Самые простые летательные аппараты
Сейчас национальные Правила использования воздушного пространства либеральны для пилотируемой лёгкой авиации в зоне G. За последние 10 лет Юань Сянцю построил восемь самолетов - все были впоследствии проданы в качестве металлолома. Еще один известный аппарат — Hawker , который представляет собой реактивное судно с двумя двигателями и признается одним из лучших вариантов для корпоративного сообщения. Аэродинамический элемент гашения концевых потерь и шума. Результат: планер состоит всего из 8 деталей.
Карасева Марина Борисовна. Спасибо за прекрасные и Гребенева Людмила Владимировна. Все элементарно и просто. Балтина Наталья Владиславовна. Мне очень понравились Пискунова Любовь Павловна.
На самом деле очень полезно Мазина Галина Степановна. Спасибо за прекрасные идеи Спасибо за прекрасные идеи. Главное что это должно заинтересовать детей. Лосева Екатерина Ивановна.
Очень полезная информация! Костюкова Светлана Михайловна. Наглядно и просто. Хороший Хороший совет. И дети будут заняты делом. И результат будет интересен. Чагина Юлия Анатольевна. Шлегель Ирина Геннадиевна. На первый взгляд Татьяна Леонидовна Харченко. Вроде Зуева Светлана Александровна. Мандрикова Людмила Андреевна. Очень увлекательно. Нужно Нужно обязательно попробовать с сыном!
Липилина Ирина Игоревна. No subject Зарьянова Марина Кирилловна.
Спасибо, воспользуюсь Вашими Спасибо, воспользуюсь Вашими идеями, мой голос Вам!!! Арчагова Алена Валерьевна. Корсунова Людмила Викторовна. Бондаренко Татьяна Александровна. Интересные предложения, можно Интересные предложения, можно будет попробовать с детьми летом. Бородачева Елена Анатольевна.
Папилова Татьяна Дмитриевна. Как любят мои дети Как любят мои дети конструировать летательные аппараты. Обязательно возьму на вооружение. Малышева Оксана Вилутовна. Очень просто, надо Очень просто, надо попробовать с ребёнком. Полоскова Мария Дмитриевна. Всё гениальное - Орлова Марина Вячеславовна. У меня в группе две трети - Лукьянова Татьяна Алексеевна. Очень интересно, сегодня же с Очень интересно, сегодня же с сыном проделаем эту работу. Чурбанов Александр Николаевич. Обязательно сделаем Обязательно сделаем в классе!
Кабанова Александра Викторовна. Спасибо, мне очень Чернобай Александр Александрович. Все так просто и для детей Все так просто и для детей очень интересно. Малютина Надежда Михайловна. Все легко и просто. С небольшой помощью взрослого можно занять маленьких дошколят. Белоусова Людмила Евгеньевна. Электроника способна заставить летать неустойчивые аппараты, но попытки получить качественно новый результат из комбинации традиционных узлов, обречены на два исхода: неудачный или традиционный.
Вертолёты для взлёта и полёта используют большие несущие винты НВ , являются самыми энергетически эффективным из аэродинамических ЛА ВВП для режима длительного висения. Проблемы не только в низком аэродинамическом качестве горизонтального полёта. Вертолёт - технически сложный, а потому дорогой летательный аппарат, чрезвычайно сложный и в пилотировании.
Высокая стоимость лётного часа, не допускает вертолёт на роль персонального ЛА. Стоимость лётного часа — объективная комплексная интегральная оценка сравнения летательных аппаратов для коммерческого использования. Она отражает все параметры: стоимость аппарата, цену технического обслуживания, ресурс узлов, расход топлива, надёжность, безопасность, стоимость обучения пилота и страховки, аварийность и пр. Другие критерии и оценки стоимость лётного километра, стоимость пассажирокилометра легко арифметически выводятся из этого комплексного показателя.
