Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

Awatar użytkownika
Sariel
Posty: 917
Rejestracja: 01 paź 2013 10:46
Rok urodzenia: 1982
Lokalizacja: Warszawa
Kontakt:

Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

Post autor: Sariel »

Obrazek

Dane techniczne:
Wymiary: dł. 20s, szer. 12s, wys. 20s
Waga: 0.555 kg
Zawieszenie: brak
Napęd: 1 x PF M

Kolejny skromny MOCyk z serii "test jednego pomysłu". W tym konkretnym przypadku chodzi o dodanie możliwości skrętu do monowheela. Jak wiemy, taki prawdziwy monowheel siedzi w pojedyńczym kole, więc z zasady jeździ tylko na wprost. Ale trzecia zasada dynamiki Newtona mówi nam o akcji i reakcji, a jednym z jej przykładów jest tzw. efekt momentu obrotowego (torque effect). Jest on dobrze widoczny w lotnictwie: np. kiedy samolot kręci śmigłem, śmigło również trochę "kręci" samolotem, oczywiście w znacznie mniejszym stopniu stosownie do proporcji mas. Stąd np. samoloty dwu i czterosilnikowe mają śmigła obracające się w przeciwnych kierunkach, tak samo jak i np. motorówki o dwóch śrubach. Inny, jeszcze jaskrawszy przykład to helikoptery: kiedy helikopter kręci wirnikiem, wirnik również kręci helikopterem i stąd konieczność stosowania śmigieł ogonowych żeby ten efekt kontrować, ewentualnie wynalazki typu dwa rotory współosiowe obracające się w przeciwnych kierunkach, vide Kamov Ka-50 Hokum. Ba, efekt ten widać nawet w naszych PFowych silnikach Lego, kiedy uruchomienie silnika o dużym momencie obrotowym, np. XLa, powoduje szarpnięcie nim w bok.

Wracając do monowheela, byłem ciekaw czy jeśli w jego wnętrzu dodam poziomy, podłączony do silnika rotor, to pozwoli to skręcać w lewo i w prawo. Zadanie z pozoru proste, w rzeczywistości wymagało balansowania pomiędzy kilkoma kwestiami:
- skuteczność skrętu wydaje się zależeć od proporcji między wagą monowheela i jego przyczepnością, a wagą, średnicą i prędkością obrotową rotora
- rotor jest najskuteczniejszy kiedy jest wycentrowany wokół środka ciężkości monowheela i ustawiony poziomo; w sytuacjach kiedy rotor pracuje w pozycji bliskiej pionu, najczęściej wywraca całego monowheela na bok
- monowheel jeździ tym lepiej, im niżej ma środek ciężkości; np. kiedy środek ciężkości wypada pośrodku koła, to przestaje jeździć w ogóle i tylko kręci się wewnątrz koła; stąd rotor należy dodać możliwie nisko, ale to najcięższe elementy monowheela powinny być najniżej
- szerokość koła monowheela w stosunku do "skuteczności" rotora ma zasadniczy wpływ na stabilność całości. Zacząłem od koła szerokiego na 2 study, które okazało się za mało stabilne, w końcu doszedłem do wersji 5-studowej, po drodze regulując masę i prędkość rotora tak, żeby był w stanie skręcać tak szerokim kołem ale nie za mocno, żeby go nie wywalał na bok

Koniec końców, eksperyment jak widać działa - monowheel skręca za pomocą rotora. Po bliższej analizie dzieje się to jednak w nieco inny sposób niż myślałem, mianowicie to nie sam obrót rotora wpływa na skręt, a jego przyspieszenie i zatrzymanie. Chodzi konkretnie o przyspieszenie kątowe, które ma określoną wartość, dlatego każde uruchomienie rotora obraca monowheel o określoną liczbę stopni i na tym koniec - nie ma mowy o skręcie w nieskończoność. Plus nadal zdarzają się przypadki wywrócenia całości na bok, kiedy rotor startuje w pozycji bliskiej pionu albo kiedy zostanie zbyt gwałtownie zahamowany i uruchomiony w przeciwnym kierunku.

Ot, ciekawostka z zakresu dynamiki.

Galeria

Fotki:
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek

I film:
Awatar użytkownika
jetboy
Stowarzyszenie Zbudujmy.to
Posty: 15905
Rejestracja: 09 lip 2013 17:03
Rok urodzenia: 1973
Lokalizacja: Warszawa koło Otwocka
Kontakt:

Re: Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

Post autor: jetboy »

Świetny eksperyment! Jak dla mnie takie prace są milion razy ciekawsze niż kolejny samochód, czołg, czy „koparka”. Dzięki! Czekam na więcej eksperymentów.
_____________________________________________
To KLOCKI LEGO, można z nich zbudować WSZYSTKO!
Awatar użytkownika
Jerac
Stowarzyszenie Zbudujmy.to
Posty: 7835
Rejestracja: 14 maja 2013 19:44
Rok urodzenia: 1985
Kontakt:

Re: Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

Post autor: Jerac »

No, to teraz nic tylko zrobić dużego BB8 z tym :D
Szarnywirk
ODPOWIEDZ