Cara membuat ornithopter dari kertas. Prestasi luar biasa dari ornithopters miniatur

Ornithopter adalah pesawat yang lebih berat dari udara, yang didukung dalam penerbangan karena reaksi udara dengan pesawatnya, yang diberi gerakan flap.

Ornithopter tertarik pada zaman kuno, karena begitulah cara burung terbang.

Bahkan ada gambar ornithopter yang dibuat oleh Leonardo DeVinci.

Untuk membuat roda gila ornithopter buatan sendiri dengan tangan Anda sendiri, Anda membutuhkan bahan habis pakai berikut:

Pada gambar di bawah ini Anda dapat melihat gambar untuk membuat ornithopter dengan tangan Anda sendiri.

Untuk pembuatan, lebih baik menggunakan linden atau balsa, Anda dapat menggunakan tabung karbon atau, seperti yang dilakukan rekan-rekan Cina kami, batang plastik. Namun, dimungkinkan untuk merencanakan dan membuat lumpur dari pohon apa pun - birch, linden, dll.

Sambungan rel bingkai dibuat sesuai dengan jenis alur duri dan dibungkus dengan benang yang diresapi dengan lem.

Tepi utama sayap juga diikat ke tuas dengan benang, tetapi sebelum itu, sebuah lubang dibuat di dalamnya melalui mana paku tuas dilewatkan.

Bantalan poros motor karet dan tuas dapat dibuat dari isolasi dari kawat, dapat juga dibuat dari bagian batang dari pegangan, mereka juga dililit dengan benang dan benang diresapi dengan lem. Sebuah poros engkol yang mirip dengan yang ada pada gambar ditekuk keluar dari kawat, kemudian sebuah manik diletakkan di atasnya dan dimasukkan ke dalam bantalan, setelah itu kait ditekuk (lihat gambar). Tuas ditekuk dan setelah dimasukkan, ujungnya ditekuk.

Ekor stabilizer diikat dari rel dengan cara yang sama seperti bingkai, setelah itu kawat diikat dengan benang dan ditekuk seperti pada foto.

Dalam bingkai ornithopter, sayatan dibuat di mana kawat dimasukkan, setelah itu dibungkus dengan benang dan direkatkan.

Selanjutnya, batang penghubung dibuat, kami membuatnya bambu, hanya nyaman untuk mematahkan batang tipis darinya, meletakkan tabung isolasi kawat di ujungnya, membakar lubang di tabung, memanaskan kawat di atas lilin dan dengan cepat menembus tabung dengan dia. Kami membuat tabung lebih otentik dari ujung tempat tongkat dimasukkan, Anda akan membutuhkan ini untuk penyesuaian.

Kami meregangkan dua karet gelang di antara kait dan memutar motor karet, tetapi tidak banyak, dan melepaskan, sayap harus mulai bergerak, jika pukulannya tidak sama, maka tekuk engkol depan.

Selanjutnya, kami melumasi rusuk tengah dan rel tepi dengan lem karet, meletakkan pesawat kami di film dan meluruskannya sehingga film melorot, tetapi tidak banyak, kami mencoba melakukannya dengan cara yang sama di kedua sisi, jika tidak maka akan terbang masuk lingkaran.

Saat menggunakan lem karet, disarankan untuk memperkuat semuanya dengan pita perekat kecil.

Kami juga memantau keseragaman sayap.

Pastikan lem mengering, lalu jalankan!

Jika Anda tidak begitu memahami konstruksinya, tonton video di bawah ini.

Video membuat ornithopter dengan tangan Anda sendiri

Dan inilah penerbangan ornithopter versi mini seberat 3 gram.

Cara memasang ornithopter

Jika burung Anda menyelam, tekuk ekornya ke atas, jika ia meloncat (mengangkat hidungnya dan jatuh), lalu, sebaliknya, turunkan. Juga, dengan mengubah panjang batang penghubung, kami mencapai stabilitas dan traksi yang lebih besar selama penerbangan.

Jika semuanya dipasang dengan benar, model ini bertambah tinggi dalam garis lurus, setelah itu perlahan-lahan mengepakkan sayapnya, lalu duduk dengan sayapnya sedikit terselip. Model indoor lebih mirip capung saat memanjat, frekuensi kepakan mencapai 20Hz. Saat merakit model yang lebih besar, waktu terbang, tinggi, dan spektakuleritas penerbangan meningkat, frekuensi pukulan berkurang, tetapi pita elastis yang lebih kuat dan lebih panjang diperlukan.

