Как сделать из бумаги орнитоптер. Большие достижения миниатюрных орнитоптеров

Орнитоптер - это воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придаётся маховое движение.

Орнитоптером интересовались еще в древности, ведь именно так летают птицы.

Есть даже чертежи орнитоптера сделанные Леонардо ДеВинчи.

Для изготовления самодельного махолета-орнитоптера своими руками потребуются следующие расходные материалы:

На картинке внизу вы можете увидеть чертежи для изготовления орнитоптера своими руками.

Для изготовления лучше использовать липу или бальсу, можно применить карбоновые трубки или, как делают наши китайские товарищи – пластиковые прутки. Впрчем, можно выстругать и ил любого дерева – березы, липы и тд.

Соединение реек рамы производится по типу шип-паз и обматывается нитками с пропиткой клеем.

Передние кромки крыльев тоже приматываются к рычагам нитками, но перед этим в них делаются отверстие через которое пропускается шип рычага.

Подшипник вала резиномотора и рычагов можно сделать из изоляции от провода, можно также из частей стержня от ручки, они также приматываются нитками и нитки пропитываются клеем. Из проволоки выгибается коленвал подобный тому, что на рисунке, далее на него одевается бусина и он вставляется в подшипник, после чего выгибается крючок (см. рисунок). Выгибаются рычаги и после того как они вставятся концы их загибают.

Хвост-стабилизатор скрепляется из реек тем же способом что и рама, после чего к нему приматывается нитками проволока и изгибается как на фото.

В раме орнитоптера делается надрез в который вставляется проволока, после чего обматывается нитками и проклеевается.

Дальше изготавливаются шатуны, их делаем бамбуковые, просто от него удобно отколоть тонкие палочки, на концы их надеваем трубочки из изоляции проводов, в трубочках прожигаем отверстия, нагреваем проволоку над свечкой и быстро ей протыкаем трубку. Трубочки делаем подлиннее с того конца где вставляется палочка, это вам понадобится для регулировки.

Натягиваем резинки две меж крючками и закручиваем резиномотор, но не сильно, и отпускаем, должны начать двигаться крылья, если их ход не одинаков, то подогните передний кривошип.

Дальше смазываем резиновым клеем центральную нервюру и рейки кромок, накладываем на пленку наш летательный аппарат и расправляем ее, чтоб пленка провисала, но не сильно, стараемся делать одинаково с обеих сторон иначе он будет летать кругами.

При использовании резинового клея желательно подкрепить все небольшими полосками скотча.

Также следим за одинаковостью крыльев.

Обязательно даем просохнуть клею, а потом запускаем!

Если вам не совсем понятна постройка, посмотрите видео ниже.

Видео изготовления орнитоптера своими руками

А вот полет миниверсии орнитоптера весом 3 грамма.

Как настроить орнитоптер

Если ваша птица пикирует загните вверх хвост, если кабрирует (задирает нос и падает), то наоборот опустите. Также изменением длины шатунов добиваемся большей стабильности и тяги при полете.

Если все собрано правильно эта модель набирает высоту прямолинейно, после чего медленно помахивая крыльями планирует, дальше садится чуть поджав крылья. Комнатная моделька больше похожа на стрекозу при наборе высоты, частота взмахов достигает 20Гц. При сборке большей модели время полета, высота и зрелищность полета увеличиваются, падает частота взмахов, но нужно более мощную и длинную резинку

Однако полеты на резиномоторе не очень увлекательны. Гораздо интереснее – радиоуправляемый орнитоптер.

Как сделать радиоуправляемый орнитоптер

На видео выше – оснащение мотором и радиоуправлением самодельного орнитоптера.

Это видео продолжает то, которое показано в разделе изготовления орнитоптера.

Удачных полетов!

Орнитоптеры - это механизмы, использующие машущие крылья для полета подобно птицам.
Специалисты лаборатории Летающих Микро Устройств (MAV) из Университета Аризоны наловчились создавать этих летающих малюток по чертежам Леонардо Да Винчи и смогли даже наладить их массовое производство.

