Праектаванне беспілотнікаў

Якія сілы ўплываюць на палёт?

Ёсць чатыры сілы, якія ўплываюць на палёт: вага, пад'ём, цяга і цяга. Пры праектаванні і стварэнні планера або самалёта трэба ўлічваць усе чатыры сілы. У палёце кожная сіла мае супрацьлеглую сілу, якая дзейнічае супраць яе.

Усё мае вагу, які з'яўляецца вынікам гравітацыйных сіл. Матэрыялы, абраныя для канструкцыі планёра, будуць мець такую ​​вагу, якую трэба будзе кампенсаваць "Ліфт" для палёту.

Ліфт - гэта аэрадынамічная сіла, якая дапамагае супрацьстаяць вазе. Чым цяжэйшы аб'ект, тым цяжэй пад'ёмніку працаваць супраць яго і дасягнуць палёту. Але рух наперад (хуткасць) або штуршок паветранага судна разам з формай самалёта і яго частак, асабліва яго крылаў, усё ўплывае на тое, наколькі моцнай будзе сіла ўздыму! Многія крылы маюць выгнутую форму зверху і больш плоскія знізу, таму паветра рухаецца хутчэй. Калі паветра рухаецца хутчэй, ціск паветра зніжаецца. Калі ціск на верхнюю частку крыла ніжэйшы за ціск на ніжнюю частку крыла, розніца ў ціску дапамагае падняць крыло ў паветра.

Апошняя з чатырох сіл, якія ўздзейнічаюць на палёт, - гэта супраціў…. І гэтая сіла працуе, каб запаволіць планер або самалёт. Перацягванне - гэта сіла, якая дзейнічае супрацьлегла адносна руху любога аб'екта, які рухаецца адносна навакольнага паветра (або вады!). Напрыклад, перацягванне дзейнічае насупраць кірунку руху аб'екта, напрыклад аўтамабіля, ровара, самалёта, планёра або корпуса лодкі. На гэта ўплывае форма і выбар матэрыялу самалёта або лодкі, а таксама іншыя фактары, у тым ліку вільготнасць паветра. На гэта таксама ўплывае цяга ці хуткасць самалёта ... чым большая цяга, тым большы супраціў.

У выпадку планёра, які будзе пабудаваны ў рамках гэтага ўрока ... цяга ствараецца чалавекам, які будзе штурхаць ваш самалёт па паветры падчас выпрабаванняў! Для маторнага самалёта рухавік забяспечвае рухавік і сілу рухацца па паветры. У самалёта можа быць некалькі рухавікоў для стварэння цягі, а канструкцыя рухавіка таксама ўплывае на тое, як рухаецца навакольнае паветра, што ў сваю чаргу ўплывае на цягу і супраціў.

Усе сілы, якія ўплываюць на палёт, узаемазвязаны. Тое, як ляціць самалёт, залежыць ад сілы і кірунку ўсіх чатырох сіл! Калі ўсе ў раўнавазе, плоскасць будзе рухацца з пастаяннай хуткасцю. Калі ёсць нейкія дысбалансы, самалёт будзе рухацца ў напрамку гэтай сілы ... напрыклад, калі вага пераадольвае сілу, самалёт будзе рухацца ўніз.

Самалёт падымаецца ўверх, калі сілы ўздыму і цягі мацнейшыя за гравітацыю і супраціў. Калі гравітацыя і супраціў мацнейшыя за ўздым і цягу, самалёт апускаецца ўніз.

Гісторыя верталётаў

Як ляціць верталёт?

Верталёт - гэта тып паветранага судна, у якім сілы "ўздыму" і "цягі" падаюцца ротарамі. Верталёт можа ўзлятаць і прызямляцца вертыкальна, лунаць і лётаць у любым кірунку. Слова «верталёт» паходзіць ад французскага слова «helicoptère». Самыя першыя спасылкі на вертыкальны палёт прыйшлі з Кітая. Яшчэ ў 400 годзе да нашай эры дзеці ў Кітаі гулялі з бамбукавымі лятучымі цацкамі, у якіх палка прымацаваная да лятаючага ротара.

Леанарда і ранняе развіццё

У 1480 -х гадах Леанарда да Вінчы стварыў дызайн машыны, якую можна ахарактарызаваць як «паветраны шруба». Паведамляецца, што ён пачаў рабіць невялікія лятучыя мадэлі.

У 1878 годзе італьянец Энрыка Форланіні прадэманстраваў беспілотны аўтамабіль з рухавіком паравой машыны, які падняўся на вышыню 12 метраў (40 футаў), дзе ён рухаўся каля 20 секунд пасля вертыкальнага ўзлёту. Ян Багіл, славацкі вынаходнік, адаптаваў рухавік унутранага згарання для харчавання сваёй мадэлі верталёта, вышыня якой дасягнула вышыні 0.5 метра ў 1.6 годзе. Многія людзі з усяго свету распрацавалі канструкцыі верталётаў ... ведаю сёння!

