Суббота, 23.09.2017, 14:06
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год)

Есть ли будущее у орнитоптеров?
Историко-исследовательская работа
Есть ли будущее у орнитоптеров?
 
 
Автор: ШИПИЛОВ Павел Александрович
Место учебы: ГБОУ СОШ №1 "Образовательный центр" с. Сергиевск
Самарская область, Сергиевский район
Руководитель: Шипилов Александр Геннадьевич
Место работы: ГБОУ СОШ №1 "Образовательный центр" с. Сергиевск (учитель технологии)

План исследовательской работы:

1. Цель работы.
2. Введение.
3. Орнитоптеры Леонардо да Винчи.
4. Дальнейшие разработки орнитоптеров
   4.1. Разработки в России и СССР.
   4.2. Разработки Франции.
   4.3. Разработки в Австрии и Германии.
   4.4. Разработки в Америке.
5. Разработки орнитоптеров в наши дни.
   5.1. Орнитоптеры для полета человека.
   5.2. Орнитоптеры - беспилотники. 
6. Современная классификация орнитоптеров. 
7. Недостатки и преимущества орнитоптеров. 
8. Выводы.
9. Используемые источники.
 
   1. Цель работы.
   Целью моей работы является исследование известных истории проектов по созданию орнитоптеров, а также перспектив создания такого летательного аппарата в будущем.
   2. Введение.
   Человек издавна мечтал летать. Примером для подражания полета он выбрал птиц.  И не удивительно, что первые летательные аппараты конструировались по их подобию, то есть полет основывался на принципе машущего крыла.
   До нашего времени дошло множество легенд, мифов и рассказов о попытках человека летать.
   Наиболее известен миф Древней Греции об Икаре, сыне Дедала, пересказанный поэтом Овидием. В этом мифе говорится  о том, как, оказавшись со своим сыном в плену у царя Миноса на острове Крит, Дедал долго
искал способ обрести свободу и наконец нашел его. «Если нельзя уйти ни по земле, ни по воде, то я убегу такой дорогой, где Минос бессилен: я улечу по воздуху», - решает Дедал. Он  долго собирал птичьи перья, чтобы сделать две пары крыльев - для себя и своего сына Икара. На изготовленных крыльях они поднялись в небо. Икар взмыл высоко в небо, к жаркому солнцу. Воск скреплявший перья крыльев растаял и Икар упал в море, погибнув, в его волнах.

   В Греции же и было дано название типу летательных аппаратов, которые повторяли полёт птиц.
Так... ОРНИТОПТЕР (от греческого ornithos "птица" и pteron "крыло") – летательный аппарат тяжелее воздуха, который держится в воздухе за счет принципа машущего крыла. В русском языке есть синонимы этого слова – махолет и птицекрылый или машущекрылый летательный аппарат.
   3. Разработки Леонардо да Винчи.

"Посмотри на крылья, которые, ударяясь о воздух, поддерживают тяжёлого орла в тончайшей воздушной выси, вблизи стихии огня, и посмотри на движущийся над морем воздух, который, ударяя в надутые паруса, заставляет бежать нагруженный тяжёлый корабль; на этих достаточно веских и надёжных основаниях сможешь ты постигнуть, как человек, преодолевая своими искусственными большими крыльями сопротивление окружающего воздуха, способен подняться в нём ввысь."

-- C.A. 381 v.a., из сочинений Леонардо да Винчи, о летании.

   Пожалуй, самым известным изобретателем орнитоптеров является гениальный итальянский ученый эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Он первым занялся проблемой полета человека.  Для этого изучал механизм полета птиц и летучих мышей. На основе этих исследований  было разработано несколько моделей орнитоптеров, чертежи и рисунки которых сохранились до наших дней.
   Первый летательный аппарат Леонардо да Винчи построил  в 1485-1487 годах. В этом орнитоптере человек должен  был находиться в лежачем положении. Для полета планировалось задействовать его силу рук и ног. По задумке изобретателя, при взмахах, крыло во время движения вниз одновременно двигалось назад. Это должно было создать помимо подъемной силы, силу направленную вперед, необходимую для горизонтального
полета.