Мультикоптеры поднимаются на нескольких пропеллерах фиксированного шага. Механически простая схема на малых массах и размерах поддаётся простому управлению контроллером, но энергетически неэффективна, имеет крайне низкое аэродинамическое качество, неприемлема для масштабирования до пассажирских перевозок. Увеличение размеров и массы упирается в системные проблемы: управление становится очень инертным, растёт чувствительность к ветру, низкий ресурс высокооборотных жёстких винтов в косом скоростном потоке делает их крайне опасными.
Шумнее маршевого винта может быть только много перегруженных винтов с открытыми лопастями. Конвертопланы взлетают на винтах изменяемого шага, поворачивающих плоскость вращения, допускают масштабирование до размеров Bell V Osprey. Крыло в горизонтальном полёте даёт высокое аэродинамическое качество, но компромиссные винты проигрывают, и большим несущим, и эффективным маршевым.
Плата за низкую энергетическую эффективность на режиме взлёта: большая мощность двигателей, шум перегруженных винтов, малая весовая отдача, высокая сложность конструкции при низкой надёжности.
В итоге, цена аппарата и стоимость полёта выше вертолётной.
Чрезвычайно высокая шумность не позволяет использовать конвертопланы вблизи населённых пунктов. Можно сформулировать ряд необходимых условий для персонального ЛА ВВП с высоким энергетическим, весовым и аэродинамическим совершенством:. От режима длительного висения можно отказаться, как от нерационального трюка шумного сжигания топлива с нулевым КПД. Здесь вертолёт является чемпионом, с остальными режимами полёта справляется хуже других ЛА.
Крылья мешают вертикальному взлёту, несущий винт тормозит горизонтальный полёт. Необходимость вынести крыло из потока несущего винта при взлёте и снизить сопротивление ротора в скоростном полёте привела к соединению винта и крыла в одном устройстве.
Гибрид похож на колесо, запатентованный ротор так и назван: воздушное колесо ВК. Несущий ротор ВК имеет одну или две разнесённые втулки рис. Замкнутое кольцеобразное крыло выполняет одновременно несколько функций:. Профилированное замкнутое крыло замыкает центробежные силы на себе и не передаёт их на втулку, соединяет внешние концы лопастей принимая знакопеременные нагрузки и моменты, действующие на лопасти.
Лопасти, как спицы, натянуты между втулками и крылом. Концы лопастей получили опору и идеальную соконусность, исключены низкочастотные колебания и все нечётные гармоники.
Внешнее замкнутое крыло даёт защиту лопастям не только от внешних помех веток, проводов , но и от всех видов флаттера. Сокращаются концевые потери лопастей, исключено образование вихревых жгутов, исчезает шум.
Втулка разгружается от выламывающих нагрузок, исключены вертикальные и горизонтальные шарниры, а с ними опасные режимы и вибрация. Упрощается конструкция втулки, снижается масса управляемых элементов, шарнирные моменты и нагрузки в управлении шагом ротора. Возможны многороторные ЛА. Снижено аэродинамическое сопротивление ротора, сняты прочностные ограничения увеличения скорости полёта.
Имеем тонкое замкнутое крыло большого удлинения, натянутое центробежными силами, скоростной маховик, стабилизирующий ЛА, ёмкий накопитель энергии с мощным прямым бесшумным приводом непосредственно к лопастям, без редукторов, без трансмиссии, без реактивного момента, без длинной хвостовой балки, без рулевого винта.
Уменьшаются все потери: профильные, концевые, комлевые перетекания, неравномерность нагрузки, закрутка потока. КПД ротора приближается к «идеальному винту», на висении, на авторотации, в режиме ветряка. Несущий ротор воздушное колесо изменяемого шага с лопастями изменяемой геометрической крутки, способно эффективно работать в широком диапазоне на принципиально разных режимах по направлению потока через диск ротора: в пропеллерном, в вертолётном, на авторотации, в режиме ветроколеса.
Автомеханическое маршевое воздушное колесо изменяемого шага с лопастями изменяемой крутки и цилиндрическим внешним крылом, позволяет обойти традиционные маршевые винты, и по эффективности, и по малошумности.