Представленный аппарат является самым маленьким орнитоптером в мире. Не превышая размером колибри, этот механизм летает за счет крыльев, совершающих маховые движения 40 раз в секунду, не используя при этом пропеллера, как большинство моделей летательных аппаратов. Цифровое управление по радиосигналу обеспечивает плавные повороты, взлеты и снижения. Рама орнитоптера выполнена из прочного, но легкого пластика. Крылья и хвост покрыты нервущимся мейларом. Литиевый аккумулятор позволяет находиться в полете до 7ми минут.

Рассмотреть миниатюрный орнитоптер подробнее можно

Другой мини-орнитоптер, созданный лабораторий Университета Юты специально для участия в соревнованиях, построен из углепластиковых элементов. Для управления им применяется трехканальная радио-система. Вместо стандартных серво-моторов применяются «соленоиды поверхностного управления» (перевод может быть не точен), использующие электромагнитные импульсы для приведения поверхностей вдвижение. В сердце этой микро-птахи находится миниатюрный вибро-модуль от пейджера.

Участвуя на многочисленных американских и международных соревнованиях миниатюрных летательных аппаратов эта кроха раз за разом приходила победителем, занимая первые места в мире среди орнитоптеров и вторые среди миниатюрных летательных аппаратов вообще.

А вот как это маленькое чудо выглядит в полете.

Почему люди не летают как птицы? Еще как летают: аэродинамика у самолета почти та же, что и у пернатых, хотя над полностью «морфируемым», изменяемым крылом люди еще работают. В полете мы достигли больших высот. Если пересчитать на килограммы массы и километры полета, современный авиалайнер тратит энергии меньше, чем птица.

Древняя, как весь наш род, мечта летать как птица - то есть свободно махая крыльями - остается невоплощенной. Мечта эта так сильна, что хотя до сих пор ни одна авиакомпания и ни одна армия мира не эксплуатирует ни единого орнитоптера, действующая Конвенция о международной гражданской авиации включает его определение: «Воздушное судно тяжелее воздуха, которое поддерживается в полете в основном за счет реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение».

От самолета до вертолета

Впрочем, у мечты о маховом полете есть и практическая сторона. Аэродинамическое качество - отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, которое определяет эффективность полета - у самолетов исключительно высоко. Но самолеты требуют дорогих и сложных аэродромов, больших взлетно-посадочных полос. Вертолеты в этом смысле удобнее, они взлетают и садятся вертикально, не требуя для этого какой-либо инфраструктуры. Они намного маневреннее и даже способны зависать неподвижно. Но аэродинамическое качество вертолетов невысоко, и час их полетного времени стоит совсем недешево.

Попыток скрестить одно с другим делается немало - у винтокрылых автожиров и конвертопланов есть свои поклонники. Для решения некоторых узких задач эти летательные аппараты могут быть даже незаменимы. Но все-таки такие гибриды оказываются не слишком удачными: известна шутка о том, что они соединили не столько достоинства, сколько ключевые недостатки и самолетов, и вертолетов. Но вот махолеты могут оказаться подходящим решением. Теоретически, они сумеют взлетать с места, будут маневренны вплоть до способности зависать в воздухе и смогут демонстрировать почти самолетное аэродинамическое качество.

Но первые неловкие воздухоплаватели задумывались, конечно, не о самолетах, которых еще вовсе не было, а о птицах. Казалось, что достаточно научиться отталкиваться от воздуха крыльями - и человек полетит. С такими взглядами, конечно, никто из них так и не смог оторваться от земли. Крылатые механические приспособления в лучшем случае позволяли неловко планировать, как это проделал легендарный монах-бенедиктинец Эйлмер, который около тысячи лет назад сиганул с башни Малмсберийского аббатства в Англии, получив тяжелые травмы.

Крошечные орнитоптеры разрабатываются в разных странах мира. Как правило, авторы их пытаются с большей или меньшей точностью сымитировать природу, повторив конструкцию летающего насекомого. В мае 2015 года Питер Эббил и Роберт Дадли из лаборатории биомиметических миллисистем Университета Беркли продемонстрировали весьма эффектный взлет 13,2-граммового махолета с «пусковой установки» на спине шестиногого микроробота.