   Для управления полётом Леонардо да Винчи предложил оригинальный механизм, состоящий из подвижного
горизонтального хвостового оперения, соединенного с обручем на голове пилота. Предполагалось что п
однимая и опуская голову пилот, мог контролировать высоту полета орнитоптера. 
   Ещё можно перечислить чертежи и описания следующих наиболее интересных разработок орнитоптеров:
   - Аппарат, где человек, наподобие  велосипедиста, вращая ногами колеса, мог бы приводить в движение крылья. Для этого сами колеса были соединены с конструкцией крыльев, рычагами.    
   - Большая летательная машина у которой две пары машущих крыльев. Предполагалось что, пилот будет в ней находится стоя в чашеобразном корпусе. Крылья должны были приводиться в движение через систему блоков. В этой разработке изобретатель предусмотрел убираемое шасси.
   - Орнитоптер у которого крыло, состояло из двух шарнирно соединенных частей.  Взмахи должны были осуществляться только внешними частями крыла, составляющими около половины общей площади крыла.
4. Дальнейшие разработки орнитоптеров.
   Кроме Леонардо да Винчи попытки подняться в воздух предпринимались,  многими изобретателями из разных стран. Об этом сохранилось, много свидетельств.
   4.1. Разработки в России и СССР.
   Так из дела воеводской канцелярии 1699 г. мы узнаем:  "1699 г. Стрелец Рязанской Серов делал в Ряжске крылья, из крыльев голубей великие, и по своей обыкновенности хотел летать, но только поднялся аршин на 7, перекувырнулся и упал на спину, но не больно."
   Другое свидетельство- из дела воеводы Воейкова 1730 г.: "1729 года в селе Ключе, недалеко от Ряжска, кузнец Черная Гроза называвшийся зделал крылья из проволоки, надевал их как рукава; на вострых концах надеты были перья самые мягкие как пух из ястребков и рыболовов, и по приличию на ноги тоже как хвост, а на голову как шапка с длинными мяхкими перьями; летал так, мало дело ни высоко ни низко, устал и спустился на кровлю церкви, но поп крылья сжег, а его едва  не проклял."
   В более поздние времена, в конце XIX - го века, в нашей стране снова предпринимались попытки создания орнитоптеров.  
   В 1895 году в Петербурге на выставке новейших изобретений в манеже состоялся показ незаконченного орнитоптера конструкции Костикова-Алмазова. Его высота составляла более 4-х метров. У орнитоптера было собственное имя "Летательный экипаж XX-го века", которое дал ему изобретатель. После выставки он через газету обратился к населению с просьбой собрать средства для завершения своих работ.... Орнитоптер построен не был.
   В эти же годы инженер Татаринов на выделенные правительством средства и в соответствующей тайне то же разрабатывал свою конструкцию орнитоптера. Крылья он выбрал с зонтичной поверхностью. На них располагались самооткрывающиеся клапаны как и в конструкции Дегена. Была предусмотрена установка двигателя. Работы не были закончены в срок для правительственной комиссии, потом и вообще прекращены.       В 1935 году Б.И Черановский проводит очередные опыты по полётам на орнитоптерах-планерах. Последний получил наименование БИЧ-18. Он испытывался по специальной программе, предусматривающей испытания его сначала как планера, а затем как орнитоптера. Конструкция представляла биплан с шарнирно закреплёнными крыльями, которые приводились в движение пилотом. Маховое движение заключалось в переменном сближении и разведении крыльев (конструкция типа "двойных ножниц"). 10 августа 1937 г. пилот Р.А. Пищуев совершил первый полет. Испытания выявили хорошие качества планера, а вторая часть испытаний показала, что машущий режим не дает значительного эффекта. Причина заключалась в постоянстве угла установки крыльев и их жестком аэродинамическом профиле. Дальнейшие испытания летательного аппарата были прекращены.

Лётно-технические характеристики:
Размах крыла............................................18.80 м.
Площадь крыла.........................................10.00 м2
Масса
       -пустого..............................................72 кг.
       -полётная............................................130 кг.
Экипаж.......................................................1 чел.

В нашей стране помимо вышеперечисленных разработок так же можно было бы рассказать об орнитоптерах таких конструкторов как: В. М. Смуров (1913 г.),  А. Ю. Маноцкий (1955 г.), А. Шиуков и В.Ан­древ, В. А.Киселёв (1981 г.), В.М.Топоров (1983-1992 г.).