Namun, penerbangan motor karet tidak terlalu menarik. Jauh lebih menarik adalah ornithopter yang dikendalikan radio.

Cara membuat ornithopter yang dikendalikan radio

Dalam video di atas - melengkapi ornithopter buatan sendiri dengan motor dan kontrol radio.

Video ini melanjutkan yang ditunjukkan di bagian membuat ornithopter.

Penerbangan yang sukses!

Ornithopters adalah mesin yang menggunakan sayap mengepak untuk terbang seperti burung.
Spesialis di Laboratory for Flying Micro Devices (MAV) di University of Arizona telah menguasai seni menciptakan bayi terbang ini sesuai dengan gambar Leonardo Da Vinci dan bahkan mampu memproduksinya secara massal.

Perangkat yang dihadirkan adalah ornithopter terkecil di dunia. Tidak melebihi ukuran burung kolibri, mekanisme ini terbang karena sayap yang mengepak 40 kali per detik, tanpa menggunakan baling-baling, seperti kebanyakan model pesawat. Kontrol digital radio memastikan belokan, lepas landas, dan penurunan yang mulus. Bingkai ornithopter terbuat dari plastik yang tahan lama namun ringan. Sayap dan ekor ditutupi dengan mylar tahan air mata. Baterai lithium memungkinkan Anda untuk tetap terbang hingga 7 menit.

Anda dapat mempertimbangkan ornithopter miniatur secara lebih rinci

Ornithopter mini lain yang dibangun oleh Laboratorium Universitas Utah khusus untuk kompetisi dibangun dari elemen serat karbon. Untuk mengendalikannya, digunakan sistem radio tiga saluran. Alih-alih motor servo standar, "solenoid kontrol permukaan" (terjemahan mungkin tidak akurat) digunakan, menggunakan pulsa elektromagnetik untuk menggerakkan permukaan. Di jantung burung mikro ini adalah modul vibro mini dari pager.

Berpartisipasi dalam berbagai kompetisi miniatur pesawat Amerika dan internasional, bayi ini berkali-kali menjadi pemenang, mengambil tempat pertama di dunia di antara ornithopters dan kedua di antara miniatur pesawat pada umumnya.

Dan inilah bagaimana keajaiban kecil ini terlihat dalam penerbangan.

Mengapa orang tidak terbang seperti burung? Mereka juga terbang: aerodinamika pesawat hampir sama dengan burung, meskipun orang masih mengerjakan sayap yang benar-benar “dapat berubah” dan dapat diubah. Dalam penerbangan, kami mencapai ketinggian yang luar biasa. Jika diubah menjadi kilogram massa dan kilometer penerbangan, pesawat modern menghabiskan lebih sedikit energi daripada burung.

Kuno, seperti seluruh keluarga kami, mimpi terbang seperti burung - yaitu, dengan bebas mengepakkan sayapnya - tetap tidak terpenuhi. Mimpi ini begitu kuat sehingga meskipun tidak ada maskapai penerbangan dan tidak ada tentara di dunia sejauh ini yang mengoperasikan satu ornithopter, Konvensi Penerbangan Sipil Internasional saat ini memasukkan definisinya: “Pesawat yang lebih berat daripada udara, yang didukung dalam penerbangan terutama karena reaksi udara dengan bidang-bidangnya, yang diberikan gerakan ayunan.

Dari pesawat ke helikopter

Namun, mimpi terbang demi penerbangan juga memiliki sisi praktis. Kualitas aerodinamis - rasio gaya angkat terhadap hambatan yang menentukan efisiensi penerbangan - sangat tinggi untuk pesawat. Tetapi pesawat terbang membutuhkan lapangan terbang yang mahal dan kompleks, landasan pacu yang besar. Helikopter dalam pengertian ini lebih nyaman, mereka lepas landas dan mendarat secara vertikal, tanpa memerlukan infrastruktur apa pun untuk ini. Mereka jauh lebih bermanuver dan bahkan mampu melayang tanpa bergerak. Tetapi kualitas aerodinamis helikopter tidak tinggi, dan satu jam waktu penerbangan mereka tidak murah sama sekali.

