Из кладовки
Много лет назад пробовал сделать и запустить игрушку с импеллером, но в силу разных причин, в том числе и не решённых на тот момент технических проблем проект тихо умер.
Несмотря на то, что шагнули далеко вперёд и на другой уровень, результаты и мысли остались, чем и хочу поделиться. Вдруг кому то будет интересно или пригодится.
Тему начал в курилке, поскольку лезть в импеллеры и отвлекать от важных дел не хотелось.
Начну с книги www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_1779712#277, где тема очень подробно описана с результатами испытаний. На тот момент программ, позволяющих провести моделирование и рассчитать не было, поэтому практически все цифры получены на весах для чего был специально построен самолёт Фотон.
topwar.ru/21577-eksperimentalnyy-samolet-foton.htm…
Книга попалась на глаза значительно позже проведённых работ, поэтому было много лишних телодвижений.
Ну, по порядку.
Итак я решил построить игрушку на эффекте Коанда.
Первоначально для продувки было взято крыло с хордой 100 мм. Продувка двухмерная, поэтому для простоты буду переводить в кг/м2.
Методом подбора размера эжектора и мощности струи исходящего газа были выбраны следующие размеры и параметры: толщина щели эжектора 0.8 мм, скорость потока порядка 125 м/сек, расход исходящего газа на 10 мм длины эжектора 1 литр/ сек.
Меньшая скорость потока не давала ощутимого результата в статике из-за быстрой потери скорости в результате захвата и торможения от окружающего воздуха. В общем то нормальная ситуация для эжекции!
Результат в статике 12 кг/м2
Размещение эжектора со стороны закрылка с выдувом на носик крыла на подъёмную силу в статике значительно не повлиял, так же как и изменение профиля. Замечу, что данные результаты получены без регулирования положения закрылка или угла атаки крыла. В этом случае подъёмная сила увеличилась бы за счёт отбрасываемой массы.
По тех причинам, качество только такое.
При встречном потоке со скоростью 10 м/сек и изменении (увеличении) угла атаки с 0*до 45 *, подъёмная сила увеличилась до 60 кг/м2, без срыва потока по всей площади крыла с хордой 100 мм.
Все выглядело очень симпатично и мы решили увеличить размер крыла до 400 мм по хорде. Так же увеличили и размер эжектора в 4 раза, до 3.2 мм сохранив скорость исходящего потока.
И тут, о чудо или опа! Подъемная сила увеличилась, не дотянув до 15 кг/м2, вместо как бы ожидаемых в четыре раза больше-45, 48 кг/м2. Все оказалось очень просто, исходящий поток работал небольшой отрезок площади, а дальше из-за торможения и потери скорости терял свою эффективность. Т.е. чтобы получить достойный результат, крыло нужно помещать во встречный поток, что уменьшило бы разницу скоростей из щели инжектора и набегающего потока, и увеличило площадь эффективной работы инжектора.
Поскольку игрушка планировалась как замена вертолёту без использования винтов, стали искать решение как уменьшить дельту начальной скорости струи из эжектора и окружающего воздуха с нулевой скоростью в статике.
Первой идеей было расположить несколько ( от 2 до 5) крыльев последовательно, друг за другом под небольшим углом относительно предыдущего, увеличивая от второго к последнему. Но от этой идеи отказались, поскольку длина крыла ограничена размером внутреннего сечения, являющегося воздуховодом и такая конструкция достаточна тяжела из-за количества крыльев.
Первой идеей было расположить несколько ( от 2 до 5) крыльев последовательно, друг за другом под небольшим углом относительно предыдущего, увеличивая от второго к последнему. Но от этой идеи отказались, поскольку длина крыла ограничена размером внутреннего сечения, являющегося воздуховодом и такая конструкция достаточна тяжела из-за количества крыльев.
Другое решение оказалось более приемлемым. Мы расположили на плоскости несколько эжекторов параллельно друг друга на определенном расстоянии. В этом случае струя эжектируемого воздуха из первой щели доходила до следующей с небольшой потерей в скорости и создавала минимальную дельту со скоростью потока из второго эжектора. Так же обстояло и с работой 2-3 эжектора.
