Американцы испытали сложнейший педальный вертолёт

Как и предыдущие попытки взлететь на мускульном вертолёте, нынешняя прошла в закрытом помещении – университетском спортзале (фото Matt McClain/Washington Post).

11 мая 2011 года была предпринята попытка завоевать приз Сикорского. Он давно ждёт смельчаков, которые сумели бы устойчиво воспарить на вертолёте с мускульным приводом. Пока чуда не произошло, но штурм продолжится сегодня, 12 мая. Состоится исторический прорыв или нет, в любом случае созданная за океаном машина заслуживает внимания.

Вертолёт Gamera построила команда из полусотни студентов и аспирантов университета Мэриленда. Они назвали аппарат в честь Гамеры — гигантской летающей черепахи из серии японских фильмов, второго по популярности монстра после Годзиллы.

Летающая огнедышащая черепаха — что может быть безумнее? Разве что надежда выиграть приз Сикорского (Sikorsky Prize), учреждённый Американским вертолётным обществом (AHS) более 30 лет назад.

Схема «Гамеры» и её части. Разработчики аппарата особенно гордятся углепластиковыми деталями, созданными по оригинальной методике с выравниванием углеродных волокон в одном направлении, что повышает отношение прочности к весу (иллюстрации University of Maryland).

Требования приза (PDF-документ) вроде просты: минимальная продолжительность полёта — 60 секунд, максимальная его высота полёта — хотя бы три метра, при этом аппарат должен оставаться в пределах 10-метрового квадрата. Но всё это только за счёт силы пилота, включая раскрутку ротора до скорости отрыва машины от земли.

Самолёты на мускульной тяге летают давно и очень успешно, минувшей осенью удачно полетел и махолёт, приводимый в движение пилотом. Но теоретические расчёты говорили — аналогичное достижение для вертолёта едва ли возможно. Слишком нерационально он использует доступную энергию.

Подготовка «Гамеры» к полёту (фотографии Matt McClain/Washington Post).

Немало попыток выиграть соревнование было предпринято за последние годы, но приз и ныне там. А ведь в 2009 году благодаря компании Сикорского (Sikorsky Aircraft) размер вознаграждения вырос с $20 тысяч до $250 тысяч.

Но лучшее, что до сих пор было показано официально, — 0,2 метра высоты подъёма и 19,46 секунды времени. Так отличился японский аппарат Yuri I ещё в 1994 году.

Рекордный полёт Yuri I (фотографии с сайта humanpoweredhelicopters.org).

Неофициально Yuri I поднимался на 0,7 метра и летал 24 секунды кряду, но и этого, понятно, слишком мало для получения приза. С тех пор никто японцев не обошёл. И вот американцы делают серьёзную заявку.

На проектирование и постройку «Гамеры» ушло два года. В качестве материалов использовались традиционные для подобных конструкций лёгкие бальса, углеволокно, майлар и пенопласт.

Летающая машина из Мэриленда оснащена винтами на каждом из четырёх концов её Х-образной рамы. Место пилота находится посередине. Каждая перекладина рамы достигает 18,3 метра в длину. Диаметр каждого ротора — 12,8 м.

Вместе со своим пилотом аппарат весит примерно 95 килограммов (сама машина тянет чуть больше, чем на 45 кило, пилот — около 49). Человек вращает подъёмные винты при помощи ручного и ножного педального привода. Усилие на лопасти передаётся через цепи, шестерни, шкивы и струны.

Хотя введение дополнительного силового привода от рук усложнило вертолёт, команда посчитала, что таким способом можно получить порядка 10% от суммарной мощности, а в сочетании с тренировками пилота — нарастить тягу мускульного аппарата.

Кроме того, ометаемая площадь несущих винтов новой машины на 70% больше, чем у лучших мускульных вертолётов — предшественников.

Наконец, авторы аппарата расположили его лопасти поближе к земле, чтобы использовать экранный эффект.

Пилотом выступила аспирантка университета Мериленда Джуди Векслер (Judy Wexler) — биолог и тренированный велосипедист, откликнувшаяся на предложение студенческой команды помочь в установлении мирового рекорда.

Перед попыткой взлёта Векслер разогревалась на велосипеде (фото Matt McClain/Washington Post).

Первый запуск «живой машины», предпринятый утром 11 мая, закончился поломкой аппарата. Университетская команда на месте починила «Гамеру», и штурм приза Сикорского продолжился.

По информации Washington Post, в ходе лучшей из целой серии попыток взлёта Джуди сумела разогнать роторы своей машины до 16 оборотов в минуту, но от земли аппарат так и не оторвался. По оценке команды, скорость винтов для обеспечения отрыва должна составлять 17-18 оборотов в минуту.