Ada banyak upaya untuk menyilangkan satu dengan yang lain - gyroplane sayap putar dan convertiplane memiliki penggemarnya. Untuk menyelesaikan beberapa tugas sempit, pesawat ini bahkan mungkin sangat diperlukan. Tapi tetap saja, hibrida semacam itu ternyata tidak terlalu berhasil: ada lelucon bahwa mereka menggabungkan tidak begitu banyak keuntungan seperti kelemahan utama dari pesawat dan helikopter. Tapi roda gila mungkin menjadi solusi yang cocok. Secara teoritis, mereka akan dapat lepas landas dari posisi diam, dapat bermanuver hingga kemampuan melayang di udara dan akan mampu menunjukkan kualitas aerodinamis hampir seperti pesawat.

Tetapi aeronaut canggung pertama tentu saja berpikir bukan tentang pesawat terbang, yang belum ada sama sekali, tetapi tentang burung. Tampaknya cukup belajar mendorong udara dengan sayap - dan seseorang akan terbang. Dengan pemandangan seperti itu, tentu saja, tidak satu pun dari mereka yang bisa turun dari tanah. Penemuan mekanik bersayap memungkinkan meluncur dengan canggung, seperti yang dilakukan biarawan Benediktin legendaris Aylmer, yang melompat dari menara Biara Malmesbury di Inggris sekitar seribu tahun yang lalu, menderita luka serius.

Ornithopters kecil sedang dikembangkan di seluruh dunia. Sebagai aturan, penulis mereka mencoba meniru alam dengan akurasi yang lebih besar atau lebih kecil dengan mengulangi desain serangga terbang. Pada Mei 2015, Peter Abbeel dan Robert Dudley dari UC Berkeley Biomimetic Millisystems Laboratory mendemonstrasikan lepas landas spektakuler roda gila 13,2 gram dari "peluncur" di belakang robot mikro berkaki enam.

Dari burung ke serangga

Alasan banyak kegagalan jelas: esensi penerbangan pada tahun-tahun itu diwakili agak samar-samar. Pengangkatan diberikan kepada burung bukan dengan mengandalkan udara, tetapi dengan kontur khusus dari profil sayap. Dengan membagi aliran yang datang menjadi dua, itu memaksa udara di atas tepi atas bergerak lebih cepat daripada di bawah. Menurut hukum Bernoulli, tekanan akan lebih tinggi di daerah dengan aliran lebih lambat. Perbedaan yang dihasilkan antara tekanan di bawah dan di atas sayap menciptakan daya angkat. Tetapi begitu Anda mulai mengepakkan sayap, gambaran yang jelas ini berubah sepenuhnya.

Sebuah pepatah terkenal mengatakan bahwa "menurut hukum aerodinamika, lebah tidak bisa terbang sama sekali." Pada prinsipnya, ini benar: dari sudut pandang aerodinamika klasik, serangga dan sayapnya adalah sesuatu yang tak terbayangkan. Bahkan secara teori, mereka tidak mampu menghasilkan daya angkat dan dorong yang diperlukan untuk terbang - kecuali jika kita beralih dari aerodinamika klasik glider ke yang baru, non-stasioner. Semuanya berbeda di sini: pusaran bergejolak, yang dengannya perancang pesawat berjuang tanpa lelah, menjadi kunci penerbangan lebah dan kerabatnya.

Burung besar menggunakan kepakan hanya sesekali - misalnya, ketika perlu memperlambat untuk mendarat atau lepas landas. Flap ini ditambah gerakan kaki memungkinkan mereka untuk mendapatkan dorongan ke depan agar angkat sayap ikut bermain. Serangga, di sisi lain, mengepakkan sayapnya terus-menerus, dan di sepanjang lintasan khusus, agak ke depan dan ke belakang daripada ke atas dan ke bawah. Dikombinasikan dengan kelenturan sayap dan frekuensi kepakan yang cukup, ini menciptakan pusaran turbulen di tepi depan mereka, yang "dibuang" dari tepi sayap di titik atas dan bawah. Mereka menciptakan daya angkat dan daya dorong yang cukup bagi lebah untuk terbang.

Dengan mengubah kecepatan fase pertama dan kedua gerakan, serangga mengontrol arah gaya-gaya ini dengan bermanuver di udara. Dan bahkan bulu, gundukan, dan ketidakteraturan pada permukaan sayap - berbeda dengan sayap pesawat yang ramping - bekerja untuk membentuk pusaran turbulen.

