Hvordan fly helikoptre på en muskuløs kjøretur

Foran oss er Atlas muskelhelikopter. Når Todd Reichert, prosjektlederen, rusler oppover den, under sin tyngde, begynner den doble openwork-buen å bøye og svinge som en hengekøye. Reichert roper, “Advarsel! La oss gå! ”Fire elever slapp propellbladene og stormet mot midten av apparatet, mens Reichert begynte å tråkke, og propellene beskrev sakte heftige sirkler. Sikkerhetsmarginen til et Atlas-helikopter som bare veier 50 kg, er knapt nok til å tåle en 75 kilo pilot og ikke et kilo mer. Samtidig er det tusen forskjellige ledd og noder i bilen, og minst en bør bryte sammen, siden hele enheten vil falle i stykker. Reichert fortsetter å tråkke og fanger en konstant rytme. En av propellene skjelver og kommer av bakken, etterfulgt av den andre. Enheten vipper litt og gjør seg klar til å ta av. Men så merker noen at den tredje propellen nærmest klør i bakken.

Reicherts forsøk

Atlas er en bil bygget av Todd Reichert for Sikorsky-prisen - forresten, 250 000 dollar, ingen spøk! Pengene vil gå til den første som flyr i helikopter med muskulær trekkraft. Prisen ble opprettet i 1980, men i lang tid turte ingen å kreve rettighetene sine. Men i 2012 fikk prisen plutselig en ny runde med popularitet. Tilsynelatende, nå som fly ofte flyr uten menneskelig hjelp, blusser lidenskaper rundt gamle fantasier - lærer å fly uten å bruke noe annet enn muskelkraft.

Et åpent design opptar halve fotballstadion i nærheten av Toronto. Den tverrformede rammen av karbonfiberrørformede fagverk ser nesten eterisk ut - du vil ikke umiddelbart forstå at dette er en komplett mekanisme. På slutten av hver av de fire gårdene er det en to-bladet propell laget av isopor, balsa og mylar. Og helt fra sentrum av denne ustabile strukturen, nesten 40 meter i diameter, er det et rot av tynne slynger som en sykkelramme henger på ...

Kravene som ble stilt foran søkerne til Sikorsky-prisen ser beskjedne ut. For å vinne må et muskeldrevet roterende vingefly, rive av bakken, holde i lufta i 60 sekunder, stige til en høyde av 3 m. Samtidig skal sentrum av enheten ikke gå utover 10 x 10 m-plattformen. Siden 1980 har bare fem helikoptre kunnet fly ut i luften på muskulær trekkraft, og ikke en oppfylte de nødvendige kravene. I 1989 klarte den aller første av dem å holde ut i luften i 8, 6 s. Den andre sank over bakken i 1994 i 20 sek. I 2011 startet studenter fra University of Maryland et prosjekt kalt Team Gamera, og innen 2012 fløy de jevnlig opp 50 sek. Disse suksessene inspirerte til håp for grunnleggerne av Upturn-prosjektet, som nå blir utplassert ved California Polytechnic University, samt det kanadiske teamet ledet av Reichert.

Reichert er en skøyteløper i verdensklasse og er tett bygget og kan derfor pilotere kjøretøyet sitt. Han laget de første skissene av Atlas-helikopteret i slutten av 2011, og tilbrakte deretter hele vinteren bak tegningene og arbeidet med detaljene. I fjor vår fikk han ved hjelp av Kickstarter-systemet 35 000 dollar for gjennomføringen av prosjektet sitt. Og om sommeren, med støtte fra studentfrivillige, samlet han enheten i en gammel låve.

Atlas er radikalt forskjellig fra sine kolleger i flykontroll. Piloten kan endre angrepsvinkelen til de roterende vingene, plassert over endene av lagerbladene, og dermed stille retningsretningen. Forresten, for å holde designen sin hemmelig så lenge som mulig, prøvde kanadiere ikke å gløde på Internett. Ifølge Reichert har "ingen noen gang designet et kontrollsystem for et helikopter som flyr med muskulær kraft."

30. august 2012 klarte Reichert bare å rive apparatet sitt delvis fra bakken - dette er ikke så ille, men tiden går mindre og mindre ut. Hovedhindringen for seier bør ikke betraktes som fysikkens lover, men konkurrenter - et team fra University of Maryland, siden de også nesten nådde den ettertraktede prisen. De har mer penger til rådighet, mer frivillige assistenter, og de driver mye med å utvikle apparatet. Hvis lykken er på deres side - og i dag virker det ganske sannsynlig - vil alt arbeidet til Reichert gå ned i avløpet.

Fortsettelser av Starak

600 km sør, i utkanten av Washington, DC, jobber William Starak, leder for studentteamet ved University of Maryland, på flyene sine. Saken finner sted i et innendørs treningsstudio, og et titalls studenter samlet seg her for å se om en offisiell post ville bli registrert. Den siste modifiseringen av Staraks fly, Gamera II XR, er stort sett lik Atlas. Fire karbonfiberstoler divergerer fra det midtmonterte pilotsetet til de to-blad propellene som ligger rundt omkretsen. Det eneste avviket fra de strenge kravene til funksjonalitet er en bamse-maskot foran pilotsetet. Gamera er litt mindre enn Atlas, litt lettere og mye bedre å fly rundt. Siden 2008 har studenter ved University of Maryland øvd den ene modifiseringen av denne enheten etter den andre. De har allerede registrert flyreiser med en varighet på mer enn 70 sekunder og en høyde på mer enn 2, 5 m. De mangler ganske mye.