От птицы до насекомого

Причина многочисленных неудач понятна: саму сущность полета в те годы представляли достаточно смутно. Подъемную силу птицам дает не опора на воздух, а особый контур профиля крыла. Разделяя набегающий поток надвое, он заставляет воздух над верхней кромкой двигаться быстрее, чем над нижней. По закону Бернулли, давление будет выше в области с более медленным потоком. Возникающая разница между давлением под крылом и над ним создает подъемную силу. Но стоит начать махать крыльями - и эта ясная картина полностью меняется.

Известная поговорка гласит, что «по законам аэродинамики шмели вообще не могут летать». В принципе, это справедливо: с точки зрения классической аэродинамики насекомые и их крылья - это нечто несусветное. Даже в теории они неспособны создать подъемную силу и тягу, необходимые для полета, - если только мы не перейдем от классической аэродинамики планера к новой, нестационарной. Здесь все иначе: турбулентные завихрения, с которыми конструкторы самолетов борются не покладая рук, становятся ключом к полету и шмеля, и его родственников.

Крупные птицы используют взмахи лишь изредка - например, когда необходимо затормозиться для посадки или взлететь. Эти взмахи плюс движения ног позволяют им получить направленную вперед тягу, для того чтобы в действие вступила подъемная сила крыла. Насекомые же машут крыльями постоянно, причем по особой траектории, скорее вперед-назад, чем вверх-вниз. В сочетании с гибкостью крыльев и достаточной частотой взмахов это создает у их передней кромки турбулентные завихрения, которые «сбрасываются» с края крыла в верхней и нижней точках. Они и создают достаточную для полета шмеля подъемную силу и тягу.

Меняя скорость первой и второй фаз движения, насекомое контролирует направление этих сил, маневрируя в воздухе. И даже щетинки, бугры и неровности на поверхности крыла - отличие от обтекаемого крыла самолета - работают на образование турбулентных вихрей.

От Москвы до Торонто

Этих тонкостей не знали долго и до конца не понимают до сих пор. Но оказалось, что в простейшем случае это и необязательно. Еще до Второй мировой войны немецкие авиаконструкторы с успехом запускали небольшие легкие орнитоптеры, использующие для привода скрученный резиновый жгут. Увлечению ими отдал дань даже знаменитый аэродинамик Александр Липпиш, а в 1930-х Эрику фон Хольсту удалось оторвать от земли орнитоптер, на который был установлен двигатель внутреннего сгорания. Однако создать аппарат, который можно было бы рассматривать как прототип чего-нибудь полезного, способного нести хотя бы одного человека или груз, тогда так и не удалось. В 1960-х Персифаль Спенсер продемонстрировал полет «орниплана» с размахом крыльев 2,3 м и крошечным (объемом 5,7 см3) двухтактным двигателем - пилотировался он оператором, по кабелю.

Более крупный махолет взлетел лишь в начале 1980-х, когда профессор Московского авиационного института Валентин Киселев сконструировал семикилограммовый аппарат, способный самостоятельно стартовать и оставаться в полете. Со временем модель освободилась от кабеля и управлялась по радиосвязи. По следам Киселева в этой работе двигался его заокеанский коллега Джеймс Делориер. В 1991 году Делориер получил диплом Международной федерации аэронавтики за создание «первого оснащенного двигателем и дистанционно управляемого орнитоптера». В 2006 году его модель UTIAS Ornithopter No.?1 взлетела, а вскоре поднялся в воздух и пилотируемый махолет Snowbird - за 14 секунд он пролетел около 300 м на мускульной тяге пилота.

«Это не совсем честный результат, - поясняет ученик профессора Киселева, выпускник МАИ Андрей Мельник. - Я знаком с этими конструкциями, и их нельзя считать махолетами в полном понимании этого слова. Первый аппарат оснащался реактивным двигателем для создания тяги и взлета. А второй продемонстрировал еще одну важную вещь: что мускульной силы человека для машущего полета недостаточно. Даже подготовленному пилоту, спортсмену, и то удалось пролететь совсем немного».

Возвратно-поступательное движение
поршней двигателя трансмиссия преобразует во вращательное движение зубчатых колес, а кривошипно-шатунная передача превращает его снова в возвратно-поступательные взмахи крыльев. Изобретатели мечтают о том, чтобы сделать эту схему эффективнее, напрямую передавая движения поршней крыльям.