Dari Moskow ke Toronto

Seluk-beluk ini tidak diketahui untuk waktu yang lama dan tidak sepenuhnya dipahami sampai sekarang. Tetapi ternyata dalam kasus paling sederhana ini tidak perlu. Bahkan sebelum Perang Dunia II, perancang pesawat Jerman berhasil menerbangkan ornithopter kecil dan ringan menggunakan karet gelang yang dipelintir untuk menggerakkannya. Bahkan aerodinamis terkenal Alexander Lippisch memberi penghormatan kepada semangat mereka, dan pada 1930-an, Eric von Holst berhasil merobek ornithopter dari tanah, di mana mesin pembakaran internal dipasang. Namun, tidak mungkin membuat peralatan yang dapat dianggap sebagai prototipe dari sesuatu yang berguna, yang mampu membawa setidaknya satu orang atau kargo, maka itu tidak mungkin. Pada 1960-an, Percival Spencer mendemonstrasikan penerbangan "pesawat terbang terbang" dengan lebar sayap 2,3 m dan mesin dua langkah kecil (5,7 cm3) - dikemudikan oleh operator, dengan kabel.

Roda gila yang lebih besar lepas landas hanya pada awal 1980-an, ketika seorang profesor di Institut Penerbangan Moskow, Valentin Kiselev, merancang peralatan tujuh kilogram yang mampu diluncurkan dan tetap terbang sendiri. Seiring waktu, model dibebaskan dari kabel dan dikendalikan oleh radio. Mengikuti jejak Kiselyov, rekannya di luar negeri James Delorier pindah dalam pekerjaan ini. Pada tahun 1991, Delorière menerima diploma dari Federasi Penerbangan Internasional untuk pembuatan "ornithopter bertenaga dan dikendalikan dari jarak jauh pertama". Pada tahun 2006, modelnya UTIAS Ornithopter No.? 1 lepas landas, dan segera Snowbird berawak terbang ke udara - dalam 14 detik ia terbang sekitar 300 m dengan dorongan otot pilot.

“Ini bukan hasil yang sepenuhnya adil,” jelas mahasiswa Profesor Kiselev, lulusan MAI, Andrey Melnik. - Saya akrab dengan desain ini, dan mereka tidak dapat dianggap sebagai roda gila dalam arti kata yang sebenarnya. Perangkat pertama dilengkapi dengan mesin jet untuk menciptakan daya dorong dan lepas landas. Dan yang kedua menunjukkan hal penting lainnya: bahwa kekuatan otot manusia tidak cukup untuk mengepakkan penerbangan. Bahkan seorang pilot terlatih, seorang atlet, bahkan berhasil terbang sedikit.

gerak bolak-balik
Transmisi mengubah piston mesin menjadi gerakan rotasi roda gigi, dan transmisi engkol mengubahnya kembali menjadi ketukan sayap bolak-balik. Para penemu bermimpi membuat skema ini lebih efisien dengan langsung mentransfer gerakan piston ke sayap.

Dari permainan ke sains

Saya harus mengatakan bahwa jika penerbangan mengepak yang "berguna" belum dikuasai, maka industri game sudah merasa cukup percaya diri di bidang ini. Model kecil pertama dengan karet gelang mulai dijual pada akhir abad ke-19, dan hari ini salah satu mainan populer dengan sayap mengepak, motor listrik, dan kontrol radio ditawarkan oleh WowWee, pengembang robot mainan.

“Saya sendiri yang memulai dengan pemodelan pesawat terbang,” kata Andrey Melnik, “jadi saya bisa membayangkan betapa menuntutnya pesawat untuk keterampilan pilot yang mengendalikannya dari darat. Secara harfiah satu gerakan canggung - dan dia jatuh ke dalam putaran atau gulungan. Dan saya dapat mengatakan bahwa pengalaman saya dalam mengoperasikan roda gila kami menunjukkan bahwa bahkan seorang anak dapat menangani perangkat ini. Kami telah membuatnya sangat stabil sehingga dengan mudah memaafkan semua kesalahan dan tetap di udara. ”