   4.2. Разработки во Франции.
   Во Франции 19 – летний Бланшар,  в 1781 году объявил о своем изобретении в газете «Журналь де Пари». На крестообразной подставке 
должно было располагаться судно полтора метра длиной и три четверти шириной, состоящее из тоненьких палочек. Крылья образующие зонт диаметром 6 метров предполагалось крепить на двух деревянных стойках. Однако изобретатель публике представил совсем другую конструкцию.
   Так же в этой стране орнитоптеры изобретал Винцент де-Гроф. Свои работы он начал в 1862 году в Бельгии, будучи сапожником, а продолжил, перебравшись во Францию. Его махолёт имел крылья
площадью около 20 кв.м., укрепленные в верхней части прямоугольной деревянной рамы. Пилот располагался посреди этой рамы  
стоя и ногами приводил крылья в движения. Многие усовершенствования этой конструкции не дали желаемого результата. Тогда изобретать решил прибегнуть к содействию воздушного шара, чтобы совершить с него спуск на своем орнитоптере. Он считал, что это поможет определить направление дальнейшего совершенствования летательного аппарата. Через газету нашёл английского
воздухоплавателя по имени Симмонс. Полёт состоялся 9 июля 1874 года. Воздушный шар взлетел из Лондона вместе с подвешенным под ним орнитоптером весом в 125 кг. и его изобретателем. На высоте нескольких метров Симмонс отцепил орнитоптер. При спуске крылья под давлением воздуха поднялись вверх и надломились. Изобретатель разбился, упав на шоссе.
   Густав Трувэ в 1801 году предоставил во французскую Академию наук оригинальный орнитоптер. Этот летательный аппарат  напоминал сказочного дракона с распущенными крыльями. Крылья были прикреплены к ножкам подковообразной изогнутой трубки. Последовательное повышение и понижение давление воздуха в этой трубке приводили к колебательным движениям её ножек, а вместе сними и крыльев. Такие движения вызывались последовательными взрывами патронов, помещенных в самодействующем   револьверном барабане на 12 выстрелов. На этих зарядах орнитоптер мог пролететь 75 метров. После последнего взрыва он опускался на землю красивым скользящим полетом. Модель весила 3.5 килограмма.
   После удачных испытаний модели изобретатель задумался над постройкой более крупного орнитоптера. Дальнейшие работы прекратились из-за внезапной смерти изобретателя.
   4.3. Разработки в Австрии и Германии.
   В Австрийской столице - Вене, изобретатель Яков Деген разрабатывает свой орнитоптер. Он придумал  машину со створчатыми крыльями парашютного типа, которые поднимались прямо вверх и опускались также. Летательный аппарат получил название ортоптер и являлся разновидностью орнитоптера. Построен он был из камыша, тонкой, пропитанной лаком бумагой, шелковых шнурков и древесины. В крыльях имелись 1200 клапанов, которые при движении крыльев вниз закрывались, а при движении вверх открывались. Свои опыты с ортоптером изобретатель проводил подвешивая его к противовесам. Затем перешел к экспериментам с воздушным шаром, который заменил противовесы. Этим достигалось распределение подъёмной силы примерно поровну между воздушным шаром и крыльями.  12 ноября 1808 года в присутствии публике, при тихой погоде ему удалось подняться в воздух, а затем удачно приземлиться. Однако ошибка конструктора заключалась именно в использовании воздушного шара, который даже при небольшом ветре оказался помехой. При этом полёт не состоялся ортоптер даже не оторвался от земли.
   Инженер Артур Штенцель в Альтоне (Германия) изготовил орнитоптер больших размеров в 1897 году. Его каркас был стальным с обтяжкой уже из прорезиненной ткани. Размах крыльев составлял 9.32 метра. Вес орнитоптера - 32 килограмма. Причём из этого веса 17.5 килограмм приходилось на двигатель в 3 л. силы, работавшим на сжатой углекислоте. Не смотря на наличие двигателя орнитоптер летать самостоятельно не мог. Однако будучи подвешенным на проволоку при каждом взмахе крыльев мог самостоятельно продвигаться на три метра.
   Так же в этой стране разработкой махолетов занимались знаменитые братья Отто и Густав Лилиенталь.
   4.4. Разработки в Америке.
    В 1928 году во Флориде, в Сан-Августине, изобретатель Уайт произвел ряд опытов со своим орнитоптером весом 54 килограмма. Его крылья, покрытые негорючим прозрачным материалом имели размах почти в 9
метров. Длина орнитоптера - 2.40 метра. Каркас был сделан из хромо – молибденовой стали. Крылья должны были приводиться с помощью ножного двигателя. При пробном полёте аппарат разбился. 

