В МФТИ выяснили, как машущее крыло робоптицы создаёт тягу
Специалисты МФТИ рассчитали, как машущее крыло робоптицы создаёт подъёмную силу и тягу: высоту аппарату обеспечивает угол атаки крыла, а взмахи почти не добавляют подъёмной силы, зато толкают его вперёд
Большинство дронов построено по самолётной или вертолётной схеме: они шумные, расходуют много энергии и не слишком манёвренны. У птиц таких недостатков нет, поэтому инженеры всё больше интересуются орнитоптерами — аппаратами с машущими крыльями. Но птичье крыло одновременно поднимается и опускается, поворачивается, складывается и меняет форму, и традиционные методы расчёта дают для него лишь приближённые результаты. В новой работе применили деформируемые расчётные сетки: сетка, на которой рассчитывают поток воздуха, не перестраивается, а растягивается и сжимается вместе с крылом, и законы сохранения выполняются точно.
Прототипом послужила механическая модель орнитоптера из МФТИ с размахом крыльев 90,8 см. Сложное маховое движение свели к двум простым периодическим вращениям: взмаху с амплитудой 15 градусов и крутке — повороту крыла вокруг своей оси — с амплитудой 5–7 градусов. Скорость набегающего потока задали равной 20 м/с — примерно так летят мигрирующие утки и гуси.
При четырёх взмахах в секунду подъёмная сила колебалась, но в среднем была такой же, как у неподвижного крыла. При восьми взмахах в секунду средняя подъёмная сила не изменилась, но вместо сопротивления воздуха появилась тяга, толкающая аппарат вперёд; сильнее всего она была при опускании крыла. Увеличение угла атаки — наклона крыла к потоку — усилило тягу, а рост амплитуды крутки с 5 до 7 градусов сгладил колебания подъёмной силы, но на среднюю тягу повлиял слабо.
Раз подъёмную силу даёт угол атаки, а тягу — взмахи, конструкторы могут разделить две задачи: высоту можно держать наклоном корпуса, а скорость — частотой и углами взмахов. Метод деформируемых сеток для трёхмерной задачи о машущем крыле применили впервые. Следующий шаг, по словам заведующего лабораторией МФТИ Виктора Казанцева, — подобрать режимы взмахов, при которых модель будет летать эффективнее.
Ранее по теме: Новые лопасти увеличат дальность полёта марсианского вертолёта
Источник: Российский научный фонд
