Рассылка закрыта
При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.
Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.
Технические фантазии в реальном воплощении # 41
Код tech.tft
Выпуск No 41
Воздухоплавание и спорт
Автор и ведущий Cesiy
Сезон парашютирования
Динамический парашют
без активного участия парашютиста,
с изящной аэродинамикой.
Парашюты как одно из самых интересных изобретений природы.
Трехкоординатное автоматическое управление.
1.
Посмотрите сразу на этотрисунок
в
увеличенном масштабе! Узнаете?!
Вот для этого и строился "их" парашют, вобрав в себя многие (если не все) законы и принципы природы. Если посмотреть внимательно (можно это попробовать), обнаруживаются самые интересные вещи - и они у нас рядом, перед глазами.
Это род динамического парашюта, хотя, если есть вращение и динамика, это уже не парашют, а парашют-вертолет. Не в этом главная суть.
Она, эта интересная суть и следующий факт в том, что относительно тяжелое семечко успешно планирует на прикрепленном к нему легком крыле. Взяв его в руки и бросив вниз (можно и вверх!), Вы увидите, что эта система мгновенно горизонтируется, начинает вращаться и почти повисает в воздухе. Делайте это сотни раз (самое начало эксперимента - и сразу успешное!), будет один и тот же эффект: система принимает почти горизонтальное положение, начинает вращение и происходит очень медленный спуск. Или идёт подъем, если есть запасенный (наведенный) импульс вверх. Вверх парашют-вертолет идет тоже в принятом сразу и автоматически образованном горизонтированном виде.
Замечательно ещё одно - вращение не только сразу получается быстрым, устойчивым и полнооборотным, но идет вокруг какой-то мнимой оси. Можно, вероятно, на эту тему поговорить отдельно и подробнее.
Появляется много вопросов. Например, почему крыло получает вращение? Или, например, почему оно сразу переходит в плоскость, близкую к горизонтальной? Или, почему оно вместе с собой поворачивает, подтягивает семечко в эту же плоскость? Почему принят закон полета "на одном крыле!? Зачем здесь использовано вращение? То же самое идёт у более мелких зернышек еловых шишек. Может быть, всё-таки тяжело и надо при этом использовать возможности крыла в воздухе?
В самом лучшем и экономном режиме ротации (вращения). Кто всё это придумал? Крыло долго и искусно выращивается, в нужных формах и размерах, но используется очень короткое время, - когда детеныш выращен и надо его пускать в первое самостоятельное странствие по дикой природе.
Разглядывая его со всех сторон, трудно понять, как такая пассивная система в самый критический момент вводится в самый активный безотказный аэрорежим. Происходит вращательное планирование, идет оно с весьма малой вертикальной скоростью, горизонтальная скорость создается силой ветра, но и отрыв семечка от дерева происходит тогда, когда на него подействует ветровой импульс. Причем, этот отрыв происходит обязательно от выращенной симметричной пары, чтобы лететь с одним крылом - иначе полет не удасться.
Распремляем пальцами чуть-чуть плоскость крыла и затем подбрасываем его в воздухе. Оно камнем падает вниз - никакого эффекта вращения и планирования. Делаем на крыле маленький закрылок - оно вновь начинает работать. Станно, но порой без закрылка оно летит ещё лучше. Не требуется никакого механизма. Мгновенно образуется подъемная сила, не нужно никакой балансировки - она возникает и сохраняется автоматически - масса и радиус вращения семечка не мешают,
а помогают крылу, более того, действие силы крыла не приложено в центре масс - и ничего плохого не присходит, все в порядке.
Центробежная сила крыла чем-то компенсируется (в вертолетах для этого ставят противолопасть). В вертолетах винт сидит на шарнирно закрепленном валу с явной осью вращения - всегда остается недобалансированность, со временем увеличивающаяся. И лопасти винта вертолета сделаны по-другому. Кроме того, там нужна достаточно большая угловая скорость вращения (при этом КПД и экономичность винта ухудшаются).Есть ли вообще там экономичность?
В природном динамическом парашют-вертолете нет неэкономичных режимов, почти 100%-ная готовность к работе и такая же надежность. Почему не на это не обратить внимание!?
Конструкция однолопастного природного винта совсем другая. Кто помог его изобрести?!