Dana pengembangan pesawat jenis baru yang prospeknya agak meragukan enggan diinvestasikan. Namun, Andrey Melnik dan Dmitry Shuvalov berhasil meyakinkan investor bahwa, berkat teknologi modern dan investasi yang tepat, roda gila dapat dibuat. “Kami berhasil menemukan beberapa poin mendasar yang disalahpahami sebelumnya, termasuk ketika saya bekerja dengan Profesor Kiselev,” tambah sang desainer. - Model pertama kami berantakan, tidak mampu menahan beban. Jadi, diasumsikan bahwa beban seperti itu pada peralatan diciptakan oleh gaya aerodinamis. Namun, tes menunjukkan bahwa ini tidak terjadi, dan mengalami dampak utama karena kelembaman sayap yang mengepak.

Setelah mengetahui alasan kegagalan, pengembang mengurangi berat sayap sebanyak mungkin - menjadi 600 g dengan luas 0,5 m2 - dan mengurangi efeknya pada badan pesawat. “Kejutan nyata bagi kami adalah hasil simulasi, yang menunjukkan bahwa pusat aerodinamis dari kendaraan bersayap empat ini bukan berada di antara sepasang sayap depan dan belakang, tetapi di belakangnya,” kenang Andrey Melnik. - Untuk mengatasi masalah ini, saya harus mengubah geometri bulu depan dan belakang. Tetapi sebagai hasilnya, roda gila mulai dengan percaya diri tetap di udara.

Dari praktek ke teori

Penerbangan pertama roda gila terjadi pada 2012, ketika perangkat, yang masih hampir tidak terkendali, terbang sekitar 100 m, sayap kompositnya yang kaku digerakkan oleh mesin kecil dengan transmisi engkol-dan-batang. Dan setelah enam bulan berikutnya, versi 29 kilogram yang ditingkatkan tetap di udara selama tangki bahan bakar setengah liter cukup - 10-15 menit. Para pengembang telah mengeluarkan paten dari Federasi Rusia No. 2488525 untuk roda gila mereka.

“Di antaranya, kami juga menghadapi masalah manajemen,” lanjut Andrey Melnik. - Secara vertikal, roda gila dibelokkan dan dikendalikan dengan andal, dengan bantuan elevator di unit ekor. Tetapi untuk mengubah arah juga secara horizontal, kami harus memasang ujung sayap tambahan di sayap. Dengan mengubah posisi mereka, menjadi mungkin untuk sepenuhnya mengontrol perangkat dalam penerbangan, melalui saluran radio.

Saya harus mengatakan bahwa jalan layang tidak lepas landas secara vertikal, meskipun membutuhkan landasan yang sangat pendek untuk lepas landas. Hanya 5-10 m - dan dia memimpin. Angka ini dapat dikurangi lebih lanjut, namun, untuk membuat model ukuran penuh yang sebenarnya, desainnya harus ditingkatkan secara serius. Menurut Andrey Melnik, pertama-tama, mekanisme engkol harus ditinggalkan, yang tidak terlalu berhasil untuk menciptakan gerakan mengepakkan sayap. Ini menghasilkan kekuatan inersia yang terlalu berbahaya, yang sangat besar di "titik mati" atas dan bawah dari osilasi. “Jika kita mengambil drive lain yang mampu menyimpan energi dari fase terakhir gerakan dan kemudian menggunakannya untuk bergerak ke arah yang berlawanan, maka itu akan jauh lebih efisien,” kata sang desainer. "Bisa jadi, misalnya, mekanisme pneumatik, kami punya ide seperti itu."

“Yang terburuk adalah kami masih belum mengerti persis bagaimana ia terbang,” lanjut Andrey Melnik. - Baik dengan pendidikan dan keterampilan, kami adalah praktisi, desainer, dan bukan ahli teori, bukan ilmuwan. Tetapi kami dapat dengan pasti mengatakan bahwa model teoretis biasa untuk roda gila tidak cocok, dan pengujian kami mengkonfirmasi hal ini. Secara khusus, koefisien angkat kami ternyata berkali-kali lebih besar daripada sayap pesawat biasa. Mengapa? Saya harap seseorang mengerti." Mungkin semuanya akan benar-benar terjadi dalam urutan yang berlawanan: setelah mengetahui bagaimana roda gila terbang, kita akhirnya akan memahami penerbangan burung dan serangga yang mengepak.