   5. Разработки орнитоптеров в наши дни.
   В предыдущих главах я описал наиболее интересные, на мой взгляд конструкции махолётов изобретателей из разных стран и эпох. Но несмотря на такое разнообразие проектов, орнитоптеры летают успешно лишь в моделях. Однако  современные изобретатели продолжают работать над этой темой. Работы ведутся по двум направлениям: создание орнитоптера для полётов человека и создание орнитоптера-беспилотника.
   5.1. Орнитоптеры для полета человека.
   В 2006 году в Торонто, на аэродроме в парке Downsview был испытан орнитоптер созданный профессором Торонтского университета Джеймсом Деларье. Его поднял в воздух летчик-испытатель Джек Сандерсон и пролетел 14 секунд со средней скоростью 88 км\/ч преодолев треть километра. Полноценным полет по мнению экспертов считаться не может, т.к. взлет был осуществлен при помощи дополнительного реактивного двигателя. Посадка же закончилась неудачно. Восстанавливать орнитоптер и проводить его дальнейшие испытания конструкторы не стали.
   2 августа 2010 года в Тоттенхэме - канадской провинции Онтарио, Snowbird "Снежная птица", конструкции Тодда Рейчерта проходит лётные испытания. Взлёт происходит при буксировке автомобилем. Орнитоптер держится в воздухе 19.3 сек. и преодолевает 145 м. со скоростью 25км/ч.
Характерно что при размахе крыльев в 32 м. вес летательного аппарата составляет всего 42 кг.
   В 2013 году орнитоптер разместили в Канадском музее авиации и космонавтики.
   5.2. Орнитоптеры - беспилотники.
   В 2011 году калифорнийская фирма AeroVironment разработала летающего робота-орнитоптера Nano Hummingbird, что переводится именно как «нано-колибри». Он напоминает по виду птичку колибри. При его маневренности можно утверждать, что он вполне потягается с оригиналом, по образу и подобию которого его создавали. Характеристики этого летательного аппарата следующие: вес 19 гр., размах крыльев в 16 см., скорость до 18 км/ч. Робот оборудован видеокамерой. 
   По утверждению разработчиков, в перспективе Nano Hummingbird может подойти для проведения разведывательных операций по прослушиванию в городских условиях.
   В Германии фирма Festo, в 2011 году изготавливает летающего робота-чайку SmartBird. Вся  его конструкция максимально напоминает птицу. Каркас изготовлен из углеволоконного композита, а корпус выполнен из полиуретановой пены. Именно поэтому вес птицы составляет всего около 450 граммов, при размахе крыльев в 2 метра и длине в 1 метр. Помимо того, что крылья обеспечивают полет SmartBird, они ещё могут подстраиваться под силу потока ветра.
 
   В 2013 году эта же фирма представила теперь робот-стрекозу BionicOpter. Эта модель похожа на оригинал, но гораздо больше по размеру. По утверждению разработчиков она может совершать манёвры во всех направлениях, зависать на месте и парить в воздухе не взмахивая крыльями. Каждое крыло управляется отдельно. Длина - 48 см., размах крыльев - 70 см., а вес - 175 гр. Корпус состоит из дюралюминия и полиамида. Каркас крыльев  изготовлен из углеволокна и обтянут полиэстером. Они могут поворачиваться на 90 градусов. Управляется  робот со смартфона. 
6. Современная классификация орнитоптеров.
   Прежде чем преступить к рассмотрению современной классификации орнитоптера заглянем в приложение №7 Конвенции о международной гражданской авиации.  Здесь даётся современное значение термина орнитоптера. Итак....  Орнитоптер.  Воздушное  судно  тяжелее  воздуха,  которое  поддерживается  в  полете  в  основном  за  счет  реакций воздуха с его плоскостями, которым придается маховое движение.
Исходя из того, что орнитоптер - это воздушное судно тяжелее воздуха, к которым относится и самолёт, классификация которого подробно описана, попробуем составить блок - схему классификации орнитоптеров.   
Такая схема на мой взгляд может послужить для дальнейшего конструирования современных орнитоптеров.
   7. Недостатки и преимущества орнитоптеров. 
   Примерные преимущества и недостатки орнитоптеров следующие:
   К недостаткам орнитоптеров относится:
   - сложность привода машущих крыльев
   - сложность управления полётом
   К преимуществам орнитоптеров можно отнести:
   - маленькие размеры площадок для взлёта и посадки
   - высокая манёвренность при полёте
   - способность летать на маленьких скоростях
   - возможность применения двигательной установки маленькой мощности, которая позволит экономить топливо.
   Сравнить вышеперечисленное с характеристиками других летательных аппаратов, таких как: самолётов и вертолётов, пожалуй удастся только когда будет построен летающий пилотируемый орнитоптер. 
 
