А возвращаясь к силовой установке для махолета, то очевидно что если крылья машут с частотой около 1 Гц, то необходимо вращение двигателя (4000-10000 об/мин) преобразовать в частоту махов крыльев 60 об/мин. Это передаточное соотношение редуктора 67-167 единиц. При этом сложность совсем не в передаточном числе, а в том чтобы этот редуктор был рассчитан именно на передачу достаточной мощности (10-20 л.с., или сколько требуется). Ведь на выходном валу будут усилия, исчисляемые тоннами, и соответствующий момент. И желательно с нормальным кпд, а не 40% как у червячного редуктора при таких параметрах.
На страницах этой ветки предлагались следующие решения этой проблемы:
1. Наматывать трос на тонкий вал. Например если наматывать его на вал диаметром 15 мм, то длина одного оборота L=3.14*D=3.14*15 = 47 мм. Соответственно, мотор, делающий за секунду 100 оборотов (6000 об/мин), в секунду смотает трос длиной 4.7 метра. Многовато для привода крыльев, поэтому придется еще поставить 1-2 ролика на полиспасте, и снизить в 2-4 раза (а можно и до 9 раз) и получить требуемые около 1 метра/сек, если тянуть крыло за боковые тросы.
Но с таким вариантом много сложностей: рост диаметра шкива по мере намотки, износ тросов, быстродействие моторов под вопросом и т.д.. Кпд падает с каждым роликом в полиспасте до 10%, в итоге кпд всей системы вряд ли будет выше 70%.
2. Шариково-подшипниковую пару. Это как болт с гайкой, только по резьбе скользят шарики подшипника, поэтому обладают малым трением и высоким кпд (~90%). При длине шпильки один метр и шаге резьбы 2 мм, ее длина выберется соответственно за 100/2=50 оборотов гайки. То есть получаем редуктор с передаточным числом 50 единиц и довольно высоким кпд. При диаметре шпильки 12 мм, передаваемые усилия в пару тонн легко, так что с этим все хорошо. Но на сжатие шпилька потеряет устойчивость, поэтому требуются отдельные прочные направляющие для каретки. Вес, цена. Но вариант неплохой.
3. Волновой редуктор. Хорошая штука, передаточное число равно количеству шариков, которое может достигать 50 штук, а в двухрядном и 100-150 штук. Кпд высокий, на уровне ШВП, так как тут тоже прокатываются шарики подшипника по направляющим. Но нет такого редуктора под мощность 10-20 л.с., а те что встречаются, слишком тяжелые из-за промышленного исполнения. Технологичный вариант, но маловероятный в поиске, так как самому такой редуктор не изготовить.
4. Веревочная скрутка. Две веревки буквой V, тупо скручиваем как в детской игрушке "пуговица на нитке", получаем огромное передаточное число, примерно как у резьбы, так как нитки скручиваются по винтовой линии и тем самым укорачивают общую длину. Нет проблем с инерцией, очень легкий вариант. Но по предварительным замерам на тросах 3 и 6 мм, кпд такой скрутки не превышает 30%.
Может еще какие были варианты, уже не помню, эти отложились в памяти. Помимо этого, неявные редукторы:
1. Гидропривод. Относительно высокий кпд 60-80%, но все тяжелое.
2. Пневмопривод на пневмоцилиндрах либо вневмомышцаз. Кпд существующих систем (компрессорной части) 10-30%, теоретически возможно до 70%, но на практике таких образцов пока нет.
3. Реактивный привод. Реактивные/пропеллерные/импеллерные движки на концах крыльев махолета, создающих тягу попеременно вверх и вниз. За счет рычага требуется маленькая тяга для привода крыльев махолета, но конечно же общая мощность набирается за счет скорости движения самих двигателей. Система очень легкая и простая, но кпд определяется кпд двигателей. Если брать авиамодельные пропеллеры с диаметром 40-60 см, то это где-то 30-60% в зависимости от скорости махов (ближе к 30% все же). Остальные типа пропульсивных двигателей сильно уступают по кпд, хотя например реактивные или пневматически могли бы быть очень легкими и компактными.
Помимо этого, моторы прямого действия с оборотами 60 об/мин (имеют встроенные редукторы, работающие на разных принципах, поэтому халявы конечно же не получится).