Внешнее замкнутое крыло гасит концевые индуктивные потери лопастей, выполняет роль силового элемента, снимает нагрузки с втулки ротора. Воздушное колесо допускает прямой привод на внешнее замкнутое крыло , выполняющего роль ротора обратимой электрической машины двигателя, генератора, электрического тормоза, противообледенительного индуктивного нагревателя, дополнительной электромагнитной опоры ротора.
Такой «внешний привод» на крыло ВК в двухроторной поперечной схеме снижает сопротивление, внутренние сегменты крыла, идущие в направлении полёта, не взаимодействуют с встречным скоростным потоком, экранированы фюзеляжем с секторным статором электропривода — электромагнитной опоры ротора. Профиль кольцеобразного крыла продувается в противоположных направлениях, а потому имеет симметричный обоюдоострый профиль.
Возможны более оптимальные профили и величины конусности. Удлинение замкнутого кольцеобразного крыла рассчитывается по известной универсальной формуле для крыльев сложной формы с переменной хордой:. В двухроторной поперечной схеме удлинение несущей системы удваивается:. Приведённые формулы справедливы для расчёта удлинения крыла ВК в целом. Например, замкнутое кольцеобразное крыло диаметром 2. Замкнутые кольцеобразные крылья не боятся срывов, не теряют устойчивость, парашютируют без сваливания.
Замкнутое плоское кольцеобразное профилированное крыло имеет интересную аэродинамику в статике и уникальную в динамике. Кольцо условно можно разбить на четыре характерных сегмента, «передний», «задний», «отступающий» и «наступающий». Передний и задний сегменты кольца образуют крылья, соответственно, прямой и обратной переменной стреловидности. Моделирование обтекания фиксированного кольца показало: основную долю подъёмной силы эффективно создают передние и задние сегменты, образующие тандемный биплан с двумя крыльями большого удлинения, с большим продольным разносом.
Боковые сегменты сокращают индуктивные потери, гасят концевые перетекания. Таким образом, на малых относительно потока линейных скоростях вращения, фиксированное кольцеобразное крыло приближено к идеальному — эллиптическому, с высоким значением коэффициента Освальда. Аэродинамика фиксированных и вращающихся тел имеет качественные различия. Эффект Магнуса имеет практическое применение. Профилированное кольцо - удобообтекаемое эффективное замкнутое крыло, в динамике особенно интересно, значится в Книге рекордов Гиннесса, как запускаемый человеком предмет с максимальной дальностью полёта ВК не теряет устойчивость, способно побить рекорд.
Над отступающим сегментом вращающегося замкнутого крыла образуется область высокого разрежения, при отсутствии пограничного слоя и инверсии градиента скоростей, локальный коэффициент подъёмной силы С у значительно до 2. Аналогично эффекту Магнуса и эффекту Коандэ, работает аэродинамика управляемого пограничного слоя. В аналогии с традиционным колесом имеем новый движитель и качественно новый способ эффективного получения подъёмной силы, замену большого сопротивления трения фиксированного крыла на минимальное сопротивление аэродинамического качения.
Запас подъёмной силы наступающих лопастей уравновешивает высокая подъёмная сила отступающего сегмента. У ротора воздушное колесо есть новый режим самовращения на высокой скорости полёта с малыми углами атаки плоскости ротора, где активно участвует внешнее крыло. Самовращение поддерживает натяжение крыла, сокращает сопротивление трения. Эффект близок к известным аналогам: роллерон , безлопастная турбина пограничного слоя или турбина Тесла.
Воздушное колесо открывает новые применения и возможности масштабирования, способно дать новые решения проблем авиации, от минимальных, до сверхзвуковых скоростей полёта. Компьютерное моделирование сложного трёхмерного обтекания вращающегося воздушного колеса сопряжено с большой сложностью и ограниченной точностью без опоры на результаты натурных испытаний.
