Їх мельтешение виглядає абсолютно хаотичним, але руху вивірені мільйонами років еволюції. Крихітні "літуни" - насіння клена - несуться вітром далеко від рідного дерева, щоб дати початок нового життя. Цей надихаючий образ американські дослідники використовували, щоб побудувати самий маленький у світі обертовий літальний апарат з одним крилом.

Маленьке "чудо на долоні" народилося в лабораторії безпілотних літальних апаратів університету Меріленда (Autonomous Vehicle Laboratory - AVL). Учасники проекту наголошують, що створити працездатний літальний апарат за мотивами "крилець" клена фахівці в різних країнах намагалися ще з 1950-х років. Однак настільки простий на вигляд об'єкт виявився не такий уже простий. Особливо якщо врахувати, що метою мрійників була поява керованої машини, здатної на тривалий активний політ, а не пасивне планування, як у природного прототипу.

Дін Деррілл Пайнс (Dean Darryll Pines), Еван Ульріх (Evan Ulrich) і Шон Хамберт (Sean Humbert) почали з вивчення падаючих насіння за допомогою різноманітної апаратури. Поступово вони стали відкривати для себе різні тонкощі спірального польоту. Однак минуло чимало часу, перш ніж їм вдалося побудувати апарати, які вміють віртуозно парити, підкоряючись командам оператора.

Так проект трійки наших героїв, іменований "Робототехнічні крилатка" (Robotic Samara), дістався до народження самого цікавого літального апарату в низці "родичів".


Було створено безліч зразків роботів-крилаток, які відрізняються розмірами, формою, розташуванням тягового гвинта, балансом, тонкощами управління, перш ніж з'явився самий крихітний побратим -" вінець "проекту (на даний момент), показаний на знімку під заголовком (фотографії та кадри Autonomous Vehicle Laboratory/A. James Clark School of Engineering, U-Md.). ' width=478 height=865>

З 2007 року проект Robotic Samara пройшов великий шлях: від вивчення справжніх насіння клена до створення перших простих (плануючих) імітацій, від примітивних моторизованих екземплярів до моделей з керованою аеродинамікою.
Було створено безліч зразків роботів-крилаток, які відрізняються розмірами, формою, розташуванням тягового гвинта, балансом, тонкощами управління, перш ніж з'явився самий крихітний побратим - "вінець" проекту (на даний момент), показаний на знімку під заголовком (фотографії та кадри Autonomous Vehicle Laboratory/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).

Еван Ульріх пояснює, що насіння клена немов обмінюють втрату висоти на свою розкрутку, що дозволяє створити підйомну силу і тим самим довше утриматися в повітрі. Це і дозволяє вітрі віднести крилатки далі. Але зависнути насіння все одно не можуть - у них немає джерела тяги. Тому крилатки доводиться в своїй аеродинаміці йти на певний компроміс.

Robotic Samara оснащені невеликим важелем, на кінці якого - крихітний електромоторчіком з гвинтом. Він розкручує весь апарат цілком, піднімаючи його в повітря. (За принципом роботи машинки цієї лінійки нагадують розвідувальний "невидимий бумеранг".)

Завдяки такому рішенню штучні "насіння" здатні на зліт з землі і зависання. Вони вміють здійснювати керований політ після первісного падіння, будучи скинутими з літака. Машинки можуть стабілізуватися і почати парити як після спуску, так і після підйому при запуску вручну.


Крилатака - це взагалі-плід (не тільки клена, а й ряду інших дерев) , відносить укладену всередині насіння на значну відстань за рахунок специфічної аеродинаміки. Ці забавно крутяться "крильця" люди іноді спрощено і називають насінням (фотографії з сайту wikipedia.org).

Зауважимо, управляти в польоті апаратом , який обертається немов вертолітний гвинт, і при цьому - цілком, інженери навчилися не вчора. Скажімо, можна згадати прототип розвідника Whirl ("вир" або "вихор"). Були й інші системи. Але виявилося, що дуже важко забезпечити стабільність такого типу апарату під поривами вітру, як тільки розміри безпілотника скорочуються до величини менше метра.