Поскольку мы выбрали форму в виде тарелочки НЛО, то в центре верхней части недалёко от первого эжектора расположили воздуховод для забора воздуха. И в нашем случае скорость окружающего воздуха была не нулевой, а отрицательной, за счёт втягивания в корпус воздуха, что увеличило эффективность первого эжектора.
Интересным моментом оказались зоны в местах выхода потоков из эжекторов в точке совмещения с набегающим потоком от предыдущего инжектора. В этих местах по всей длине эжекторов, кольцами на поверхности корпуса образовались вихри и зоны пониженного давления.
По модели: расчет производился на модели диаметром 1 м, подъёмная сила в статике при размере щели эжектора 0.8 мм и расходе 1 литр воздуха на 10 мм длины эжектора порядка 30 кг.
Готовой модели не было, поскольку она уже при моделировании отличалась крайней неустойчивостью. И решения на тот момент не нашлось. На сегодня решения качественного управления аппаратом с использованием механизации я для себя не нашёл. Расчеты проводили специалисты, работавшие в то время над супер джетом сухого и за которыми были обнаружены некоторые косяки в расчетах. Поэтому допускаю разбег по результату и не летаю на сухих 😃.
Первой идеей было расположить несколько ( от 2 до 5) крыльев последовательно, друг за другом под небольшим углом относительно предыдущего, увеличивая от второго к последнему. Но от этой идеи отказались, поскольку длина крыла ограничена размером внутреннего сечения, являющегося воздуховодом и такая конструкция достаточна тяжела из-за количества крыльев.
Первой идеей было расположить несколько ( от 2 до 5) крыльев последовательно, друг за другом под небольшим углом относительно предыдущего, увеличивая от второго к последнему. Но от этой идеи отказались, поскольку длина крыла ограничена размером внутреннего сечения, являющегося воздуховодом и такая конструкция достаточна тяжела из-за количества крыльев.
Другое решение оказалось более приемлемым. Мы расположили на плоскости несколько эжекторов параллельно друг друга на определенном расстоянии. В этом случае струя эжектируемого воздуха из первой щели доходила до следующей с небольшой потерей в скорости и создавала минимальную дельту со скоростью потока из второго эжектора. Так же обстояло и с работой 2-3 эжектора.
Поскольку мы выбрали форму в виде тарелочки НЛО, то в центре верхней части недалёко от первого эжектора расположили воздуховод для забора воздуха. И в нашем случае скорость окружающего воздуха была не нулевой, а отрицательной, за счёт втягивания в корпус воздуха, что увеличило эффективность первого эжектора.
Интересным моментом оказались зоны в местах выхода потоков из эжекторов в точке совмещения с набегающим потоком от предыдущего инжектора. В этих местах по всей длине эжекторов, кольцами на поверхности корпуса образовались вихри и зоны пониженного давления.
По модели: расчет производился на модели диаметром 1 м, подъёмная сила в статике при размере щели эжектора 0.8 мм и расходе 1 литр воздуха на 10 мм длины эжектора порядка 30 кг.
Готовой модели не было, поскольку она уже при моделировании отличалась крайней неустойчивостью. И решения на тот момент не нашлось. На сегодня решения качественного управления аппаратом с использованием механизации я для себя не нашёл. Расчеты проводили специалисты, работавшие в то время над супер джетом сухого и за которыми были обнаружены некоторые косяки в расчетах. Поэтому допускаю разбег по результату и не летаю на сухих 😃.
Кроме этого нужно учитывать качество исполнения эжекторов. На данный момент решения и требования к качеству моделей заложенные программой в моделировании могут быть трудноисполнимыми в плане изготовления, что повлечёт ухудшение характеристик.
Например распечатка крыльев на 3 д принтере потребовала фиксации размера щели вот таким жёстким способом!
Ещё один важный момент. Работа проводилась по схеме: проект-продувка-правка-продувка. По последнему опыту работы, ПО само подсказывает оптимальные размеры и правит профили.
Вариант вставляемого в тело эжектора усложняет конструкцию.
