Кіріспе
Қанат түрлері, қанатты буксирлеу және қанаттардың қолданылуы әртүрлі қанатты басқару жүйелеріне алып келеді. Заманауи өндірушілер, қанатты спортшылар, қанатты ұшқыштар, ғалымдар мен инженерлер мүмкіндіктерді кеңейтуде. Қанатты басқару жүйелері – әртүрлі қолданыстарда қанаттарды маневрлеу және тұрақтандыру үшін қолданылатын әдістер мен технологиялар жиынтығы. Бұл жүйелер қарапайым қолмен басқарудан бастап күрделі автоматтандырылған және қуатпен жабдықталған конфигурацияларға дейін дамыды, бұл қанаттардың ойын-сауықтан ғылыми зерттеулерге және энергия өндіруге дейінгі қолданылу ауқымын көрсетеді. Осы басқару жүйелерін дамыту және жетілдіру қанаттардың мүмкіндіктерін және қолданылуын едәуір кеңейтті, кейде оларды дәстүрлі ойын-сауық заттарынан заманауи мақсаттарға арналған құралдарға айналдырды. Әсіресе рекордтық ұшуларда ерекше көзге түсетін биіктіктегі қанатты басқару жүйелері, бортындағы шабуыл бұрышын реттегіш сияқты жетілдірілген механизмдерді қамтиды. Бұл жүйелер қанаттың бау-сымының кернеуін басқаруға арналған, көбінесе оны сынған немесе бақылауды жоғалтудың алдын алу үшін қауіпсіз шекте шектеуге арналған. Бұл биіктіктегі қанаттарда қауіпсіздік және іздеу механизмдері бар, мысалы, алыс қашықтықтан анықтау үшін радио маяктары және көрінуді жақсарту үшін жыпылықтайтын шамдар. Бұл жүйелердің күрделілігі қиын жағдайларда қанаттардың өнімділігі мен қауіпсіздігін арттыруға бағытталған маңызды инженерлік және жобалау жұмыстарын көрсетеді. Қанатты күрестерде және ойын-сауық мақсатында бір баулы басқару жүйелері басым, онда оператор қанатты басқару үшін нақты қозғалыстарды меңгереді. Бұл қозғалыстарға тартып-тартып жіберу, серпіліс, босату және бағытты өзгерту кіреді, бұл қанатты қажетті үлгіде маневрлеу немесе әуе шайқасына қатысу үшін маңызды. Бұл саладағы басқару жүйелерінің дамуы қанатты ұшырудағы шеберлік, дәстүр және технологиялық инновациялардың үйлесімін көрсетеді. Райт ағайындары мен Джордж А. Спратт әзірлеген тарихи басқару жүйелері авиацияның кең ауқымында маңызды рөл атқарды, қанат технологиясының ұшу дамуымен байланысын көрсетеді. Заманауи қанатты басқару жүйелері әртүрлі мамандандырылған салаларға таралады, соның ішінде орташа ұзындықтағы буксирленген қуатты қанаттар және биіктікте электр энергиясын өндіретін жел қуатты қанат жүйелері. Көп баулы басқарылатын қуатты қанаттар тежегішті реттеуге және белгілі бір функциялар үшін қанаттың пішінін өзгертуге қолданылады. Бұл қанаттар спортта, жаңартылатын энергия көздерінде және ғылыми зерттеулерде қолданылады. Басқару жүйелері көбінесе күрделі болады және күштерді басқару үшін патенттелген технологияларды қамтиды. Қанатты аэрофотосурет және басқарылатын сүңгір парашюттер қанатты басқару жүйелерінің әмбебаптығын көрсетеді, фотосурет түсіру, жүк жеткізу және спорттық парашютпен секіру сияқты мақсаттар үшін дәстүрлі қанатты ұшу әдістерін бейімдейді. Қанатты басқару технологиясында инновациялар жалғасуда, соның ішінде ғарышқа арналған күн қанаттары мен плазмалық қанаттарды зерттеу.