Ранні крылаты палёт ротара меў збоі, у першую чаргу звязаныя з незбалансаваным рухам качэння, якое ўзнікае пры спробе ўзлёту, з-за асіметрыі ўздыму паміж наступаючымі і адступаючымі лопасцямі. Гэтая сур'ёзная цяжкасць была вырашана шляхам увядзення Хуан дэ ла Сіерва маятнікавай завесы. У 1923 годзе ў Іспаніі ляцеў першы паспяховы аўтажыр дэ ла Сіервы. Калі аўтажыры дэ ля Сіервы дасягнулі поспеху і прызнання, за імі пачалі ісці і іншыя, а разам з імі інавацыі.

Камерцыйны поспех

Ігар Сікорскі быў піянерам авіяцыі Расіі і ЗША ў верталётах і самалётах з нерухомым крылом. У 1939 годзе Сікорскі спраектаваў і кіраваў Vought-Sikorsky VS-300, першым жыццяздольным амерыканскім верталётам, які стаў піянерам канфігурацыі падвойнага ротара, які выкарыстоўваецца большасцю верталётаў сёння. Сікорскі змяніў канструкцыю на Сікорскі Р-4, які стаў першым у свеце верталётам серыйнай вытворчасці ў 1942 годзе.

Эфект крутоўнага моманту

Эфект крутоўнага моманту з'яўляецца прыкладам трэцяга закона руху Ісаака Ньютана, што "на кожнае дзеянне існуе роўная і супрацьлеглая рэакцыя". З адным верталётам з асноўным ротарам корпус верталёта мае тэндэнцыю паварочвацца ў процілеглы бок руху ротара. Гэта зрабіла б непрыемнае падарожжа! Такім чынам, большасць верталётаў маюць меншы ротар у хвасце, які забяспечвае сустрэчнае рух і захоўвае корпус верталёта ўстойлівым. Гэта прыклад эфекту крутоўнага моманту. Для забеспячэння балансу ў беспілотніка звычайна ёсць чатыры ротара.

Верталёты і беспілотнікі

Як ляціць верталёт?

Для таго, каб лётаць, аб'ект павінен мець "пад'ёмнік". Самалёты паднімаюцца з крылаў, а матэрыял і форма маюць значэнне. Верталёт выкарыстоўвае лопасці або ротары (якія сапраўды круцяцца крылы), якія дапамагаюць верталёту падымацца з зямлі. І калі рухавік спыняецца на верталёце, ротар павінен працягваць круціцца, што дазваляе пілоту прызямляцца павольна, звычайна без збояў.

Выкарыстанне верталёта

Верталёты могуць забяспечыць доступ да месцаў, куды нельга дабрацца ў самалёце. Паколькі яны могуць рухацца прама ўверх і ўніз, ім не патрабуецца ўзлётна -пасадачная паласа. Таксама верталёты могуць лётаць назад і ўбок, а таксама лунаць у адным месцы, не рухаючыся. Дзякуючы такой лятальнай гнуткасці, верталёт можа служыць у якасці лятаючай машыны хуткай дапамогі, каб хутка выратаваць людзей або жывёл з раёнаў, да якіх цяжка дабрацца любым іншым спосабам. Верталёты таксама часта выкарыстоўваюцца для справаздач аб дарожным руху і надвор'і. Яны могуць падымаць мноства цяжкіх прадметаў і пераносіць ваду ці іншыя матэрыялы, каб дапамагчы з аддаленым агнём. Некаторыя верталёты, якія перавозяць надзвычай цяжкія грузы, маюць два вялікія ротары замест аднаго вялікага і малога.

Што такое беспілотны лятальны апарат або беспілотнік?

Беспілотны лятальны апарат (БПЛА) або беспілотнік - гэта самалёт, на борце якога няма чалавека -пілота. У іх ёсць сістэма сувязі з наземным кантролерам або ў некаторых выпадках бартавым кампутарам. БПЛА зарадзіліся з ваеннымі мэтамі, але цяпер яны таксама выкарыстоўваюцца для аховы правапарадку, назірання, аэрафотаздымкі і для забавы! Нядаўна Amazon пачаў пастаўляць невялікія пакеты праз беспілотнікі! Глядзіце першую дастаўку (снежань 2016 г.) на www.youtube.com/watch?v=vNySOrI2Ny8.

Інжынерныя змены

Інжынеры часта імкнуцца палепшыць канструкцыі і будуць правяраць мноства варыянтаў, каб даведацца, што працуе. Нядаўна НАСА шукала спосаб зрабіць верталёты больш бясшумнымі і выпрабавала новую сістэму ў аэрадроме.

Правілы аб беспілотніках

Уладальнікі БЛС павінны ведаць мясцовыя і міжнародныя правілы і рэкамендацыі. Федэральная авіяцыйная адміністрацыя ЗША (FAA) класіфікуе БЛА або беспілотнікі на тры тыпы: дзяржаўныя (дзяржаўныя), грамадзянскія (недзяржаўныя) і мадэлі самалётаў (хобі). Некаторыя з правілаў прадугледжваюць утрыманне беспілотнікаў па меншай меры ў пяці мілях ад аэрапортаў і ніколі не лятаць вышэй за 400 футаў. У ЗША рэгістрацыя беспілотнікаў стала абавязковай. Факты і правілы беспілотнікаў FAA даступныя на www.faa.gov/uas.