Джуди отметила, что ей трудно было подобрать верный темп набора скорости: мол, если наращивать обороты слишком медленно — тратишь драгоценные силы, а слишком быстро — в «воздушной» конструкции вертолёта можно что-нибудь сломать (фотографии Matt McClain/Washington Post, AP/Jose Luis Magana).

В конце концов даже зрители устали ждать и разошлись. Было решено сделать перерыв и продолжить попытки на следующий день. По московскому времени это будет вечер 12 мая.

«Если мы даже просто оторвёмся от земли, то будем номером три, — заявил один из создателей машины Брендон Буш (Brandon Bush). — Мы просто должны сделать это». Похоже, о трёх метрах высоты полёта речи уже не идёт. Или всё-таки самый крупный и сложный педальный вертолёт возьмёт заветную планку? Посмотрим.

Update: Washington Post пишет, что вечером в четверг «Гамера» наконец-то оторвалась от земли!

Высота полёта была небольшой, продолжительность — около четырёх секунд. Это бесконечно далеко от требований приза, но команда из университета Мэриленда празднует победу. «Гамера» стала третьим в истории вертолётом на мускульной тяге, сумевшим подняться в воздух и первым, пилотируемым женщиной.



Европейский гибридный вертолёт прошёл тест на скорость

13 декабря 2010

Канадский мускульный орнитоптер установил мировой рекорд

23 сентября 2010

Вертолёт Sikorsky обновил рекорд скорости

17 сентября 2010

Побит мировой рекорд скорости вертолётов

5 августа 2010

Вертолёт-робот прицельно сбросил грузы с парашютом

5 мая 2010
  • Сергей   12 мая, 15:45
    Отец российской демократии указывает на пункт 4.1.4 документа, который конечно дальновидно запрещает накопители энергии, но почему-то исключает из их числа роторы и лопасти.
    Вот и вполне взрослая лазейка. А всего-то делов, плавно управляемый угол атаки запилить. И хлама меньше: ротор один, но тяжелее.

    Думаю, велосипедистка за минуту накачает 30кДж при необходимых пяти, взлетит, а потом ещё минут пять сможет висеть.

    Более того, чтобы попусту не баламутить воздух, сама конструкция скорее должна напоминать юрту с заборником сверху.

    Также гигант мысли видимо пропустил, по тексту, можно или нельзя делать юбку, свисающую до земли, но её не касающуюся? (пункт о сбросе запчастей, 4.1.5.))))

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  12 мая, 16:57
    Юбка превратит вертолёт в СВП. Наверное, специалисты AHS будут против такого подхода.
    Что до роторов — они чрезвычайно лёгкие и вращаются медленно — накопители энергии из них плохие.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   12 мая, 17:53
    А ничто же не мешает укоротить, утяжелить и ускорить.

    Ошибка в рассчетах : 5 кДж это чисто потенциальная энергия (150 кг/ 3 метра), с учетом кпд потратит на подъём девушка почти всё. Мда..
    Но ничего! Две минуты вместо одной будет крутить/накачивать!

    Можно считать, что даже без сомнительной юбки приз у нас в кармане)))

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  12 мая, 18:25
    Так они с весом аппарата борются как могут, в качестве пилота девушку берут, а вы — утяжелить! Не забывайте — вам и подъёмную силу тогда придёться создавать большую. А это — больше потребная мощность, которой и так мало. Замкнутый круг.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   12 мая, 19:28
    По-порядку:
    — тренированную девушку оставляем в проекте;
    — положим её мощность 500 Вт в течение 10 минут; 65 кг;
    — вес аппарата 85 кг, из них половина — лопасти;
    — диаметр аппарата 10..12 м; по форме — труба с лёгкой плёночной стенкой; всё тяжелое — в середине;
    — 3-4 лопасти с управляемым углом атаки; при нулевом угле подъёмной силы не создают и раскручиваются до 8..10 об/с; в конструкции лопастей парочка тяжелых обручей «для жесткости»
    По достижении необходимой скорости (2 мин) девушка резко увеличивает угол атаки и взлетает за 1 секунду на 3-4 метра, естественно, с мощностью несколько большей, чем 500 ватт))
    Дальше всё зависит от того, достаточная ли площадь трубы (ограждения, но не юбки) для создания подушки. Но и остатки запасённой (строго по правилам!) энергии на мой взгляд может хватить для поддержания висячего положения системы. Для этого важно не улетать слишком далеко. То есть, очень точно дозировать управление лопастями.

    Да, и, на мой вкус, я бы заменил велосипедиста на гребца — при разгибании туловища и вытягивании ног мощности побольше.

    Для взлёта можно применить доп. трюк: сначала короткое время подсасывать воздух снизу, чтобы возник поток вверх, а потом резко переключиться на взлёт. Но это только если труба лежит не плотно на поверхности.

