат, даже на стенде демонстрировала взмахи крыльями, близко имитирующие полет реальной птицы (см. соответствующий видеоклип).In the initial position, the
ЛитератураLiterature
1. Отто Лилиенталь «Полет птиц как основа искусства летать» пер. с нем. Е.С.Федорова. СПб., 154 стр., 1905 г.1. Otto Lilienthal “Flight of birds as the basis of the art of flying” per. with him. E.S. Fedorova. St. Petersburg, 154 pp., 1905
2. М.К.Тихонравов. «Полет птиц и машин с машущими крыльями» Москва, 129 стр., 1937 г.2. M.K. Tikhonravov. “Flight of birds and cars with flapping wings” Moscow, 129 pages, 1937
3. Марей. «Механика животного организма. Передвижение по земле и по воздуху». Перевод с франц. Изд. Ред журнала «Знание». СПб., 1875 г.3. Marey. “The mechanics of an animal organism. Movement on the ground and in the air. " Translation from French Ed. Ed magazine "Knowledge." SPb., 1875
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010127873/11A RU2452660C2 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Ornithopter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010127873/11A RU2452660C2 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Ornithopter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010127873A RU2010127873A (en) | 2012-01-20 |
| RU2452660C2 true RU2452660C2 (en) | 2012-06-10 |
Family
ID=45785051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010127873/11A RU2452660C2 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Ornithopter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2452660C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104590560A (en) * | 2015-01-29 | 2015-05-06 | 北京航空航天大学 | Flapping-rotating wing with attack angle control device |
| RU2583426C1 (en) * | 2015-03-10 | 2016-05-10 | Леонид Яковлевич Костиков | Controlled wing of propeller type |
| CN107697284A (en) * | 2017-09-12 | 2018-02-16 | 吉林大学 | A kind of two section type bionic flapping-wing unmanned plane wing |
| CN109421931A (en) * | 2017-08-23 | 2019-03-05 | 周袭明 | The more flapping flight devices of lap siding and flapping-wing aircraft |
| RU2692028C1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-06-19 | Александр Юрьевич Малых | Aircraft with flapping wings |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2407777A (en) * | 1942-09-04 | 1946-09-17 | J B Huff Jr | Glider |
| DE3320985A1 (en) * | 1983-06-10 | 1985-02-14 | Hubert 8910 Landsberg Helbig | Glider wing with double muscle-power drive |
| RU94036423A (en) * | 1994-09-29 | 1996-07-27 | Ю.А. Арутюнов | Flapping aeroplane |
| RU2217355C1 (en) * | 2002-11-21 | 2003-11-27 | Козлов Орфей Александрович | Flying vehicle with engine in form of flapping wings |
-
2010
- 2010-07-07 RU RU2010127873/11A patent/RU2452660C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2407777A (en) * | 1942-09-04 | 1946-09-17 | J B Huff Jr | Glider |
| DE3320985A1 (en) * | 1983-06-10 | 1985-02-14 | Hubert 8910 Landsberg Helbig | Glider wing with double muscle-power drive |
| RU94036423A (en) * | 1994-09-29 | 1996-07-27 | Ю.А. Арутюнов | Flapping aeroplane |
| RU2217355C1 (en) * | 2002-11-21 | 2003-11-27 | Козлов Орфей Александрович | Flying vehicle with engine in form of flapping wings |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104590560A (en) * | 2015-01-29 | 2015-05-06 | 北京航空航天大学 | Flapping-rotating wing with attack angle control device |
| CN104590560B (en) * | 2015-01-29 | 2016-06-08 | 北京航空航天大学 | What angle control attacked by a kind of band flutters rotor |
| RU2583426C1 (en) * | 2015-03-10 | 2016-05-10 | Леонид Яковлевич Костиков | Controlled wing of propeller type |
| CN109421931A (en) * | 2017-08-23 | 2019-03-05 | 周袭明 | The more flapping flight devices of lap siding and flapping-wing aircraft |
| CN109421931B (en) * | 2017-08-23 | 2022-07-29 | 周袭明 | Tandem type multi-flapping-wing flight device and flapping-wing aircraft |
| CN107697284A (en) * | 2017-09-12 | 2018-02-16 | 吉林大学 | A kind of two section type bionic flapping-wing unmanned plane wing |
| RU2692028C1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-06-19 | Александр Юрьевич Малых | Aircraft with flapping wings |
| WO2019235972A1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | Malykh Alexander Iurevich | Flying machine with flapping wings |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010127873A (en) | 2012-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiakun et al. | Review on bio-inspired flight systems and bionic aerodynamics | |
| Stowers et al. | Folding in and out: passive morphing in flapping wings | |
| RU2452660C2 (en) | Ornithopter | |
| CN108945431B (en) | Bird and bat imitating foldable wing of ornithopter | |
| Taylor et al. | Wing morphing in insects, birds and bats: mechanism and function | |
| US6824094B2 (en) | Power assembly for ornicopter | |
| CN104787283B (en) | A kind of super redundancy connection in series-parallel variation rigidity of telescopiform swings propulsion plant | |
| Sihite et al. | Computational structure design of a bio-inspired armwing mechanism | |
| CN103224025A (en) | Single driving-link flapping-wing flying robot space mechanism | |
| JP4986212B2 (en) | Flapping airplane | |
| Sun | High-lift generation and power requirements of insect flight | |
| CN102649477A (en) | Flapping wing airplane | |
| LT5212B (en) | Ornithopter-glider driven by muscular force | |
| Sai et al. | Design, fabrication and testing of flapping wing micro air vehicle | |
| CN103231804A (en) | Wing framework of imitation pterosaur flapping-wing aircraft | |
| Ma et al. | Design and analysis of a bat-like active morphing wing mechanism | |
| RU2298509C2 (en) | Flapping wings with cyclic twisting and bank control | |
| CN116654254B (en) | Ornithopter capable of self-adaptively taking wind | |
| Kong et al. | Mechanism design and kinematics analysis of a bat robot | |
| Kulfan et al. | Biomimetics and flying technology | |
| RU2655582C1 (en) | Ornithopter | |
| Iwao et al. | Synthesis of Drive Systems of Flapping and Feathering Motions for Bird-like Robot using Twist Drive Mechanism | |
| Parker et al. | Wing and gliding dynamics of a flapping winged ornithopter | |
| US20220380038A1 (en) | Armwing structures for aerial robots | |
| Matta | Toward Efficient Bio-Inspired Propulsion: The Effect of Propulsor Shape and Kinematics on System Performance and Efficiency during Bio-inspired Locomotion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120708 |