Вариант наклеиваемого на поверхность эжектора считаю оптимальным, но на моем 3д принтере получить требуемое качество получилось не в полной мере.
Выводы:
-
Аппараты вертолётного типа.
Возможно “ромашка” и жизнеспособна, но учитывая оптимальный размер хорды крыла в среднем 100-120 мм с одним эжектором на крыло достичь приемлемых результатов можно при наличии платформы, позволяющей до взлёта набрать необходимое количество оборотов. Хотя при использовании вертолётного профиля типа 8H12 и подбора угла атаки возможно взлёт может происходить и в статике.
Так же недостатком является невозможность сделать крыло относительно длинным, поскольку в этом случае поток с крыла не будет достаточно качественно обдувать последующее крыло по всей длине.
Решением является использование большего по размеру крыла-лопасти с несколькими эжекторами, установленными параллельно или под небольшим углом. В этом случае высокая подъёмная сила в статике и полёте обеспечена как работой нескольких эжекторов на каждом крыле, так и скоростью набегающего потока от вращения.
Если поэкспериментировать, возможно и одновинтовой вариант подобного вертолета имеет право на жизнь. Ну тут у меня боюсь может закипеть. -
Аппарат " Тарелка"
Форма тарелки на самом деле не самая оптимальная в плане изготовления модели. Поэтому исходя из задач и технологических возможностей, ЛА можно проектировать в виде треугольника, пентаграммы да и просто тора. -
Аппарат самолётного типа.
При использовании СЛА самолётного типа с разнесенными плоскостями можно проектировать с коротким взлетом и посадкой или с вертикальным взлетом. Основным достоинством этой схемы является простое управление мощностью подъемной силы на каждой плоскости за счёт регулируемого объема сжатого газа и положения закрылков.
Если пофантазировать на тему серьёзных самолетов, то этот метод позволил бы управлять посадкой самолетов при критически малых скоростях полёта или потери управления.
Исходя из доклада в АСИ по дорожной карте Аэронет о развитии БАС, думаю это единственное тех решение, по достижению поставленных задач.
- Аппарат летающая платформа ( аэробайк, аэромобили, ковры самолеты 😃)
Все попытки сообразить летающий автомобиль, аэробайк и тд, как правило крутятся вокруг схемы квадрика. К сожалению при масштабировании этой схемы получить работающий вариант оооочень сложно. Если вообще возможно?! Как пример приведу аэробайк Атаманова( извини коллега). В его постройку вбухано уже много:) вечно зелёных, при том что и аппарат не летает как надо и зрелищ нет. По крайней мере при демонстрации попытки подлететь в Сколково, никому ничего не отрубило, хоть и не взлетело! Одним словом сложно это. Хотя надо отметить, что двигатели размером с кулак и весом в 3,5 кг развивают мощность до 30 с лишним кВт!!! Реально круто!
Причина-отсутствие автомата перекоса.
В нашем случае возможно мультиплицирование аэродинамических поверхностей в двух плоскостях. Те мы можем установить несколько крыльев по горизонтали и увеличить площадь разместив такое же количество по вертикали. В этом случае мы получаем подъёмную силу в два раза выше при той же площади.
Что касается управления, то регулировка подачи воздуха в плоскости и наличие регулируемых закрылков позволит достаточно качественно управлять аппаратом без автомата перекоса.
При условии ограниченного радиуса действия аппарата в пределах несколько сот метров можно разнести непосредственно ЛА с силовой установкой. В этом случае на аппарат подаётся или напряжение, либо сжатый воздух по шлангу.
Изначально рассматривался вариант изготовления готовой плоскости с инжектором, что достаточно трудоемко и сложно. В конечном варианте предпочтение было отдано следующей технологии. На готовое изделие крыла, тарелки или просто основы прикрепляется плоскость из пластика, ткани и тд с наклеенными эжекторами. Под давлением подаваемого воздуха в прослойке между корпусом и пластиком образуется пространство, выполняя роль воздуховода. В данном случае в качестве основы можно использовать любую жёсткую основу, в том числе и каркас, а избыточное давление внутри никак не влияет на оборудование или какие либо объекты внутри крыла. Этот вариант применим и к схеме " тарелка" и к схеме “крыло”.
