Робот-голуб підказав, як сконструювати літак без хвостового кіля

Дослідники з Гронінгенського (Нідерланди) та Стенфордського (США) університетів створили роботизовану модель голуба. У ковзаючих у небі птахів немає вертикального хвостового кіля, але вони зберігають стійкість при турбулентності, не потребуючи окремих закрилок. рухами фігуристів, виникають, коли поперечна стійкість повітряного судна велика в порівнянні з колійною стійкістю.

Якщо птахи обходяться без вертикального стабілізатора шляхом безперервних змін форми своїх крил і хвоста, то сучасні пілоти домагаються стійкості по крену, тангажу (задирання/опускання носа) та нишпоренню завдяки кермам напряму та елеронам крила. Це три кути повороту, що задають орієнтацію. нормальної системи координат або його центру інерції по трьом осям.

Тангаж, зазначили дослідники, також можна стабілізувати за допомогою стрілоподібності крила літака або загнутих аеродинамічних профілів, тому від горизонтального оперення можна відмовитись. Інша справа — оперення вертикальне, що забезпечує «залізному птаху» колійну стійкість, керованість та балансування щодо вертикальної осі.

Щоб продемонструвати, як пернаті безперервно коригують форму крил та хвоста, вчені розробили роботизовану модель PigeonBot II. Вона складається з біоміметичного скелета і 52 (40 махових і 12 хвостових) справжнього голубиного пір’я. Вони утворюють крила та хвіст, які можуть розправлятися, підніматися та нахилятися з боку в бік. У конструкцію закладено алгоритм, що імітує нервово-м’язові рефлекси, які птахи, як вважається, використовують для стабілізації польоту.

Загальна маса моделі становить приблизно 300 грамів, що можна порівняти з вагою голубів. Конструкція включає також дев’ять сервоприводів і два невеликі пропелери, встановлені на кожному зап’ясті, що дозволяє роботу підніматися, кружляти, опускатися і літати в різних позах.

Вчені спочатку провели в аеродинамічній трубі (без пропелерів), щоб налаштувати встановлений адаптивний рефлексивний контролер. Це дозволило роботу пом’якшити турбулентні обурення та успішно пройти експеримент на відкритому повітрі. Як вважають дослідники, їхня робота допоможе створити більш економну та легку конструкцію літака без вертикального стабілізатора. Крім того, запропоноване рішення допоможе знизити помітність радіолокації реактивних винищувачів, зробивши їх більш ефективними. Наукова робота опублікована в журналі Science Robotics.