Сразу видна несимметричность: передний край крыла (по направлению вращения) жестко сидит на семечке, консольный, более утолщенный и прочный, нет компенсаторов центробежной силы, по потоку от него идет ряд стрингеров, тоже консольных, между которыми находятся тонкие прозрачные перепонки. Задняя кромка крыла очень тонкая. Самая лучшая конструкция! И никакого сверхзвука в воздухе - наоборот, так тихо, что слышен одобрительный шопот матери-дерева, которое сконструтровало такое крыло (и снабдило им своих детёнышей).
Перед нами чудо-дерево, и оно не в переносном, а в прямом смысле слова, выращивает летательный аппарат. Он скомпонован так, что вобрал в себя и отвечает всем принципам и законам механики, физики, аэродинамики, гироскопов, обладает особой экономичной конструкцией, созданной по какой-то программе, очень и очень верной, надежной, которая обеспечивает получение, сохранение и продолжение существования такого рода жизни растений, и отвечает при этом главной цели - изготовлению, подготовке нового растительного жизненного этапа: созданию семян и запуску их в полет!
2.
Некоторое отступление, дополнение и относительное отвлечение. Может ли человек "без потери пульса" выдерживать несколько минут вращения? Если вспомнить испытания на центрифуге - может. Там он выдерживает перегрузки в 5 - 10 - 15 единиц ускорения силы тяжести. Критерием успешности являются эти единицы, а не вращение. Однако капсула ориентируется так, чтобы организм был бы наименее подвержен действию перегрузок.
Во вращательном режиме плоскость вращения относительно тела человека тоже имеет значение. Кажется, что наихудший вариант - это вращение вокруг продольной оси, когда голова определена вертикально. Вокруг других осей - легче. Были ли такие исследования? Были, но с другой целью: человека (во ВЛЭКе) сажают на стул, вращающийся вокруг вертикальной оси. Затем "смотрят", сможет ли он, сойдя со стула, удержаться на ногах, пройти по полу по прямой линии, не упасть - "наблюдатели" при этом оценивают его состояние (как на фигурном катании!). Так летчики и парашютисты проходят часть очередной медицинской комиссии, для определения их здоровья и пригодности к настоящим и будущим полетам.
У космотавтов отбор ещё хлеще. Надо сказать, что состояние после вращения (и во время) не ахти, противное, внутри и в голове что-то затуманенное. Хуже, чем после (и во время) приема чего-то алкогольного на голодный желудок. Тот, кто это проходит, может быть, говорит себе: цель оправдывает средства. Почему так происходит - известно.
Нужно заметить, что семечко, летящее из еловой шишки, вращается вместе с крылышком быстрее, чем более тяжелая система полета, выращенная для семян клена, приведенная на рисунке. Нужно вспомнить, что взмах крыльев синицы идёт гораздо чаще, чем у той же, но более тяжелой системы, принятой у вороны. Кажется естественным, что колебания более тяжелых масс (в разных случаях) происходят с меньшей частотой, чем масс более легких. Эту закономерность можно определить аналитически, она и действует изначально в природе (как-то так сложилось, и наилучшим образом, и кажется бесспорным и естественным). Пусть так!
3.
Она определится при заданных условиях автоматически: применив малое крыло, получим значительную скорость вращения, очень быстрый спуск и неприемлемую вертикальную составляющую; применив крыло соответственно массе, получим "норму" полета с парашютированием, и, возможно, самые оптимальные (и пригодные) величины ввода в действие, спуска, полета и приземления. Будет использован тот же природный автомат взаимодействия условий среды и параметров объекта.
Полет "на семечке", на одном крыле, в динамическом вращательном движении , как и в капсуле центрифуги, автоматически ориентируется в положение, когда направление оси вращения перпендикулярно продольной оси тела.
Однако не обязательно и здесь страдать, "как на стуле", - возможна схема без ввода человека во вращение .
Есть одно обстоятельство: спускаемая масса (и вес) объекта превосходят массу (и вес) семечка. Крыло должно соотвественно отражать и учитывать параметры объекта. Оно будет иметь значительный радиус и, возможно, шарнирное закрепление относительно объекта (или удерживающего узла). Однако, поскольку режим динамический, размеры и другие величины конструкции, могут быть уменьшены относительно статических принципов полета.