Новые аэродинамические эффекты нуждаются в углублённых экспериментальных исследованиях, точных измерениях, для построения адекватных математических моделей, оптимизации профилей и геометрических параметров аэродинамических элементов воздушного колеса. Новые аэродинамические эффекты обнаружены экспериментально на стендах и подтверждены на летающих моделях.
Новый режим авторотации и аэродинамического качения был реализован и изучался на безмоторных привязных летательных аппаратах двухроторной поперечной схемы, на аппаратах с четырьмя несущими воздушными колёсами. Отработка режимов полёта проводится на летающих телеуправляемых моделях. Силовая гироскопическая стабилизация широко применяется в технике для стабилизации объектов, от лёгких видеокамер, до крупных судов гироскопические успокоители качки.
Четыре скоростных гиродина массой по кг управляют ориентацией орбитальной МКС массой более тонн. Задача создания всепогодного летательного аппарата с энергетически эффективным вертикальным взлётом и безопасной посадкой, в сочетании с высоким аэродинамическим качеством в скоростном горизонтальном полёте имеет решение для реализации на современном уровне развития технологий.
Гиролёт — гиро стабилизированный лет ательный аппарат с несущими роторами воздушное колесо. Новый вид ЛА ВВП с новыми несущими роторами относится к классу винтокрылов в русскоязычной терминологии, в англоязычной терминологии - гиродины gyrodin, heliplan, compound gyroplane,… , с года выделены международной федерацией аэронавтики FAI в отдельный класс Е Большие несущие винты изменяемого шага ВИШ , в отличие от жёстких винтов фиксированного шага ВФШ мультикоптеров, обладают кратно большими моментами инерции и гироскопическими моментами.
Все винтокрылые летательные аппараты и вертолёты, и автожиры изолируются от гироскопических моментов несущих винтов горизонтальными шарнирами, дающими лопастям свободу взмаха, разгружающими втулку от выламывающих нагрузок, позволяющими наклонять конус вращения винта.
Компенсаторы взмаха корректируют циклический шаг лопастей приводят положение конуса вращения несущего винта к соосному положению с валом исключительно аэродинамическими силами.
Таким образом, винтокрылы не опираются на несущие винты, более того, передача неуравновешенного момента на сложную шарнирную конструкцию ротора чреват рядом опасных режимов, например «земной резонанс». Структурно прочные относительно вала роторы воздушное колесо не имеют шарниров и вибрации , при равной массе с несущими винтами обладают в раз большим моментом инерции и гироскопическими моментами, с которыми уже бесполезно бороться, но можно рационально эффективно использовать.
Принципиальное свойство гиролётов - упруго-жёсткая механическая фиксация плоскостей вращения структурно прочных роторов ВК, опора на гироскопы и эффективное управление углами атаки замкнутого крыла с помощью гироскопических моментов.
Силовая гироскопическая стабилизация гиролётов по крену и тангажу не зависит от скорости полёта, эффективно гасит знакопеременные возмущения при полёте в турбулентном потоке. Принципиальное отличие силовой гироскопической стабилизации от аэродинамической стабилизации в том, что она не находится в противоречии с управляемостью летательного аппарата, сохраняет свободу поворота по курсу и по крену.
Гиролёты двухроторной поперечной схемы с направлением вращения роторов, где внешние сегменты идут по потоку, обладают и надёжной аэрогиродинамической стабилизацией. Гиролёт поперечной схемы надёжно стабилизируется в турбулентном потоке без вмешательства пилота и системы управления. Радиоуправляемые пилотажные модели вертолётов со сложной кинематикой управления общего и циклического шага лопастей демонстрируют экстремальную акробатику 3D-пилотажа.
Найти рациональное практическое применение опасному качеству пилотажных вертолётов пока не удаётся. Гиролёты совершенее вертолётов, способны летать быстрее, поднимать больше, перевозить дальше, демонстрируют высокую стабильность при порывистом ветре.
