Обыкновенные рычаги человек знает давно, не один десяток тысяч лет, пересекающиеся рычаги появились совсем недавно, вечером 20.11.19, изготовить их очень просто из четырех одноплечих рычагов, попарно расположенных друг против друга на оси. Дверная петля — это пример пары таких рычагов, а значит нам понадобятся либо две петли и длинная ось, на которой они могут расположиться, либо одна петля, распиленная пополам поперек оси (ось оставляем целой). Теперь соединяем дугами диагональные рычаги так, чтобы получившиеся двуплечие рычаги сохранили независимость поворотов на оси: либо обе дуги расположены с одной стороны, тогда одна должны быть больше другой для исключения между ними контакта, либо одна дуга обходит ось с одной стороны, а другая - с другой, в этом случае дуги могут быть одинаковыми и механизм получится симметричным, что позволяет наращивать частоту колебаний до бесконечности. Здесь можно посмотреть видео сборки Стрекозы.
Если взять ось длиннее, добавить еще пару одноплечих рычагов и соединить способом, описанном выше, получим два пересекающихся рычага с тремя концами у каждого, таким образом у двух пересекающихся рычагов может быть сколько угодно концов и здесь проявляется такое свойство, как множитель одновременно исполняемых операций, т.е. пересекающиеся рычаги могут делать то же, что и обыкновенный рычаг, но в n раз больше. Например два пересекающихся рычага могут одновременно махать 4, 8, 12,... и т.д. крыльями, или одновременно (от одного привода) качать 2, 4, 6, … качалками, или ...
Оставим множительное свойство, да и задумывались они совсем для другой задачи: как реализовать машущий полет? Начну с конца: с помощью пересекающихся рычагов которые являются приводом для 4 крыльев, каждое шириной 1м, длинной 2,5м, машущих с частотой 50Гц и угловой амплитудой 90° средняя сила тяги махолета будет равна 403кН, т.е. достаточно для зависания 40т грузовика, или для 28т грузовика (масса снаряженного КАМАЗа 55102) не обтекаемой формы кирпича 2*2м развить 1200км/ч у поверхности земли. Кратко, по шагам обосную.
При колебательных воздействиях на среду максимальной эффективностью обладает плоскость, у нее максимальная разность сопротивлений при ортогональном и параллельном ориентировании. В своей модели использую крыло в виде жалюзи и считаю, что при открытых планках сопротивление нулевое.
Считаю, что при высоких частотах движение крыла равномерное, т. е. использую модель равномерно осциллирующего крыла. Что такое равномерная осцилляция? Попробуйте веслом или снеговой лопатой (чем больше площадь, тем нагляднее) поводить под водой, при постоянном усилии они будут двигаться равномерно, при этом время разгона будет пренебрежительно (по отношению к времени равномерного движения) мало и я им пренебрегу, считая, что крылья мгновенно изменяют скорость на противоположную. Про равномерную осцилляцию подробнее здесь.
C учетом равномерности движения на площадь крыла dS в момент времени t действует сила аэродинамического сопротивления:
где
Здесь с – коэффициент аэродинамического сопротивления, ρ – плотность воздуха, V– скорость, Н – ширина крыла, r – расстояние от точки на крыле до оси, ω – угловая скорость, φ – угол раскрытия крыла (между амплитудными верхним и нижним положениями), T – период (время движения крыла от амплитудного верхнего положения до нижнего и возврат в верхнее), ν – частота (число взмахов в секунду).
На крыло, длиной R, в момент t действует сила аэродинамического сопротивления:
Т.к. движение равномерное, то средняя сила аэродинамического сопротивления крыла на рабочем полупериоде будет равна максимальной. А средняя сила аэродинамического сопротивления за период для 4-х крылого противофазного махолета равна удвоенной максимальной силе одного крыла Fт=2Fсопр, так как в первую половину периода работает одна пара крыльев, а во вторую половину периода – другая пара.
В своей работе «Вращательное аэродинамическое сопротивление» (https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=2767) С.А. Герасимов измерил коэффициент аэродинамического сопротивления для вращающейся плоскости с = 2,5-3. Т.к. пока высоко взлетать не будем, считаем, что плотность воздуха ρ = 1,255 и постоянна.
Теперь вы сами можете посчитать среднюю силу тяги для любого махолета и не только: в воде то же самое, при ширине, и длине весла по 2 м, и угловой амплитуде ±30°, частоте колебаний 13 Гц, Fт = 9884 кН.
Осталось данную модель проверить на опыте, приглашаю всех заинтересованных сделать первую Стрекозу.
Кинематическая пара – это простейший механизм, позволяющий построить максимально сильную патентную защиту, мне нужна помощь в получении патентов за рубежом, буду рад предложениям в сотрудничестве в данном направлении.
заявка PCT: https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf?docId=WO2021177861
Мой сайт: s3koza.ru
