Вибро-ротационный машущий ротор представляет собой попытку реализовать новый принцип формирования подъёмной силы – тороидально-вихревой, заимствованный у природы.
Комбинированное движение крыла, совершающее вращение и небольшие вертикальные колебания, подобные маятнику приводит к формированию вихревых тороидальных структур, необходимых для создания подъёмной силы.
Используя этот подход, становится возможным снизить нагрузку на двигатель, увеличить дальность полёта и уменьшить энергопотребление по сравнению с традиционными способами создания подъёмной силы.
Детали конструкции и схемы
Основой конструкции является относительное упругое крыло продольного профиля, напоминающее зубья гребенки.
Рис. № 1. Вибро-ротационный ротор “полу сотового” продольного профиля
Оно закреплено горизонтально и способно вращаться с углом атаки, равным нулю градусов. Главной особенностью конструкции является её способность совершать без внешнего воздействия дополнительные вертикальные колебания (махи), возникающие при достижении определенной частоты вращения.
Частота вращения регулируется механизмом привода, обеспечивая необходимую амплитуду и частоту маховых движений. Интенсивность таких махов увеличивается прямо пропорционально увеличению скорости вращения, что ведет к формированию различных вихревых структур, в том числе и тороидальных.
Формирующиеся вихревые структуры
При малой частоте вращения маховые движения практически отсутствуют, наблюдается лишь простое вращение, не дающее достаточной подъёмной силы.
Средняя частота вращения появляются умеренные маховые движения, сопровождающиеся появлением первого тороидального вихря, расположенного в непосредственной близости от центра вращения крыла.
Большая частота вращения — центральный тороидальный вихрь поднимается выше плоскости крыла, что сопровождается возникновением сильного центробежного воздушного потока над поверхностью крыла. Эта фаза характеризуется значительным увеличением подъёмной силы.
Важно отметить, что дальнейшее увеличение частоты вращения неизбежно приведет к резонансу и последующему разрушению конструкции, поэтому максимальная рабочая частота устанавливается ниже точки резонанса.
Визуализация и опыты
Для наглядности и доказательства правильности предложенного подхода были выполнены компьютерные симуляции и проведены реальные эксперименты на специальном стенде. Представленные рисунки иллюстрируют последовательность этапов формирования вихревых структур в зависимости от частоты вращения.
Рис. № 2. Фотография экспериментального стенда с установленным вибро-ротационным винтом.
Рис. № 3. Визуализации различных фаз формирования вихревых структур при разной частоте вращения.
Важные замечания и итоги
Эксперименты и расчёты показали, что регулируемая скорость вращения упругого крыла с «полу сотовой» формой позволяет эффективно воспроизводить подъёмную силу, аналогичную машущему полёту птиц. Регулировка частоты вращения и жёсткости крыла позволяет изменять характер вихреобразования и степень подъёмной силы, обеспечивая широкий диапазон возможных скоростей и рабочих характеристик.
Таким образом, лопастной вибро-ротационный способ представляет собой перспективное направление для создания энергоэффективных и экологически безопасных летательных аппаратов, заслуживающее внимания и дальнейшего изучения.