Если принять шарнирное закрепление относительно объекта, конструкция динамического парашюта становится сложнее. Поскольку, как будет определено ниже, природный парашют-вертолет и созданный полет "на семечке" имеют автоматические режимы установки сразу относительно трёх координатных осей с центром координат, расположенном в центре масс, в центре, лежащем также на оси вращения, там же помещается универсальный шарнир. Один из них известен - это кардановый. Может быть применен шаровой шарнир - без внутренней массы, с наружным контуром в виде шара. Известны и другие виды шарниров!, позволяющие осуществлять управление связанных с ними узлов относительно трёхмерного пространства.
Если учитывать все "пожелания" комфортности парашютирования, система становится сложнее. Как видно, природой негодный принцип усложнения отвергнут, принята единая, внешне очень простая система, однако, при этом созданы и сохранены все условия автоматического управления полетом. Очень интересная система управления. Учтено, что не должно быть применения ни явных шарниров, ни явных осей вращения, однако, их мнимые аналоги (чьи аналоги - ещё неизвестно!) в максимальной степени удовлетворяют сумме требований к полету и управлению им.
До сих пор неизвестно, как строить динамические парашюты, да ещё с изящной аэродинамикой. Однако факты, что они существуют, приведены. Нужно более подробно показать действующие силы и принятые принципы, чтобы подойти ближе к уяснению (и пониманию!) автоматической работы природного динамического парашюта-вертолета.
Сначала текстовое описание этого дела. Ранее были сопровождающие вопросы, теперь возможные ответы на них.
4.
Он представляется как единый процесс вращательного движения, планирования и спуска семечка, оторванного от точки его прикрепления на дереве. Много раз мы это видели. Летит и летит, кажется, так привычно, что ничего особенного. К тому же нет "привычных" отдельных частей, обеспечивающих полет: винт, фюжеляж, крыло, шасси, двигатель, система управления - как бы не на что смотреть, потому что всё работает слаженно, "незаметно" и в единой системе. Всё на виду - естественный полет, нет проблем.
Однако он состоит из очень многих (и интересных!) составляющих. Просто диву даешься. Начнем!
Нельзя пройти мимо небольшого введения. Мы - в аэродинамике, и хотим быть с ней дружными, поэтому вновь смотрим, что нас окружает, в частности, относительно, как говорится, динамики и статики. В самолете статические и динамические принципы разделены. Сравнивая с "семечком", видим несколько необычную схему: динамику ведут винты, а статику плоскость крыла - отсюда и соответствующие габариты: винт и крыло несоизмеримы.
У птиц два понятия механики совмещены в одном - применено машущее крыло, правда, фюжеляж остался.
В вертолете ещё хуже. Нет ни совмещенных, ни разделенных принципов - всё отдано динамике винта. Одному всё, другому - ничего.
В однокрыльевом семечке (в противовес самолету, вертолету и птицам) совмещение динамики и статики произведено в крыле! Чтобы так было, нужно его вырастить по соответствующим законам. И чтобы потом оно безотказно работало.
Здесь вновь некоторое отвлечение от механики и аэродинамики. Вопрос: чего ради прикреплять к семечку крыло? Пусть бы падало - нет, требуется отлететь подальше от матери, их вырастившей. Нужен полет (как и везде в аналогичных случаях). И ничего не придумаешь - приходится "возиться" с крылом: плохо не делаем - поэтому, может быть, по необходимости оно получается наилучшей конструкции.
Теперь, действительно, начнем!
- 1 - система полета "крыло-семечко" в горизонтированном положении, вращающееся вокруг оси Z,
- 2 - линия движения (окружность) верхней точки крыла,
- А - продольная ось летательной системы "крыло-семечко",
- Oxyz - точка начала воординат x-y-z, помещенная в центр масс системы,
- x - горизонтальная ось системы координат,
- y - горизонтальная ось системы координат, ортогональная оси x,
- z - вертикальная ось системы координат, ортогональная плоскости x-y,
- F1 - центробежная сила массы семечка, слева (условно) от оси z, оси вращения,
- F2 - центробежная сила массы крыла и семечка, справа (условно) от оси z, оси вращения,
- P2 - сила веса системы "крыло-семечко",
- P3 - сила противодействия силе P2,
- P1 - подъемная сила крыла,
- Mf - момент от сил F1 и F2,
- Mp - момент сопротивления вращению системы "крыло-семечко",
- Mg - момент гироскопический от воздействующих сил F и P.