Всепогодный ЛА ВВП с роторами ВК , вне конкуренции для практического применения: как стабильная платформа качественной видеосъёмки, для комфортных пассажирских перевозок.
Гиролёт с несущими роторами ВК и маршевыми винтами снимает вертолётные ограничения скорости полёта: энергетические, аэродинамические и прочностные. Инерциальный вертикальный взлёт и посадка IVTOL отвязывает взлётную массу от мощности двигателей раскрутки ротора, позволяют сократить диаметр и сопротивление в скоростном полёте.
Тонкие лопасти с тонким замкнутым крылом натянуты центробежными силами имеют малое профильное сопротивление, обеспечивают высокое аэродинамическое качество. ВК не теряет равновесие в скоростном полёте, в широком диапазоне коэффициента режима работы несущего воздушного колеса, запас подъёмной силы наступающих лопастей уравновешивает высокая подъёмная сила отступающего сегмента крыла.
Структурно прочный ротор ВК с двумя разнесёнными вдоль оси втулками образует прочный двухрядный винт с фиксированной плоскостью вращения крыла относительно вала. Прочное воздушное колесо снимает «родовое проклятие» несущих винтов — вибрацию , даёт свободу проектирования ЛА ВВП многороторных схем, позволяет в полёте снижать обороты и сопротивление, снимает прочностные ограничения увеличения скорости полёта.
Воздушное колесо даёт широкий простор реализации разных схем гиролёта. Несущие роторы оптимизированы исключительно под создание подъёмной силы, специальные маршевые винты эффективно создают тягу в скоростном горизонтальном полёте.
Вертикальные оси вращения несущих роторов установлены жёстко на концах короткой балки крыльевого профиля. Силовая гироскопическая стабилизация придаёт гиролёту уникальную устойчивость и всепогодность. Гиролёт двухроторной поперечной схемы с устойчивой аэродинамикой, имеет ряд важных технологических преимуществ перед однороторной схемой:.
Проблемы инерциального вертикального взлёта на винтах. Взлёт - наиболее энергозатратный и сложный режим для всех летательных аппаратов. Вертикальный взлёт требует многократно большей мощности, чем аэродромный старт.
Лучше вертикального взлёта вертолёта, может быть только — всепогодный, устойчивый, малошумный, быстрый, экономичный инерциальный вертикальный подъём. Именно такой взлёт дают роторы воздушное колесо. Перед взлётом энергия закачивается в маховики, воздушные колёса разгоняются до высоких оборотов, тонкие лопасти установлены на шаг нулевой подъёмной силы, принимают нулевую крутку, создают минимальные потери и шум.
Прочные в плане сбалансированные колёса отличаются от шарнирных несущих винтов отсутствием вибрации, исключают опасный режим «земной резонанс». Первый этап взлёта - предварительная раскрутка воздушных колёс происходит на земле. Возможна, как автономная раскрутка от силовой установки гиролёта, так и от внешнего источника электрической энергии на оборудованной площадке взлёта.
Второй способ старта не только наиболее экономичен, но и малошумен, что позволит широко использовать гиролёт в населённых пунктах.
Два маховика - плоские кольца, массой по 25кг, способны набрать большую кинетическую энергию:. При автономном старте двигатель силовой установки ЛА мощностью 60 кВт совершает эту работу примерно за минуту, с учётом потерь.
Реактивные моменты двух роторов противоположного вращения полностью компенсируются. В Австралии сверхлёгкие самолёты определяются как одно- или двухместные, управляемые сдвигом веса самолёты, с максимальным взлетным весом кг, как это указывается в их основных правилах.
В Австралии микросамолётами называют также мотодельтапланы , хотя они и отличаются от маленьких самолётов, которые также называют ultralight-ами. В любом случае, за исключением одноместных микросамолётов домашней постройки, микросамолёты или мотодельтапланы регулируются общими правилами гражданской авиации. В Бразильских общих авиационных правилах RBHA A сверхлёгкий самолёт определяется так: «это весьма лёгкий управляемый экспериментальный самолёт, используемый, в основном, для спорта или отдыха в течение светлого времени суток при нормальной видимости с максимальной вместимостью 2 человека и со следующими характеристиками:.