Ілюстрація зі статті Лентінка про падаючих насінні навіть прикрасила обкладинку престижного наукового журналу за 12 червня 2009 року (ілюстрація Science).

Наприклад, цю тему пару років тому активно розвивала Lockheed Martin (апарати Nano Air Vehicle), розраховуючи створити розвідника розміром буквально з насіннячко клена.

Судячи з відсутності новин про Nano Air на сайті компанії з того самого часу, проект виявився або провальним, або настільки успішним, що про нього вже не варто говорити публічно (військова тема ніяк).

Тим часом цілий ряд вчених до цих пір продовжують розкривати секрети літаючих насіння. Так, цього літа дослідник з університету Вагенінгена Девід Лентінк (David Lentink) і його колеги з Голландії та США детально вивчили аеродинаміку насіння клена та граба.

Спочатку вчені побудували точні масштабні моделі цих "вертольотів", а потім візуалізували обтікання їх повітрям у трьох вимірах. Так вдалося встановити, що обертається лопать крилатки генерує на передній своєї кромці крихітний стабільний вихор (leading-edge vortex), який дарує плоду його високу підйомну силу. (Деталі можна знайти у статті в Science).

Аналогічний процес (серед інших особливостей) є також поясненням чудових льотних якостей комах і летючих мишей. Не дивно, що маса експериментаторів намагаються пристосувати такі "природні патенти" до літальних апаратів. При цьому побудова стабільного і керованого "насінини" малого розміру біологи ще нинішнього літа називали справжнім інженерним викликом, мабуть, не знаючи, що виклик цей давно прийнятий командою Robotic Samara.


Одна з попередніх моделей робота-крилатки, ще солідного розміру в порівнянні з насінням клена, але вже дуже компактного в порівнянні з більшістю безпілотників, наявних на ринку (фото Eric Schurr/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).

Як свідчить прес-реліз школи інжинірингу Кларка (до її складу і входить лабораторія AVL), Пайнс і його колеги розробили особливої форми вигнуту консоль для кріплення моторчика з гвинтом. Вони перебрали масу варіантів форми "насіння", кутів установки крила і гвинта, способів зміни кута атаки єдиного крила, перш ніж отримали належну стабільність пристрою.

При цьому власне крильце виявилося дуже близько за профілем до натуральної крилатці. Воно дає крихітній машинці можливість природної авторотації при падінні. Хвостик ж з гвинтом тут схожий на вертолітний хвостовий гвинт, але замість того щоб утримувати машину від розкрутки, він тільки прискорює її.


Robotic Samara у польоті. Його творці логічно вказують в якості областей застосування військові операції, стеження за пожежами та операції пошуково-рятувальні. У тому, щоб з камери на швидко крутиться "вовчку" отримувати внизу нормально орієнтовану картинку, - проблеми немає. Тим більше що така машинка легко зможе забрати декілька сучасних надлегких "датчиків чого-небудь", від забруднюючих речовин до інфрачервоного сліду від вогню або їдучої внизу машини (фото Eric Schurr/A. James Clark School of Engineering, U-Md.).

Найменший апарат в наборі моделей Robotic Samara налічує в довжину 9,5 сантиметра, при цьому крило машини за розміром майже точно збігається з крилатки клена . Дебют крихти відбувся в університеті штату Меріленд днями і приурочений був до 100-річчя аеропорту Коледж-парку (College Park airport), згідно Wiki - найстарішого безперервно працюючого аеропорту в світі.

У 1909 році (правда, влітку) знаменитий винахідник літака Уїлбер Райт (Wilbur Wright) відкрив в ньому перші курси для льотчиків-офіцерів. А нині неподалік, все в тому ж Коледж-парку, розташувався університет Меріленда і, відповідно, лабораторія AVL. І в ній народився новий незвичайний літальний апарат. Символічно.


Стаття про науки і технікіполучена: Membrana.ru

Детальніше »