Одним из вариантов изготовления модели рассматривался надувной вариант.
Ни то, ни сё!
Это не описание конкретной модели, это небольшой опыт и размышления. Но если кому то пригодится, буду рад.
Спасибо!
Тарелка с лопастями визуально выглядит интересной!
Тарелка с лопастями визуально выглядит интересной!
По идее и летать должна, по крайней мере визуально как цветок ромашки. Обороты незначительные.
Вертолёт с несущим фюзеляжем, однако! 😃
Вертолёт с несущим фюзеляжем…
Вертолёт с несущим фюзеляжем, однако! 😃
По опыту существующих образцов имеет много плюсов.
Основной-обзор на 180* в режиме реального времени.
Именно, замена кленового семени с винтом на много эжекторную лопасть позволит использовать 1 лопасть( см. выше) намного эффективнее. Но я до этого не созрел:)
Тоже такой травы полкармана хочу !
Тоже такой травы полкармана хочу !
С наркошами не общаюсь, извините, по урнам закладки не делаю!
Но вот если кому то реально будет интересно и будут вопросы, готов попросить в качестве консультанта высказаться своего знакомого. Он очень серьёзный и очень компетентный товарищ, и по моему мнению каждое его слово стоит многого (больше, чем тот же ЦАГИ или СУхой в нынешнем виде!).
Знаю, потому что как директор серьёзной фирмы, он бесплатно оказал профессиональную помощь для одного международного проекта, в который меня пригласили.
Моя задача не удивлять или выпендриваться перед вами, а поделиться.
Опытом!
Ой, прям как в песне “…над селом фигня летала низвестного металла …” 😃
На правой фото провода в руке чтобы гравицапу прикурить от автомобиля ? 😃
Насколько помню, подключив провода осуществлялось открытие-закрытие входа.
Значит да, прикуривать от авто.
Причём на крыше был вертикальный ветряк, я так понимаю для подзарядки аккумулятора.
Планировался как центр для детей.
А чего все упоминания в прошедшем времени?
Редко общаюсь, к сожалению.
В своё время были финансовые трудности с проектом, на какое то время останавливалось.
Как сейчас не знаю.
Ему предлагали сдать под придорожную забегаловку, отказался.
Хотя идея мне очень нравится.
еси изыскания продолжатся, то подписуюсь на тему, очень интересно!
В этой части мне уже не так интересно. Есть результат, технические решения.
Опыт дал возможность разработать уникальные вещи, мне так кажется.
Чуть позже хочу провести интересные опыты, опять же с применениям к ЛА.
Товарищ я не спешный, по этому отпишусь только по факту, если будет о чём.
Упоминал, но свеженькое.
zen.yandex.ru/…/na-chem-my-budem-letat-v-blijaishe…
Уточнение, деньги дал Аэронет (АСИ), поэтому проект был не коммерческий( когда то и для кого то)
Вероятность запуска в данном виде около 0%, поскольку об автомате перекоса никто из авторов проекта и спонсоров ничего не знают. Команда состоит не из инженеров, а из программистов которые силой воли и ИИ должны победить законы аэродинамики.
в данном виде около 0%, поскольку об автомате перекоса никто из авторов проекта и спонсоров ничего не
Какой к чертям автомат перекоса у мультикоптера?
Мультикоптеры, в том числе с людями на борту, отлично летают. Даже у любителей из гаражей. Проблема лишь одна: батарейки всё еще фиговые по ёмкости на единицу веса, чтобы говорить о полноценном коммерческом применении.
Какой к чертям автомат перекоса у мультикоптера?
Я не утверждал, что на квадриках стоят авт перекоса. Я утверждал, что ребята не знают причин и решение проблем устойчивости квадриков при масштабировании в большую сторону. Попытка решить эту задачу работой программистов результата не даст. Понимание работы авт перекоса позволяет найти ещё способы решения этой проблемы, в том числе и из того что уже есть.
К этому пришли Израильские разработчики, после многих лет неудач. Израильский летающий автомобиль делает успехи
Что и скажется на цене.Если есть летающие подобные аппараты(а заявлено таких море) с удовольствием посмотрю.