    Бедная девушка.

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  12 мая, 20:27
    На трёх метрах уже никакой подушки — только винт. Если в кольце, то это воздуходувка. И это совсем другие энергозатраты. А минута времени это прилично (правда на «всех трёх» метрах достаточно провисеть хоть секундочку, но всё же..).
    При росте угла атаки лопастей пойдёт резкое торможение ротора, которое девушке нечем будет компенсировать.
    Гребец сильно раскачает аппарат.
    Рост веса машины для нас губителен.
    ОтветитьНравится
  • Сергей   13 мая, 05:06
    Вес не увеличиваем, ведь такая конструкция гораздо компактнее, вес- растёт в кубе от линейного размера, так что остаются два основных компонента: человек и винт. Или м.б. два соосных винта, для компенсации вращения (в документе, кажется, об этом есть).

    Расход накопленной энергии вопрос скорее тактический. (Мы уж немного оставим для висения)) Девушка будет только добавлять к имеющимуся, безусловно, уменьшающимуся, запасу.

    ОтветитьНравится
  • Виктор Бутрий  20 мая, 07:21
    500 Вт в течении 10 минут — это слишком. На лошадь девушка совсем не похожа, но полагаете что 2/3 лошадиных силы в течении 10 минут может дать?
    ОтветитьНравится
  • Вот такими и должны стать Олимпийские Игры будущего. Пусть вместо соревнования фармакологов (кто выдумает лучший допинг) будет соревнование инженеров.
    ОтветитьНравится
  • как один из вариантов — девчонку превратить в массивный ротор, пусть раскручивает себя до необходимых оборотов, а затем подключает лопасти вертушки. Запасённой энергии вполне хватит чтобы взлететь и продержаться в воздухе необходимое время.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  12 мая, 21:22
    так она еще и из отряда космонавтов должна быть? :)
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  13 мая, 09:15
    Поздравляю всех — смотрите Update в конце материала.
    ОтветитьНравится
  • Есть у меня одно очень простенькое изобретенице, если бы они догадались сделать так, то легко бы летали и выше и дольше гораздо, и премию Сикорского получили бы, но они сделали все не так как надо, странно что не могут понять таких простых вещей. Но подсказывать им за здорово живешь, как-то не охота, пусть сами думают, нашим бы подсказал.
    ОтветитьНравится
  • Кирилл Руков  15 мая, 00:51
    Простите, Александр, но у вас мания величия.
    ОтветитьНравится
  • Вероятно и у меня — мания :)
    1 Надо снизить вес конструкции на 30-50%.
    2.Увеличить на 20-40% эффективность движителя.
    3,Повысить аэродинамическое качество лопастей (в данном проекте лопасти создают избыточную турбулентность).
    Know how,
    ОтветитьНравится
  • Кирилл Руков  1 июня, 08:11
    Там прочность конструкции на приделе, куда еще вес уменьшать, — там же больше всего весят уплотнители всякие да шарниры, всякие дополнительные конструкции для устойчивости.
    ОтветитьНравится
  • Не сочтите за коан, но всёже подумайте, а нужна ли конструкция?
    Или менее радикально — такая конструкция?
    ОтветитьНравится
  • Александр, вы правы. Материалы конструкции новые, совревенные, а мышление старое и допотопное. С первого взгляда на это творение становиться понятным что кроме функции тренажёра оно ни на что не способно.
    ОтветитьНравится
  • Мания величия присуща всем, ныне воплощенным на земле, это естественно для нашего уровня и потому не зазорно. Возвеличивание, один из главных стимулов развития в нашем обществе, и нарочитая скромность выдает большего лицемера чем обычная гордыня. Я полагаю что правильнее всего быть открытым и честным, пусть даже в гордыне своей.
    А на счет ветролета мне хватает соображения уверенно и точно оценить качество своего изобретения, и оно вполне реально позволит создать аппарат дающий возможность с помощью мускульной силы человека летать выше трех метров и более 10 минут.
    ОтветитьНравится
  • На мой взгляд этот аппарат не будет летать. Во первых девушке нужно так крутить педали чтобы дым шел, это как минимум скипидар нужен чтобы на спину или ниже лить.
    А потом вспомнил фразу из бриллиантовой руки — Лелик останови, я выйду!
    Если даже и взлетят то остановиться не получится.
    ОтветитьНравится
  • 2 Константин Ковальчук — остановиться может не получится, но приз сикорского возьмут. ;-) Четверть лимона грина — это не хухры мухры.

    Интересно — а почему именно крутить педали? Никто не думал над тем, что больше энергии можно выдать при выполнении других движений? Все таки это достаточно ограниченная группа мышц. Как насчет гребных движений — там помимо всех ножных мышц принимает участие еще и куча других — руки, плечи, спина. Надо поговорить со спортивными медиками — может они что подскажут. Я когда греблей занимался тренер говорил, что гребля — один из самых энергозатратных видов спортивных усилий. Энергия, конечно получается прерывистая, но может того стоит? Или построить вертолет для двух человек — тогда прикладываемые усилия будут почти сбалансированы.