AULA могут действовать на контролируемом аэропорту без предварительной договоренности. Для полётов на обоих типах сверхлёгких самолётов в Канаде требуются допуск пилота сверхлёгкой авиации, который запрашивается и у наземных летных школ, и у летных инструкторов этих школ, проводящих совместные или одиночные полёты под их наблюдением.
Сверхлёгкие самолёты могут действовать с земли или воды, но перевозить пассажира на них можно, только если пилот имеет некий рейтинг Aeroplane Passenger Carrying Rating и самолёт входит в класс AULA.
В Индии микросамолёты имеют следующие характеристики:. Индийские СЛА требуется регистрировать, периодически проходить проверки состояния самолёта и получать текущее разрешение на полет, которое требуется обновлять ежегодно. В Новой Зеландии ultralight разделяются на два класса, базирующихся на числе мест в самолёте одно или два.
Все микросамолёты требуют прохождения предписанного тестирования на выносливость самолёта при первом полёте и все микросамолёты должны иметь минимальный набор приборов для указания воздушной скорости исключая мотопарапланы , высоты и магнитного курса. Самолёт требует регистрации и проверок его состояния, но не требует разрешения на полёты.
На этом самолёте должны быть выполнены стандарты допуска, которые могут быть как иностранными стандартами, так и стандартами, которые могут быть сочтены приемлемыми, или при помощи временного разрешения на полет, проводятся тестирования различных режимов самолёта. Самолёт требует регистрации, ежегодной проверки его состояния и текущего разрешения на полет. В Великобритании правила определяют ultralight как самолёт не более чем на двух человек, с максимальным взлетным весом не превышающем:.
Всё английские зарегистрированные самолёты с аэродинамическим управлением по трём осям или же с мягким крылом попадающие в эти параметры это сверхлёгкие самолёты.
Ограничения включают полёт только в течение дня и с непопулярных площадок. А «ultralight» без двигателя дельтаплан , параплан и т. В году FAA ввело категорию лёгких спортивных самолётов, которая повторяет категорию сверхлёгких самолётов в некоторых других странах.
В США отсутствие лицензии или тренировки закреплено в законе для сверхлёгких самолётов, но тренировка весьма полезна. Для пилотов лёгких спортивных самолётов требуется сертификат. Пока сверхлёгкие самолёты — это самолёты, с одной стороны, возвращающие нас в ранние годы например Santos-Dumont Demoiselle , и, с другой стороны, три новых поколения сверхлёгких самолётов с неподвижными крыльями, которые различаются в основном по типу их структуры. Первое поколение современных сверхлёгких самолётов это были в основном дельтапланы с небольшими двигателями закреплёнными на них, для создания тяги мотодельтаплан.
Крылья на них были гибкими, с расчалками и подкосами, и управлялся подобный аппарат сдвигом веса пилота под крылом. Второе поколение сверхлёгких самолётов появилось в середине х. Они были спроектированы как самолёты с двигателем, но на них оставались подкосы и расчалки и, обычно, крыло с одной поверхностью. Большинство из них имело 2-осевую систему управления, с рычагом управления или стиком, которые управляли рулем высоты и поворота. Эти самолёты не имели элеронов, так что не было прямого контроля углом наклона при повороте.
Некоторые подобные схемы использовали спойлеры наверху крыла и педали для руля направления, например, двухосевой сверхлёгкий самолёт «Pterodactyl Ascender» или «Quicksilver MX».
Третье поколение сверхлёгких самолётов, появившихся в ранние е годы, имело отсоединяемое цельное крыло и структуры планера. Почти все они использовали 3-осевую систему управления, которая используется стандартными самолётами, и пользуется наибольшей популярностью.
Третье поколение включает марки «T-Bird», «Kolb» и «Challenger».