Інжынерная праца ў камандзе і планаванне

Вы - каманда інжынераў, перад якой стаіць задача стварыць ротар з простых матэрыялаў, які падае як мага павольней. Вы можаце выкарыстоўваць любыя матэрыялы, якія вам прадастаўляюцца, і спачатку папрацуеце ў камандзе, каб разгледзець узор шаблону і распрацаваць уласны дызайн ротара.

Фаза планавання і праектавання

Абавязкова прачытайце рэзюмэ пра сілы, якія ўплываюць на палёт.

Ваша каманда атрымала набор матэрыялаў і асноўны шаблон для ротара. Вы можаце пабудаваць свой ротар з дапамогай гэтага шаблону або паспрабаваць варыянты.

Паколькі ваш ротар не мае рухавіка, у яго ёсць толькі адна крыніца ўздыму, таму ён можа злятаць толькі пры падзенні з вышыні. Але ваш дызайн можа паўплываць на тое, як павольна ён падае…

Каб паспрабаваць асноўны шаблон, выражыце ўздоўж суцэльных ліній і складзеце ўздоўж пункцірных. Пераканайцеся, што лопасці крыла складзены ў процілеглыя бакі. Узважванне або складанне дна дапаможа забяспечыць канструкцыйную падтрымку і апусціць цэнтр цяжару вашага коптара. Вы можаце даследаваць іншыя мадыфікацыі!

Ваш настаўнік прапануе цэлы шэраг вагаў і тыпаў матэрыялаў - ад паперы да кардону да лістоў з пенапласту. Вы таксама можаце дадаць іншыя прадметы.

Як група вырашыць канструкцыю вашага ротара і намаляваць просты план у поле ніжэй. Таксама ўключыце спіс матэрыялаў, якія вы абралі для будаўніцтва. Затым намалюйце поўнапамерны шаблон вашых дэталяў, які можна выкарыстоўваць для выразання і стварэння вашага сапраўднага ротара.

Этап будаўніцтва

Збярыце матэрыялы, перагледзьце план і пабудуйце свой ротар. Ваша каманда можа пры неабходнасці змяніць свой дызайн на этапе будаўніцтва, каб палепшыць канчатковы вынік. Затым адкажыце на наступныя пытанні:

1) Наколькі ваш канчатковы ротар быў падобны на ваш арыгінальны шаблон дызайну?

2) Калі вы выявілі, што вам трэба ўнесці змены на этапе будаўніцтва, апішыце, чаму ваша каманда вырашыла ўнесці змены.

3) Як вы думаеце, чаму рухавік з круцільным ротарам запавольвае падзенне паперы і выклікае ўздым?

4) Вы палічылі неабходным дадаць дадатковыя матэрыялы падчас будаўніцтва? Што вы дадалі і чаму?

5) Як вы лічыце, ці часта інжынеры мяняюць свае першапачатковыя планы на этапе распрацоўкі? Як вы думаеце, як гэта можа паўплываць на запланаваны праектны ці вытворчы бюджэт?

6) Як вы вызначыліся з формай частак ротара? Як вы лічылі, што форма кожнай часткі можа дапамагчы вашаму ротару лятаць даўжэй?

Фаза лётнага выпрабавання

Ваш настаўнік будзе правяраць кожны ротар тры разы, каб захаваць паслядоўнасць у вымярэнні часу, неабходнага для дасягнення падлогі. Для параўнання, скамячце паперку ​​такой жа таўшчыні, якую вы выкарыстоўвалі для будаўніцтва, і паглядзіце, колькі часу спадзе! Для вашага ротара пакажыце колькасць часу, якое спатрэбілася кожнаму выпрабаванню, каб дасягнуць падлогі.

Ацэнка

Запоўніце пытанні ацэнкі ніжэй:

1) Які аспект (ы) канструкцыі прывёў да поспеху ротара, які ляцеў даўжэй за ўсё?

2) Апішыце адну частку вашага дызайну, якая, на вашу думку, працавала лепш за ўсё.

3) Калі б у вас была магчымасць паўтарыць гэты праект, што б ваша каманда зрабіла інакш?

4) Калі б вы маглі выбраць некаторыя будаўнічыя матэрыялы, якія вам не былі даступныя, што б вы абралі? Чаму?

5) Як вы думаеце, гэты праект працаваў лепш, таму што вы былі часткай каманды, ці вы маглі б зрабіць працу лепш у адзіночку?

6) Вы думаеце, што інжынеры працуюць у адзіночку ці ў камандзе, калі яны распрацоўваюць новыя матэрыялы, працэсы або вырабы?

7) Калі б ваша канструкцыя ротара была павялічана да памеру, неабходнага для верталёта, як вы думаеце, гэта спрацавала б?

8) З якіх матэрыялаў вы б зрабілі поўнамаштабны ротар верталёта? Чаму?