От игры до науки

Надо сказать, что если «полезный» машущий полет не удается освоить до сих пор, то игровая индустрия чувствует себя в этой области уже вполне уверенно. Первые небольшие модели на резинке появились в продаже еще в конце XIX века, а сегодня одну из популярных игрушек с машущими крыльями, электромотором и на радиоуправлении предлагает компания-разработчик игрушечных роботов WowWee.

«Я сам начинал с авиамоделирования, - говорит Андрей Мельник, - поэтому представляю, насколько требовательны самолеты к мастерству пилота, управляющего ими с земли. Буквально одно неловкое движение - и он заваливается в штопор или в крен. И я могу сказать, что мой опыт управления нашим махолетом показывает, что с этим аппаратом справится даже ребенок. Он получился у нас настолько устойчивым, что легко прощает все ошибки и остается в воздухе».

Средства в разработку нового типа летательных аппаратов при довольно сомнительных перспективах вкладывают неохотно. Однако Андрею Мельнику и Дмитрию Шувалову удалось убедить инвесторов, что благодаря современным технологиям и при должных вложениях махолет можно создать. «Нам удалось нащупать несколько принципиальных моментов, которые прежде, в том числе и когда я работал с профессором Киселевым, понимались неверно, - добавляет конструктор. - Первые наши модели просто разваливались, не выдерживая нагрузки. Так вот, предполагалось, что такую нагрузку на аппарат создают аэродинамические силы. Однако испытания показали, что это не так, и основное воздействие он испытывает из-за инерции машущих крыльев».

Выяснив причины неудач, разработчики максимально снизили вес крыла - до 600 г при площади 0,5 м2 - и демпфировали его воздействие на фюзеляж. «Настоящим сюрпризом для нас стали результаты моделирования, которые показали, что аэродинамический центр четырехкрылого аппарата находится не где-то между передней и задней парой крыльев, а позади них, - вспоминает Андрей Мельник. - Чтобы решить эту проблему, пришлось изменить геометрию переднего и заднего оперений. Но в результате махолет стал уверенно держаться в воздухе».

От практики до теории

Первый полет махолета состоялся в 2012 году, когда аппарат, еще почти неуправляемый, пролетел около 100 м. Его жесткие композитные крылья приводились в движение небольшим двигателем с кривошипно-шатунной передачей. А спустя еще полгода усовершенствованная 29-килограммовая версия оставалась в воздухе уже столько времени, на сколько хватало полулитрового топливного бака - 10−15 минут. На свой махолет разработчики оформили патент РФ №?2488525.

«Помимо прочего, мы столкнулись еще и с проблемой управления, - продолжает Андрей Мельник. - По вертикали махолет отклонялся и управлялся надежно, с помощью рулей высоты на хвостовом оперении. А вот чтобы менять курс еще и по горизонтали, нам пришлось установить на крыльях дополнительные законцовки. Меняя их положение, стало возможным полностью управлять аппаратом в полете, по радиоканалу».

Надо сказать, что вертикально махолет все-таки не взлетает, хотя для разбега ему требуется очень короткая полоса. Всего 5−10 м - и он уходит в отрыв. Эту цифру можно еще уменьшить, однако для создания настоящей полноразмерной модели конструкцию придется серьезно усовершенствовать. По словам Андрея Мельника, прежде всего требуется отказаться от кривошипно-шатунного механизма, не слишком удачного для создания машущих движений крыльями. Он порождает слишком опасные инерционные силы, которые особенно велики в верхней и нижней «мертвых точках» колебания. «Если мы возьмем другой привод, который способен накапливать энергию последних фаз движения и затем использовать ее для движения в обратном направлении, то он будет гораздо эффективнее, - говорит конструктор. - Это может быть, например, пневматический механизм, такие задумки у нас есть».

«Хуже всего то, что мы так и не понимаем в точности, как же он летает, - продолжает Андрей Мельник. - И по образованию, и по навыкам мы - практики, конструкторы, а не теоретики, не ученые. Но мы точно можем сказать, что обычные теоретические модели для махолета не подходят, и наши испытания это подтвердили. В частности, коэффициент подъемной силы у нас оказался в разы больше, чем у типичного самолетного крыла. Почему? Надеюсь, кто-нибудь разберется». Быть может, все действительно произойдет в обратном порядке: выяснив, как летает махолет, мы, наконец, разберемся и в машущем полете птиц и насекомых.