Похожий на крылатку монокоптер покрутился в полете и свернул крыло
Единственное крыло монокоптера, который летает, кружась в воздухе подобно крылатке, удалось сделать столь гибким, что его можно свернуть. Это на 69% уменьшает монокоптер в размерах и при этом не ухудшает его аэродинамических характеристик, благодаря чему тот может развивать скорость почти до 2,5 метра в секунду. Как составлять монокоптер, сингапурские инженеры продемонстрировали в Bioinspiration Biomimetics.
В последнее время благодаря миниатюризации электроники, появилась возможность создавать микролитальные аппараты (Micro Air Vehicle, MAV), которые не превышают и сотни граммов в весе. Они считаются более безопасными для эксплуатации в помещениях и вблизи людей или животных. Обычно MAV бывают трех типов: с неподвижным крылом, винтовым крылом и крылом, которым можно махать.
MAV с неподвижным крылом подходят для дальних полетов, хотя не подходят для работы в ограниченном пространстве через свою скорость движения. Для работы в помещениях лучше подходят аппараты с винтовым крылом благодаря своей маневренности, но они требуют нескольких приводов и имеют меньшую эффективность полета. Впрочем, к ним вырос интерес инженеров, а в частности к концепции того, что в детстве некоторые называли вертолётчиками — плоды, например, клена, крылатки. Они имеют плоские отростки вокруг семени, благодаря чему раскручиваются под действием ветра и могут преодолевать небольшие расстояния, а также мягко приземляться на землю.
Конструкция монокоптеров, как и крылаток, довольно проста — они состоят из большого крыла и части, похожей на семена, в которой размещается большинство электроники и аккумулятор. Это позволяет использовать минимальное количество деталей, что позволяет снизить стоимость.
И если раньше было сложно заставить их пилотировать, то сейчас существует огромное количество высокоскоростных датчиков, которые могут заставить монокоптер быстро вращается, и использовать это для управления им. Впрочем, одним из недостатков монокоптера является его большая площадь, поэтому в этой работе инженеры Сингапурского университета технологии и дизайна решили найти решение, которое поможет сделать платформу более универсальной, но при этом сохранит ее летные характеристики.
До сих пор уменьшение размеров монокоптеров приводили к ограниченным возможностям управление ими, поскольку возникала асимметрия между осью вращения корпуса летательного аппарата и осью вращения двигателя. А использование гибкого или полужесткого крыла не рассматривался как конструктивное решение, хотя могло бы дать возможность изменит форму монокоптера.
Разработанный инженерами монокоптер F-SAM предназначен для вращения против часовой стрелки (если смотреть сверху), хотя по словам ученых, его полет не изменится от изменения направления вращения. Монокоптер состоит из двух основных структур, аналогичных другим монокоптером: корпуса и крыла. На передней кромке также установлен двигатель, в отличие от других, где он находится на отдельной конструкции, и выступает с основания корпуса.
Так F-SAM стал компактнее, а размещение компонентов позволили приблизить центр тяжести к корпусу, что освободило крыло и повысило эффективность полета. Один привод обеспечивает полное управление направлением: увеличение дроссельной заслонки увеличивает обороты самолета, заставляя его набирать высоту. Общий вес F-SAM составляет всего 69 граммов, из которых почти 40% составляет батарея и обеспечивает время полета около 16 минут.
Крыло образует самую большую площадь конструкции и имеет наименьшую массовую долю. Конструкция крыла монокоптера требует жесткости, чтобы можно было управлять им в полете. И хотя монокоптер может летать с использованием гибких материалов, например, гибкого пластика, они позволяют крылу свободно возвращаться в полете, что снижает эффективность управления монокоптером. Поэтому ученые использовали пластик и дерева, а крыло составили из нескольких отдельных модулей.
Монокоптер пролетел по квадратной траектории, развив скорость до 0,2 метра в секунду и при этом отклонившись от маршрута всего на 0,4 метра. Также монокоптер подняли на высоту около 2,1 метра и отключили его двигатель, чтобы оценить вращения. И хотя высота была ограничена, он достиг скорости падения 3,56 метра в секунду и скорости вращения 27,93 радиана в секунду за секунду до приземления на пол.
По словам исследователей, пока разворачивать монокоптер приходится вручную, впрочем, они предлагают создать для него специальное место для хранения, с которого дрон сможет автоматически вылетать, самостоятельно разворачивая крыло. Такая конструкция монокоптера доказала свою эффективность в задании по распространению сенсоров — например, недавно прототип разработанного в этой работе дрона, сбрасывали с самолета, а тот полетел со скоростью 1,43 метра в секунду и смог перейти к пикированию, чтобы ускориться в 17,6 раза. А также похожие на семена датчики покрутились и зафиксировали загрязненный воздух благодаря перенесенным на себе сенсорам.
Перевод материала nauka.ua