Жоғары биіктіктегі бір желілі бақылау жүйелері
2000 жылы биіктік рекорды орнатылған ұшу кезінде ұшақтағы шабуыл бұрышы механизмдері қолданылды; операторлардың жобалаған реттегіші желкеннің қанатының шабуыл бұрышын өзгерту арқылы желкеннің жібінің кернеуін 100 фунттан аспайтын деңгейде ұстады. Желкеннің жібінде бақылау құралы болды: рекордтық ұшу кезінде істен шыққан жіптің ұзындығын өлшеуіш. Дегенмен, арнайы жіптің төменгі бөлігінде серіппелі және шкивтерден тұратын құрылғылар қолданылып, ұзын жіпке соққан желдің күшін азайтты. Желкенді басқаруға басқа ұшақтардың оны қалай көретіні де кіреді; команда желкенге радио маяк орнатты (50 миль қашықтықта анықталатын екі метрлік жиілікте); көзбен көру үшін, желкеннің мұрынан жарқырағыш шамдар ілінді. Жіптер мен шкивтерді пайдалану арқылы басқару, жіптегі кернеу жоғары болғанда маңызды болады; команда ұшу кезінде бөлшектерді жөндеуге және ауыстыруға мәжбүр болды.
Қосалқы басқару
Бір желілі желкендерді басқару үшін қосымша құрылғылар ойлап табылды және қолданылады. Желкеннің қанатындағы құрылғылар желкен желісінің кернеуіне немесе желкеннің ағынға шабуыл бұрышына реакция жасай алады, мұнда желкен ұшып тұр. Арнайы катушка құрылғылары желкен желісінің ұзындығы мен кернеуін басқаруға мүмкіндік береді. Желкен желісінің төменгі ұшын солға немесе оңға, немесе желге қарай немесе желге қарсы жылжыту – бір желілі желкендерді басқару жүйесінің бір бөлігі болып табылады. Желкеннің бағыттағыш құрылғыларын орнату арқылы бағыттағыш сызықтарының салыстырмалы ұзындығын өзгертуге болады, осылайша желкеннің белгілі бір позицияда ұшуын қамтамасыз етуге болады; мұны желкенге ұшуға дайындық кезінде бір рет жасауға болады; бірақ Кеннет С. Говард ұшу сеансы кезінде бір желілі желкендерде өзгермелі параметрлермен жұмыс істейтін құрылғыны ұсынды:
Бұл 19 жіпті жылдам және қайталап босату арқылы жасалуы мүмкін. Өнертабыстың бірінші сипатталған түрінде басқарушы қолдың 14 қозғалысы және II тістерге 22-ші тіреуіштің әсері арқалықтың 10 пластинасының айналасында біртіндеп айналуына себеп болады. Осылайша, 14-ші қолдың кез келген айналған орны желкенді 29 көтерілуге, суға батуға немесе оңға немесе солға ұшуға мүмкіндік береді.
This may be done by rapidly and repeatedly slackening the string 19. In the first described form of the invention the resulting tilting movement of the control arm 14, and the action of the pawl 22 on the teeth II, causes 15 the arm to progressively rotate around the plate 10. Thus, any desired rotated position of the arm 14 may be attained for making the kite 29 climb, dive, or fly to the right or left.|
Ұрғыш-ұшақтарды басқару жүйелері
Бір жіппен басқару арқылы жүргізілетін дәстүрлі желкендермен күресу әдісі басым, ал көп жіппен басқару арқылы жүргізілетін желкендермен күресу әлі де аз дамыған. Бір жіппен басқарушы адамның мақсаты, желкеннің тұрақсыздығын пайдаланып, оны уақытша бір немесе екінші бағытта қоздыру үшін қозғалыстарды (серпу, сілкіп тарту, босату, бағыт беру) меңгеру болып табылады. Басқару амалдарының мақсаты шабуылға және қорғануға бағытталған: шабуылдан қашу немесе шабуылға қолайлы жағдайға ие болу. Желкеннің конструкциясы, оның операторының немесе ұшқышының қозғалыстары арқылы уақытша, шектеулі тұрақтылықты қамтамасыз етуге ерекше көңіл бөлінеді.
Қанатұшақ қондырғыларын бақылау
Қанатты қондырғылар – қайық, арба немесе қар мен мұзға арналған шана сияқты көлікті жылға беретін жүйелер. Олар бір адамның арнайы скейтбордта тұрып қанатты желкен қағу сияқты қарапайым немесе көлікке бекітілген, қуатпен және автоматты басқарумен жабдықталған күрделі жүйелер болуы мүмкін. Олар дәстүрлі желкендерден өзгешелігі, олар тіреу мачталарына емес, арқандарға ілініп ұшырылады.