Мультикоптеры, в том числе с людями на борту, отлично летают. Даже у любителей из гаражей. Проблема лишь одна: батарейки всё еще фиговые по ёмкости на единицу веса, чтобы говорить о полноценном коммерческом применении.
Мультикоптеры летают. Может так точнее.
На видео у мульта движков 40?
Основное достоинство маленького движка и винта-моментальная реакция на управление, вплоть до остановки или реверса. Плюс определенная простота. Примерно так
Основной минус, низкий КПД винта небольшого размера.
Чем больше размер винта, тем выше его эффективность. У вертолета этот показатель очень высокий, но менять даже у метрового винта моментально обороты для такого управления физически невозможно.
Да, батареи оставляют желать лучшего, но сознательно снижать КПД движителя на 25-30%, не поможет решить и использование ДВС.
Ещё раз повторюсь. Квадрики не масштабируются до грузоподъемности взрослого человека. По крайней мере в том виде, как это пытаются сделать. У мультиков свои проблемы и относительная простота на определенном этапе перестаёт иметь преимущества.
…Чем больше размер винта, тем выше его эффективность. У вертолета этот показатель очень высокий, но менять даже у метрового винта моментально обороты для такого управления физически невозможно…
а как-же тогда управляют полетом верта 700-го класса, если “…менять даже у метрового винта моментально обороты для такого управления физически невозможно…” ? … может не оборотами на человеконесущих квадрах рулить нужно, а хотя-бы шагом (если автомат перекоса слишком сложен/дорог) ? кста- видел как-то видео с такой системой управления на коптере, маневренность- нереальная.
П.С. в 2014-м всерьёз задумывался о квадре из 4-х “голов” от 325-го минититана- благо они были дешевы на “барахолке” (по идее должна была получиться сверх маневренная “чума”), но грянул кризис и …
Давайте на примере птичек, так будет проще.
Колибри маленькие-80-100 взмахов в сек
Колибри большие-около 10взмахов в сек
Представить такие "обороты"например у вороны очень сложно.
Это к сравнению квадрика с винтом и верта с лопастью и авт перекоса.
Управление шагом увеличивает манёвренность, потому, что частично выполняет роль авт перекоса.
Никто не спорит, что это один из выходов уже существующих в природе, хотя первоначально был использован для управления квадриков от одного ДВС.
Если вспомнить с чего начался разговор, то я сказал что у ребят нет знаний об авт перекоса, поэтому у них проблема в решении вопроса. Уточню, у них нет и управления шагом.
Но и этот вариант не идеальный, достаточно квадрик на вес человека установить хотя бы на 10-15 гр к горизонту, для предотвращения скатывания в сторону, с “Горки” придётся пожертвовать высотой с учётом инертности.
Конечно цена и надёжность так же меняются не в лучшую сторону.
Ещё раз повторюсь. Квадрики не масштабируются до грузоподъемности взрослого человека. По крайней мере в том виде, как это пытаются сде…
Вы не правы: на данный момент представленно уже множество летающих проектов пилотируемых мульикоптеров, которые показывают, что всё превосходно масштабируется. Относительно маленькх коптеров порча показателей обусловленна только наличием бесполезного груза из мяса, который составляет значительную часть веса у многих самоделок. Но если увеличить соотношение веса ЛА и веса человека до значительной величины (уменьшить процент человека на борту) - то получатся теже самые 20-40 минут полёта, что у маленьких коптерах на батарейках. Этот показатель обусловлен плохой энергоёмкостью батарей, но не аэродинамикой.
Относительно маленькх коптеров порча показателей обусловленна только наличием бесполезного груза из мяса, который составляет значительную часть веса у многих самоделок. Но если увеличить соотношение веса ЛА и веса человека до значительной величины (уменьшить процент человека на борту) -
Давайте цифрами?!
Когда вес человека не более ~10% от веса ЛА. Но я не знаю таких электрических мультикоптеров, хотя возможно какой-нибудь volocopter (или как он там называется?) близок к этому показателю. Рассматривая лишь те аппараты, которые реально летали, пусть даже в виде одного прототипа.