Titelbild

Hoe Ornithopters Vliegen

Flagge flag vlag pavillon

Kogelomloopspindel aandrijving
van het ornithoptermodel EV8

Inhoud:

  1. Components
  2. Aandrijfmechanisme
  3. Functiebeschrijving van de aandrijving
  4. Testinstallatie
  5. Externe Links

1. Components

toets

2. Aandrijfmechanisme

toets

3. Functiebeschrijving van de aandrijving

Bij toepassing van een aandrijving met een kogelomloopspindel moet bij iedere omkering van de vleugelslagrichting ook de motor van draairichting wisselen. Dat lijkt op het eerste gezicht nadelig. Als de omkering van de draairichting echter vergaand door mechanische krachten wordt bewerkstelligd dan blijven de motorverliezen daarbij binnen acceptabele grenzen.

Het voordeel van deze aandrijftechniek is dat er een relatief hoog rendement wordt gehaald in de buurt van het slagmidden.

Ook bij de tot nu toe gebruikte EV-mechanismen werkte de aandrijfmotor in het bereik van de eindstanden van de vleugelslag niet erg effectief (bij onbelast draaien).

toets

3.1 Functiediagram

Functiediagram van het aandrijving
Functiediagram
van het aandrijving

Bij de EV8 wordt de bewegingsomkering van de de aandrijvings- en vleugelmassa's hoofdzakelijk door mechanische c.q. aërodynamische krachten bewerkstelligd

  • in de onderste vleugelstand door de liftkrachten op de vleugel en
  • in de bovenste vleugelstand door een zogenaamde eindstandveer.

De tijdens de omsturing optredende elektromechanische motorkrachten zullen de omkering van de beweging slechts beperkt ondersteunen.

toets

3.2 Omkering van de slagbeweging

3.2.1 Bewegingsomkering in de onderste vleugelstand

Het laddervormige slagvleugelsyteem zoals toegepast bij de EV6 en EV7 is zo samengesteld dat het door zijn inwendige voorspanning altijd probeert om de verdraaiingsinstelling van de opgaande slag in te nemen.

Ruwe opbouw van de vleugel met verdraaiing
Ruwe opbouw van de vleugel

Ter verduidelijking van de inwendige voorspanning wordt het vleugelgeraamte in de hiernaast staande afbeelding aan de achterkant getoond.

Deze voorspanning is voor de bewegingsomkering in de onderste slagpositie belangrijk.

De bewegingsomkering speelt zich ongeveer als volgt af:
(Nummering als de punten in het functiediagram)

  1. De motoromschakeling vindt plaats op het moment dat de vleugels  het onderste positie vlak voor het omslagpunt bereiken. Door de vertragingstijd in de toerenteller werkt deze vervolgens als een uit-schakelaar.

    De lift aan de vleugel is tegengesteld gericht aan de nog in gang zijnde neergaande slag. De bewogen massa's vertragen daardoor steeds meer. Ook de lift en de vleugelverdraaiing ijlen na.

  2. Wanneer de neergaande slag in de onderste stand stopt, komt de vleugelverdraaiing overeen met die van de glijvluchtinstelling. Dit geldt ook voor de lift. Deze versnelt de vleugel nu weer in omhooggaande richting.

    Ongeveer op hetzelfde moment begint motor weer elektrisch aan te lopen in de nieuwe draairichting. Nog steeds werkt deze grotendeels onbelast. Via de spindelaandrijving wordt de motorversnelling hoofdzakelijk door de vleugelkrachten veroorzaakt.

  3. Met toenemende snelheid van de opgaande slag worden de liftkrachten allengs minder. De vleugel neemt meer en meer de maximale verdraaiing van de opgaande slag in. Deze wordt ongeveer vlak voor het bereiken van bovenste vleugelstand gerealiseerd.

    De motor heeft nu het maximale toerental bereikt. Deze neemt nu met zijn elektromagnetische kracht de aandrijving van de verdere opgaande vleugelslag en het opspannen van de compensatieveer over.

Voor de volledige bewegingscyclus is het hoge rendement van de aandrijving met een kogelomloopspindel bij het omzetten van een roterende naar een lineaire beweging van grote betekenis.

De tijdens de beweging geleverde arbeid, ook die van de roterende delen, wordt hoofdzakelijk tijdens de opgaande slag door de liftkracht geleverd.

Tot de roterende delen van de aandrijving worden de draadspindel, de wielen van de tandriem, en de motor (rotor) gerekend. De draai-impuls is vanwege zijn hoog toerental aanzienlijk.

Men kan in de onderste vleugelstand de bewegingsomkering van de vleugel ook door een veer in eindpositie ondersteunen (zoals bij de EV7). Voor de trekkrachtopwekking heeft het geen betekenis en voor de liftopwekking is het eerder nadelig.

toets
3.2.2 Bewegingsomkering in de bovenste vleugelstand
Stalen veer
Stalen eindstandveer

In dit bereik neemt ter ondersteuning van de vleugellift een zogenaamde stalen eindstandveer de versnelling en vertraging van de respectievelijke massa's over.De bewegingen voltrekken zich zoals hier voor beschreven.

In de bovenste vleugelstand werkt de lift voortdurend tegen de bewegingsomkering in. De eindstandveer moet daarom ook deze kracht overwinnen. De dimensionering van de veer is hierop gebaseerd (veerkracht max. 976 N).

Bij een goed rendement tijdens het terugvoeren van de bewegingsenergie van de vleugelmassa's via de spindelaandrijving en de motorregelaar van de aandrijfaccu, kan deze eindstandveer (mogelijk) later ook wat lichter worden uitgevoerd.

De energiestroom van de oscillerende vleugelmassa's wordt in het Handboek, hoofdstuk 5.3 beschreven.

toets

4. Testinstallatie

Testinstallatie voor slagvleugels
Testinstallatie voor slagvleugels op een tafel
Testinstallatie voor de aandrijving van het model EV8

Om de aandrijffuncties tijdens de samenwerking van elektronica en mechanismen te testen werd een testinstallatie gebouwd.

Het naar beneden hangend pendelgewicht heeft hetzelfde traagheidsmoment als de beide vleugelhelften. de aërodynamische krachten bij de op- en neergaande slag worden door instelbare dempingscilinders bij benadering gesimuleerd.

Er blijven toch nog wel wat vragen met betrekking de praktische krachtvluchttest onbeantwoord.