Kruktapmechanismen
voor ornithopters
Met een kruktapmechanisme is het mogelijk om een roterende beweging in een rechtlijnige beweging om te zetten. Dit principe is in de 16e eeuw uitgevonden door de Italiaanse wiskundige Girolame Cardano.
Het kruktapmechanisme van Cardano bestaat hoofdzakelijk uit een tandwiel met binnenvertanding en een planeetwiel met een kruktap. De steekcirkel van het binnentandwiel is precies twee keer zo groot als het planeetwiel. Iedere kruktap op de steekcirkel van het planeetwiel maakt een lineaire beweging ten opzichte van een rechte lijn van het binnentandwiel.
Alleen de hoofdaandrijfas in het midden van het krukasmechanisme wordt door de motor aangedreven. De as van het planeetwiel is met deze as verbonden.
Voor het realiseren van een vleugelslagbeweging is slechts één kruktap nodig.
Voor een actieve verdraaiing van de slagvleugel zijn verschoven geplaatste kruktappen benodigd. De hoofdkruktap (blauw, volgende afbeelding) zorgt voor de slagbeweging en de in faseverschoven beweging van de stuurkruktap (lila) zorgt voor de vleugelverdraaiing of scheluwtrekking.
Bij de krachtvlucht ijlt de stuurkruktap altijd voor op de hoofdkruktap, net als de voorlijst van de vleugel ten opzichte van vleugelligger.
De loodrechte bewegingen van de beide kruktappen worden via kruissleuven aan de slagvleugel overgedragen. Voor de bevestiging zie Aandrijfmechanisme van de EV4.
In de glijvluchtpositie staan beide kruissleuven in het midden van hun slag en daarmee ook de slag- en de instelhoek van de vleugels.
Als de aandrijving tijdens de glijvlucht in een dood punt van de kruk wordt gestopt dan kan het in de loodrechte richting naar believen krachten van de vleugel opnemen. Een rem of blokkering van de krukdraaibeweging is daarom niet nodig.
Voor een ornithopter zijn er drie aandrijfvarianten van het kruktapmechanisme:
A. Glijvlucht-Krachtvlucht-overgang door omkering
van de draairichting van de aandrijfmotor
Bij iedere omkering van de draairichting van de aandrijving wordt binnenvertandingstandwiel 90 graden gedraaid. Het kan zich tussen de eindaanslagen vrijelijk bewegen.
Benodigd voor de omschakeling en instandhouding van de krachtvluchtinstelling van het binnenvertandingstandwiel is dat er een remmende werking bestaat bij de hoofdkruktap of zijn kruissleuf.
De bij de glijvlucht schuin verlopende baan van de kleinere stuurkruktap is aan de hand van zijn kruissleuf goed te herkennen.
Dit aandrijfprincipe werd bij de ornithoptermodellen EV1 tot en met EV4 toegepast.
B. Glijvlucht-Krachtvlucht-overgang
door grendelbediening met een servo
Bij deze variant heeft de aandrijfmotor maar één draairichting.
De vergrendeling van het binnentandwiel wordt door een eenvoudige afstandbestuurde servo bediend (zie afbeelding 15 in de link Informatie).
Alleen tijdens de omschakeling tussen glij- en krachtvlucht is een constant aanwezige remmende kracht op de hoofdkruktap of de kruissleuf noodzakelijk. Aansluitend wordt de positie van het binnentandwiel vergrendeld.
De werking is verder overeenkomstig variant A.
C. Traploze instelling van de slaghoek
met een hulpaandrijving
Naast de hoofdaandrijving met slechts één draairichting is een hulpaandrijving, die van draairichting kan wisselen, noodzakelijk.
Het vermogen van de hulpaandrijving stelt zich in op de optredende krukkrachten en de gewenste stuursnelheid. De aandrijving is geschikt voor een korte inschakelduur.
De slaghoek van de vleugel is traploos instelbaar.
De banen van de hoofdkruktap in de separate stappen worden met een witte stippellijn aangegeven.
Bij deze variant was als hoofdaandrijving een dieselmotor en als hulpaandrijving een elektromotor gepland. Dit aandrijvingsconcept voor ornithopters is zeer bedrijfszeker omdat ook bij het uitvallen van de hoofdaandrijving de overgang naar de glijvlucht gerealiseerd kan worden.
Een dergelijke aandrijving met instelbare slag is tot dusverre nog niet gebouwd.
Externe links
- Cornell University, Kinematic Models for Design,
Hypocycloid Straight-line Mechanism:
http://kmoddl.library.cornell.edu/model.php?m=137 - Jukka Karhula, Lappeenranta University of Technology, 2008:
Cardan Gear Mechanism versus Slider-Crank Mechanism in Pumps and Engines:
https://oa.doria.fi/handle/10024/36120
verder naar de Ornithoptermodellen EV5 en EV6