    Возможно, будет выгодгнее, даже построить аппарат для значительного большего количества людей — 4 там или 6. Т.к. масса аппарата будет расти ,однозначно, не в арифметической прогрессии в зависимости от количества команды. Кстати, в условиях конкурса все время упоминается «crew», а не «Pilot». Соответственно, будет уменьшаться отнесенная масса аппарата, которую каждый член команды своими усилиями должен будет поднять помимо своего веса. А все зациклились на одноместных. Хотя, в таком случае, даже приз может не покрыть затрат на изготовление.

    ОтветитьНравится
  • Можно сделать и одноместный на педалях, только не так как амеры это делают, все проще на много, и летать будет спокойно и как угодно долго. Если приз четверть миллиона, то можно смело вложить 50тыс долларов и заработать 200 тысяч, как сделать знаю, осталось только найти желающего получить приз и готового потратить на это 50 тыс.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Ишутинов  13 июля, 13:59
    В Канаде создали первый достойный приза Сикорского педальный вертолет.
    Американское вертолетное сообщество впервые за 33 года вручило приз Игоря Сикорского за создание вертолета на мускульной тяге, сообщается в пресс-релизе сообщества.
    Приз Сикорского в размере 250 тысяч долларов достался проекту канадской компании AeroVelo, близкой к университету Торонто. Созданный AeroVelo вертолет на мускульной тяге под названием Atlas сумел выполнить условия для получения награды — продержаться в воздухе на высоте трех метров не менее 60 секунд. По условиям конкурса, летательный аппарат должен был приводиться в движение только усилиями одного человека.
    lenta.ru/news/2013/07/13/helicopter/
    ОтветитьНравится
  • Евгений Ишутинов 13 июля, 13:59
    педальный вертолет.
    -------------------------------------------------------

    А коней педальных нету?

    ОтветитьНравится
  • Евгений Ишутинов  13 июля, 19:16
    Александр Иерархов 13 июля, 17:09
    А коней педальных нету?
    ===
    В детстве был такой у соседа, папа у него в прокуратуре работал.
    Жадиной был и ни с кем не делился.
    ОтветитьНравится
  • Канат Абильдинов  13 июля, 15:45
    Вот именно потому, что трудно сделать аппарат на мускульной тяге, способный поднять в воздух человека и обеспечить полноценный полет, и сомнительно, что птерозавр с размахом крыльев в 16 м мог летать в условиях, идентичных современным.
    ОтветитьНравится
  • А у него КПД было 1000%...
    ОтветитьНравится
  • Евгений Ишутинов  13 июля, 20:43
    Канат Абильдинов 13 июля, 15:45
    «... и сомнительно, что птерозавр с размахом крыльев в 16 м мог летать в условиях, идентичных современным.»
    ===
    Чего сомневаться-то, система управления полетом у птерозавра на порядок лучше чем у человека, да и весил он вдвое меньше, а силой перевосходил его. Если человек способен отрываться от земли, не прилагая особых усилий, и подняться в небо, то что и говорить о тех у кого это на роду написано.
    Epic Self Powered Plane
    www.youtube.com/watch?v=ghulwll702A
    ОтветитьНравится
  • Канат Абильдинов  14 июля, 15:26
    У него сила мышц прилагалась практически перпендикулярно к подъемной силе. Человеку гораздо легче крутить педали, чем птице взмахивать крыльями.
    ОтветитьНравится
  • Канат Абильдинов  14 июля, 15:59
    У колибри, стрекоз, даже у летающих жуков система управления полетом покруче будет: могут и зависнуть, и назад полететь и вбок. Да, только, не дорастают они до таких размеров. Понятное дело, что стратегия(техника) полета у них иная, но если речь об управление полетом, то у них она покруче, чем у парящих созданий.
    Птерозавр, по некоторым оценкам, даже с учетом полых костей, достигал 70 кг и это еще не 16 метровый, а 12 метровый (в размахе крыльев).
    Чем меньше вес тела и больше крылья, тем сложнее с ними (крыльями) справляться. Поэтому нет смысла искусственно занижать вес птерозавров.
    Птерозавру просто парить — мало, надо ещё и охотиться, взмахивать 8-метровыми крыльями при помощи легких, но хрупких полых костей (а это покруче будет, чем даже двумя парусами от виндсерферов размахивать).
    А переться в гору для того, чтобы поймать восходящие потоки — такое только человек может себе позволить.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Ишутинов  13 июля, 19:49
    ОтветитьНравится