For at helikopteret skal ta av på bare muskulær trekkraft, må propellbladene være veldig store. Bildet viser Atlas innendørs stadion og helikopter, som Reichert-teamet forbereder for nok et startforsøk.

I motsetning til Reichart, er den 24 år gamle Starak ingeniør, ikke idrettsutøver. Han går rundt på idrettsplassen med et forretningsblikk, diskuterer noe med noen, sjekker noen noder. Han ønsker ikke å personlig ære og ikke til rikdom - hele premiebeløpet vil bli overført til administrasjonen. "Vi kjemper ikke for personlig suksess, men for æren av vårt universitet, " sier Starak.

De fleste av de tekniske problemene stammer fra det faktum at helikopteret er grunnleggende langt fra i det minste en slags energieffektivitet. "Ved helikopteret skal skyvekraften rettes loddrett oppover, det vil si at piloten må dra i vertikal retning all sin vekt og enhetens vekt, " sier Starak. "Det følger at det er nødvendig å bruke tre til fire ganger mer energi på et helikopter med en muskulær kjøretur enn på et lignende fly."

Tanken bak begge prosjektene er grei. Hvis vi trenger trekkraft, kan vi velge to alternativer: enten kasserer vi små porsjoner luft, men med høy hastighet (dette skjer i en jetmotor), eller så handler vi på store luftmasser, og gir dem bare en liten impuls (dette er hvordan tynne og lange glidevinger fungerer ). Det andre alternativet lover større effektivitet - dette forhåndsbestemte den enorme størrelsen på Atlas og Gamera-enhetene. Hvis vi vil ta av og ha en veldig beskjeden kraft, må vi handle på store luftmengder og jevnt føre dem loddrett ned.

En annen oppgave er å gjøre den omfangsrike enheten så lett som mulig, fordi du trenger å løfte den opp i luften ved å bruke en veldig lav strømkilde - menneskelige muskler, det vil si knapt 0, 5 hk. Det var på grunn av dette problemet at Sikorsky-prisen ikke fant søkere på veldig lang tid.

På 2000-tallet dukket det opp nye strukturelle materialer som gjorde det mulig å bygge lette enheter med enestående dimensjoner og tilstrekkelig styrke. Kraftige datamaskiner ble tilgjengelige overalt - med deres hjelp ble det mulig å simulere komplekse aerodynamiske strømmer og analysere informasjon mottatt fra sensorer montert på et helikopter.

For tre år siden, da Starak sammen med teamet hans begynte å lage den første prototypen av Gamera, gikk han nesten umiddelbart utover områdene som var tilstrekkelig utviklet av moderne aerodynamikk. Når helikopteret bare kommer av bakken, hjelper skjermeffekten: vingene som glir over bakken får ytterligere løft på grunn av det økte trykket under det nedre planet. Effekten hjelper enheten til å komme fra bakken, men det er vanskelig å matematisk modellere. Objektivt sett kan resultatet bare estimeres eksperimentelt.

Designene til Atlas og Gamera føler den kreative håndskriften til skaperne. Propellene til Gamera-helikopteret blir drevet av pilotenes armer og ben. Som et resultat er innsatsen som utøves av personen mer jevnt fordelt, impulsene som naturlig oppstår når piloten vekselvis trykker på pedalene med føttene, blir glattet ut. I Atlas implementeres stasjonen bare fra pedaler alene, men pilotens hender er frie, og han kan kontrollere de roterende klaffene.

Ved start!

Tilbake til Toronto. Atlas-teamet har allerede taklet omjusteringen av flyene, og Reichert fortsetter med den siste kontrollen før flyging - i løpet av et øyeblikk snur han propellene, og sørger for at mekanikken er balansert nok. Bilen er klar, og tiden renner ut: Reichert leide stadion bare til fem på kvelden.

Piloten. For Gamera-helikopteret velges piloter strengt ut fra vekt og kraftegenskaper. Laget tar syklister som ikke veier mer enn 60 kg. Videre er de påkrevd slik at de i løpet av et minutt, kan jobbe med armer og bein, gi ut strøm på minst 8 watt i form av en kilo vekt. Pedal. For at strømmen skal tilføres jevnt, og ikke bare i det øyeblikket når foten trykker på pedalen, jobber piloten samtidig med både hender og føtter. Den negative siden av denne beslutningen er at piloten har hendene okkupert, og han har ingenting å kontrollere helikopteret. Farm. For å få maksimal styrke med minimum vekt, er tverrstang bjelker laget av miniatyr åpent fagverk. Deres materiale er karbonfiberforsterket med polymerharpiks. Produksjonsteknologien til slike gårder er patentert av University of Maryland. Hub. Overføring av et muskulært kjøretøy fungerer bare i en retning. Piloten snur pedalene med hendene og føttene, og en snor som strekker seg fra dem omtrent 50 meter lang avvikles fra remskivene som ligger over hvert nav. Å spole tilbake fra trinsen til remskiven, slutter strengen etter 90 sekunders drift. Propellblad. Hvert blad ble laget for hånd. For å gjøre dette ble det brukt en Mylar-film, som var dekket med ribber laget av ekspandert polystyren, forsterket med balsa-ribber. Bladet bredt på basen gir en stor løftekraft og gir tilstrekkelig stivhet.