Комментарии.
Относительно центра масс
(точка Oxyz) система "крыло-семечко" может совершать угловые эволюции
в трехмерном пространстве, в частности, вокруг осей x-y-z и оси
А.
Силы F1 и F2, поскольку
система создает некоторый конус вращения, не проходят через центр масс
и создают момент Mf.
Некоторая компенсация момента
Mf
производится моментом от подъемной силы крыла P1.
Вращение масс вокруг оси
z создает кинетический момент и гироскопический эффект.
Недокомпенсированный момент,
учитывая гироскопический эффект, приводит к появлению момента Mg.
Момент Mg, действуя
вокруг оси А, приводит к изменению угла атаки крыла, вследствие
чего изменяется подъемная сила крыла P1, изменяется плечо сил F1
и F2 - и система автоматически устанавливается в динамическое равновесное
состояние.
Изменение каких-либо
сил (F1, F2, P1, P2 или других, например, сил лобового сопротивления) приводит
к переходу системы в другое динамическое равновесное состояние. Такое впечатление,
что система не может существовать в полете без динамического равновесного
состояния и вводится в него автоматически. Она таким образом вводится во
вращение, в горизонтирование, в планирование и в отклик на изменение действующих
сил, их компенсацию.
Система автоматически
в соответствии с её конструктивными параметрами производит внутренний учет
и выбирает скорость вращения, конусность, угол атаки, вертикальную скорость
движения. Она также компенсирует изменение внешних аэродинамических факторов,
например, струй и порывов ветра, в любой момент откликаясь на это изменение
изменением угла атаки, скорости и сопряженных с ними величин. Работает
как чувствительный автомат перекоса, осуществляя такое же действие при
угловом повороте системы вокруг оси А.
Все эти оси представлены
на схеме, чтобы можно было вести и показывать действия поэтапно и, таким
образом, понятно - но на самом деле система "делает" полностью всё сразу,
в этом и есть её живой и полный автоматизм.
6.
Надо отметить один существенный принцип: в показанной природой и здесь конструкции нет разделения на узлы и составляющие части. Автоматически работает вся система сразу. Поэтому изготовление и испытание макета не представляет техничесикх трудностей. Вариантов выполнения очень много, здесь они не рассматриваются.
Попытка поставить на объект второе компенсирующее крыло, говорит о непонимании указанных выше принципов. К тому же самому можно отнести выполнение формы объекта в виде шара или в виде других форм, имеющих в плоскости y-z значительную величину.
Для испытания макетного варианта динамического парашюта и его доводки нет необходимости производить их, поднимая объект на определенную высоту. Достаточно лишь его наземное катапультирование вверх. В этом случае и при правильном выборе конструктивных параметров он должен входить в режим еще при вертикальном подъеме.
7.
Их применение и конструктивно-кинематическое выражение находится в прямой связи с фантазией конструктора. Достаточно заманчива схема, в которой парашютист находится в обычной подвесной парашютной системе, а с системой "крыло-объект" он соединен несколькими стропами. Стропы имеют узел разгружающий его от всех эволюций системы.
Получается, что система "крыло-объект" работает сама по себе, отдельно от парашютиста, а он, удерживаясь на ней, использует её как динамический парашют.
Однако работа крыла в любом случае (как ни странно) требует наличие массы соединенного с ней объекта. Может произойти нерациональное увеличение веса системы. Кроме того, она начинает тяготеть уже к некоторому виду летательного аппарата.
Введение в систему шарнирных узлов приводит к её усложнению, снижению надежности, и требует внимания и осторожности в подходах при конструировании. Особое значение имеет выбор как кинематической схемы шарнира, так и создание всей принципиальной схемы, учитывая изложенные принципы. Во всяком случае вид динамического парашюта или летательного аппарата отличных от природной схемы (хотя и с использованием общего найденного принципа) не создают уже того приоритета, который был определен ранее.
8.
Ведущий и автор Cesiy Архив Рассылки
| http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru |
Отписаться
Убрать рекламу |
| В избранное | ||