1. Линейный электропривод. Отпадает, так как даже на 5 кВт они весят по 20-30 кг. Причина в том, что из-за малой скорости движения на 60 об/мин, требуется огромное число магнитов и меди в катушках, чтобы создавать соответствующее усилие притяжение между катушками и магнитами, реализующее мощность по принципу N=F*v.
2. Ультразвуковой, он же пьезодвигатель. Работает за счет быстрых колебаний пластинки или чего-то подобного. И трения. Что-то вроде того как ползет гусеница или многоножка. В теории может иметь кпд под 95% и иметь любую желаемую быстроходность, причем при массе самого двигателя вплоть до 1 кг на мощность 10 кВт, если исходить из физических свойст пьезоэлементов. То есть получается в три раза лучше самых лучших быстроходных электродвигателей, при этом сразу со встроенной любой степенью редукции, хоть 1000 единиц. Скорее всего в реальности минимальная масса мотора будет, как и в случае вращающихся электродвигателей, ограничена теплоотводом, т.е. получится около 3 кг/10 кВт. В реальности таких моторов на мощность хотя бы 5 кВт не существует. Существующие на данном этапе развития пьезодвигатели на мощность 200 Вт весят 3-5 кг, при этом довольно высокоборотистые, до 1500-3000 об/мин, что для махолета явно не годится.
3. Искусственные мышцы на биметаллических пластинках и пьезоэлементах. Ну, тут все понятно, мощности мизерные, подходящих размером несуществуют и в обозримом будущем не появятся.
4. Искусственные мышцы из рыболовкой лески. Скрученные спиралью, при нагреве укорачиваются/удлиняются. Можно вшить сотни таких лесок в полотно ткани совместно с нагревательной спиралью и получить мышцу с любым требуемым усилием и прямой частотой сокращения, не требующей редуктора и работающей от электричества. От LiPo аккумуляторов с очень простым управлением обычной кнопкой через реле. С сожалению, кпд таких мышц 1-3%, поэтому отпадает. Возможно, его можно повысить если обеспечить теплоизоляцию и замкнутый цикл циркуляции тепла. Но таких систем пока несуществует и сложно дать оценку насколько это реально. Скорее всего отпадает.
5. Предлагалось также сделать крылья махолета сверху прозрачными, а нижнюю поверхность черной. Солнце будет светить сквозь прозрачную пленку, нагревать воздух внутри крыла, который можно использовать для пневмомышц. Исходя из того, что на каждый квадратный метр солнце дает около 1 кВт тепловой энергии, то даже с 15 м2 крыла можно собирать до 10-15 кВт тепла (кпд такого солнечного коллектора может достигать 95% при маленьком перепаде температур). К сожалению, теплоемкость воздуха все портит. А также пневмомышцы или любой другой привод, вероятно, нужно рассматривать как тепловую машину, подчиняющуюся циклу карно. А при таком малом перепаде температур (5-20 град), ее кпд будет чрезвычайно низким на уровне единиц процентов.
6. Покрыть крыло солнечными элементами, а дальше электричество на электродвигатели. Это не двигатель прямого безредукторного типа, но учитывая потенциальную большую экономичность машущего полета по сравнению с винтом, это может иметь смысл. При кпд панелей 20%, с 15 м2 крыла получаем 3 кВт, чего может хватить для горизонтального полета.
Помимо этого, была масса различных кинематических компоновок, разные варианты пневмопривода (на малое давление 0.5 атм, создаваемое автомобильным центробежным компрессором от турбинки, кпд самого компрессора до 70%, и до обычных 15 атм), разные комбинации крыльев - двухкрылые, четырехкрылые, тандемы, бипланы... Да много чего было здесь уже озвучено и обсуждено. Но толку-то... )) Надо делать машущий параплан, по весу, компактности и удобству эксплуатации он вне конкуренции. Весь комплект, включая мотор, аккумуляторы и привод, и крыло, и подвеску, может весить около 7 кг. (2 кг мотор со шкивами, 3 кг аккумуляторы на 20 минут полета, 1.5 кг крыло 20 м2, 0.5 кг подвесная система пилота).
;D