Klokka 16:30 klatrer han inn i skjelettet til apparatet sitt. Samtidig begynner alle åtte bladene å beskrive sirkler. Propellene kommer av kunstgresset et sekund, men nye problemer "dukker opp", og etter noen sekunder lander helikopteret. Anta at seier ennå ikke er vunnet, men klarte nok en gang å unngå en uventet ulykke.

I mellomtiden, i sør, i Maryland, tar ting kursen. Om kvelden er treningsstudioet i feberstemning - Gamera er endelig klar til å fly. De fire, som holder propellene, slipper bladene og løper tilbake til veggene i treningsstudioet. Propellene snurrer opp, og i løpet av sekunder skyter Gamera til høyden av menneskelig vekst.

Evnen til å plassere en ny, ikke utmattet pilot i salen under hver flyging tillater oppskyting etter lansering, og studentene vedvarende, trinn for trinn, nærmer seg det elskede målet. Det er også en observatør fra NAA (National Aeronautics Association), som har myndighet til å registrere posten, hvis den er satt. Med hvert forsøk måler representanten den oppnådde høyden ved å sammenligne den med et merke på veggen i hallen. I tillegg sammenligner den videorammene som er tatt i forskjellige vinkler, og sjekker dataene fra ultrasoniske høydemetre som er montert på hver landingsstøtte.

En av pilotene til universitetsteamet, Colin Gore, pedaler armene og beina. Gamera, et helikopter bygget ved University of Maryland, får gradvis høyde. Det andre medlemmet av teamet, Elizabeth Weiner, står i nærheten og gir veibeskrivelse. Merkelapper på jeansene hennes er limt i trinn på 30 cm - de kan brukes til å vurdere høyden på flyturen.

Men hver gang piloten reduserer hastigheten gradvis og begynner å senke enheten, glir helikopteret jevnlig til siden. Begynnelsen av å utvikle et plateapparat, mente studentene at kravet fra grunnleggerne av prisen om en 10 x 10 m plattform som apparatet ikke skulle fly ut fra, ville være den mest trivielle delen av den samlede oppgaven. Derfor forsynte de ikke helikopteret med noen kontrollenheter. Nå har dette problemet kommet ut og truer med å kollapse hele bedriften.

Klokka sju på kvelden klatret Gamera til rekordhøyde for seg selv - 265 cm - og klarte å lande uten å forlate det foreskrevne torget. Sikorsky-prisen, ser det ut til, er allerede i studentenes hender. Men klokka 9 kom det problemer: en av gårdene knuste på grunn av en hard landing, og nå er helikopteret bundet til bakken i lang tid.

Hele neste dag reparerer teamet raskt apparatet, og en annen dag senere hever en av studentene helikopteret til en høyde på 2 m 82 cm. Det er bare litt igjen til indikatoren som ble kunngjort av grunnleggerne av prisen. Det er sant at ledelsesproblemet ikke har forsvunnet. Under nedstigningen glir bilen igjen til siden, og raskere enn den var før, og i landingsøyeblikket bryter en annen gård. Det var ingen personskader, men arbeidet med prosjektet ble bremset opp til studentene taklet problemet med ukontrollerbarhet.

Og i nord, i Toronto, mot slutten av helgen, klarer Reichert å fullføre en full start og holde seg i luften i 15 sekunder. Etter det slutter han også videre testing. Han må forberede seg på de kommende ikke-motoriserte billøpene som skal avholdes i Nevada, og etter det skal de jobbe med et ornitopter.

Både de og andre deltakere i denne konkurransen er ikke så opprørt over det faktum at Sikorsky-prisen etter 32 års ventetid ennå ikke er mottatt av noen. En uventet forsinkelse i avslutningen av dramaet ga bare energi til alle dens karakterer. Hver av dem er klar over at konkurrenter når som helst kan ta denne prisen og få slutt på det 32 ​​år lange løpet. For vinneren vil den ende i verdensberømmelse, og for resten av deltakerne - bare en bunke med ubrukelig søppel. Hvem turte, han spiste - det er slik verden er arrangert.

Artikkelen “Duel on propellers” ble publisert i magasinet Popular Mechanics (nr. 5, mai 2013).

Anbefalt

Testkjøring jet ski Yamaha Superjet SJ700
2019
Fred i Colombia truer lokal natur
2019
Slik kjøler du øl på ett minutt: omvendt mikrobølgeovnen
2019