   8. Выводы.
   Рассмотрев в этой историко-исследовательской работе пути развития летательных аппаратов - орнитоптеров, можно сделать следующие выводы:
 - Возникновение идеи полёта человека при помощи машущего крыла, относится к временам задолго до изобретения традиционных летательных аппаратов
 - Первым учёным, всерьёз занявшимся проектами орнитоптеров, можно считать итальянского изобретателя Леонардо да Винчи.
 - Дальнейшие разработки орнитоптеров проводились многими изобретателями из разных стран Европы, а также России (СССР) и Америки.
 - Современную концепцию орнитоптеров можно разделить на два направления:
    1. Создание пилотируемого орнитоптера;
    2. Создание беспилотного робота-орнитоптера.
   Основные трудности возникают перед конструкторами при разработке первой концепции. Несмотря на то, что построено много летающих моделей махолётов, такой летательный аппарат, который бы мог совершить самостоятельный полёт, пока так и не построен. Однако современные изобретатели продолжают работать в этом направлении.
   Вторая концепция, с появлением новых технологий и материалов получила своё развитие. Создано несколько удачных на сегодняшний день разработок беспилотных орнитоптеров. Их характеристики пока весьма скромные. Однако, я думаю что дальнейшие работы в этом направлении позволят усовершенствовать этот вид орнитоптеров. Они лягут в основу разработок пилотируемых орнитоптеров.   
     
   9. Используемые источники.
   Печатные издания:
1. Популярная библиотека журнала "НАУКА и ТЕХНИКА" вып.86 А. Родных - ПТИЦЕКРЫЛЫЕ МАШИНЫ, орнитоптеры и ортоптеры, их описание, история и применение в жизни; изд. "КРАСНОЙ ГАЗЕТЫ", Ленинград, 1929 г.
2. "ЮНЫЙ ТЕХНИК" №7 - 1998 г.
3. "ЮНЫЙ ТЕХНИК" №5 - 1958 г.
4. Я. Голованов - Дорога на космодром; М., Детская литература, 1982 г.
5. Г. Васильев - Модели с машущими крыльями; М., изд. ДОСААФ, 1960 г.
   Интернет ресурсы:
1. http://www.sevparaplan.com/biblioteka/160?showall=1 - Леонардо да Винчи. Летательные аппараты.
2. http://mahalet.ucoz.kz/index/0-44 - МАХОЛЁТ (ОРНИТОПТЕР)
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%80%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B5%D1%80 -             Википедия
4. http://www.ornithopter.ru/1/files/ndex10.html - Механика живого неба
5. http://www.airwar.ru/enc/glider/bich18.html#camo - авиационная энциклопедия УГОЛОК НЕБА
6. http://www.aerovelo.com/ - сайт разработчиков Snowbird
7. http://www.festo.com/cms/ru_corp/10924.htm - сайт компании FESTO
8.  http://www.ornithopter.ru/1/index.html - сайт орнитоптеров Топорова

 

 


 

 


 

Категория: Одиннадцатая олимпиада (2013/14 уч.год) | Добавил: Service (08.10.2013) | Автор: Шипилов Павел Александрович W
Просмотров: 6684 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 4.4/91
Всего комментариев: 3
3  
Работа мне очень понравилась, тем что хорошо раскрыт раздел "Разработки орнитоптеров в наши дни". Хорошо прослеживается связь между разработками орнитоптеров в прошлом и настоящим. На мой взгляд цели и задачи, поставленные автором работы, соответствуют заявленной теме и раскрыты полностью. Я считаю, что в нашей стране данная работа является актуальной, потому что, если человек научиться "перелетать" самостоятельно с места на место, то общество сможет отказаться от использования самолетов, что, учитывая состояние российского авиапарка, позволит избежать большого количества авиакатастров и позволит сократит государству расходы на содержание авиапарков. Хочу пожелать автору работы победы на данной олимпиаде.

2  
Данная работа интересна, хорошо освещен исторический аспект, очень интересно рассказано о современных разработках орнитоптеров. В современных условиях, рассматриваемая тема  является актуальной, так - как орнитоптеры - беспелотники можно использовать в разных областях жизнедеятельности человека и общества в целом.

1  
На мой взгляд, выбрано очень перспективное направление развития воздухоплавания. Данное направление позволяет перевести человека на иной уровень индивидуального полета, так как для полетов требуется значительно меньше затрачиваемой энергии и затрат топлива (что в данное время очень актуально в схеме с применением какого-либо двигателя ДВС, электро ...) помимо мускульной силы человека, в отличии от летательных аппаратов применяемых в данное время, где приходится поднимать большую часть полетного веса приходящегося на сам летательный аппарат.
Данное направление позволит осуществить извечное стремление человека парить в небе.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (12476)
Збарский Даниил Павлович (12448)
Кузьминова Анастасия Олеговна (9994)
Бадакова Анастасия (9935)
Рафаэль (5620)
Чеховская Алена Алексеевна (5394)
Кошманов Илья Игоревич (5298)
Иванов Семен Владимирович (4857)
Беляева Александра Сергеевна (4716)
Пушинская Кристина Валерьевна (4119)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017