Коммерциялық көліктердің қозғалтқыштары
Кемеге тартылатын желкендердің ауданы жүздеген шаршы метрге жетеді және оларға арнайы бекіту нүктелері, іске қосу және қалпына келтіру жүйесі, сондай-ақ сымдық басқару қажет. SkySails кемелік жетегі үлкен фольгалы желкеннен, желкенді электронды басқару жүйесінен және желкенді автоматты түрде жию жүйесінен тұрады. Желкен он есе үлкен болғанымен, оның құрылысы кейтсерфингте қолданылатын аркалық желкенге ұқсас. Дегенмен, бұл желкен ауамен толтырылатын, қысыммен емес. Сонымен қатар, бірнеше желкенді басқару сымына тікелей кернеу түсірудің орнына басқару модулі қолданылады; желкеннен кемеге дейінгі толық қашықтықты тек бір сым жүреді, ал желкенге басқару сымдары басқару модулінен жалғанады. Модульге қуат сымның ішіне орнатылған кабельдер арқылы беріледі; осы сым кемеден басқару модуліне командаларды да жеткізеді. Желкен анимацияланған мачта немесе қолмен іске қосылады және оның алдыңғы жиегінен ұсталады. Мачта желкенді толтырып, босатады. Қолданылмайтын кезде мачта мен құлаған желкен жиналады. Желкеннің ұшуын жақсырақ бақылау үшін желкен сымы немесе "ілмек сымы" мұқият созылуы керек; содан кейін сым көбінесе екі, үш немесе төрт негізгі тірекке бөлінеді, олар желкен операторының немесе ұшқыштың қауіпсіздік белдігіне қосылады. Желкенді планер туралы жазған Майк Мейер "Қалай дұрыс биіктікке көтерілуге болады" атты кітап жазды. NASA Паресевтің иілгіш каркасты желкені бар ұшағында массаны жылдыруды қолданды. Ілмек сымы да әртүрлі қатайтылды. Ұзын ілмек сымын қолданатын спорттық желкен жүйелерінде ілмек немесе аспалы желкен сымының бірінші бөлігі икемді таспадан жасалған, ал қауіпсіздік белдігіне дейінгі негізгі сымдар икемді арқандардан және кейде таспалардан тұрады. Желкеннің қанаттарының бағытын бақылау көбінесе ұшқыш желкеннің қатайтылған каркасына қол жеткізіп, оны солға, оңға немесе алға-артқа итеру арқылы жүзеге асырылады; бұл басқару жүйесі көбінесе "салмақ ауыстыру" деп аталады, бірақ механикалық тұрғыдан алғанда, бұл жағдай бүкіл жүйенің ауырлық орталығын аэродинамикалық қысым орталығына қатысты өзгерту үшін массаның орнын өзгерту болып табылады, осылай ұшуды басқару үшін күштерді пайдалануға болады. Желкен каркасындағы ілмектің бекітілген жері барлық желкендердегідей өте маңызды; мұндай байланыс немесе тосқауыл аэродинамикалық қысым орталығы мен жүйенің ауырлық орталығын ескереді. Майк Мейердің "Pitch Stability & Center of Mass Location" атты мақаласы осы басқару мәселесіне назар аударады. Желкенді планермен ұшу кезінде оқушыларға басқару каркасын ұстаудан толығымен босатуға және тек асылып тұруға рұқсат етіледі. Асылып тұрған (гравитация оқушының денесін төмен тартады және желкеннің қанатын тартысты күшпен тартып алады) оқушы дұрыс бекітілген және кесілген қанаттың тұрақты ұшатынын сезінеді. Оқушы басқару каркасын босатудың дұрыс реттелген тұрақты ұшуға мүмкіндік беретінін сезінеді. Алайда, желдің күшті соққан кездері болғандықтан, оқушы қолсыз ұшудың қалыпты жағдай емес екенін біледі, керісінше, желкен ұшқышы басқару аяғын дерлік әрқашан ұстап тұрады.
Қуатты қысқа тігілген желкенділер
Мұнда қозғалтқышы жоқ желкен, итергіш күш беретін қозғалтқыш немесе моторға қосылған арнасы бар ұшқышқа байланыстырылады; жалпы жүйе – қозғалтқышы бар ұшақ, ал желкеннің өзі қозғалтқышсыз қалады (қозғалтқыш қанатқа орнатылған жағдайдан мүлдем өзгеше). Басқару жүйесі ұқсас жүйенің басқару жүйесін қамтиды, онда ұшқышқа итергіш күш беретін қозғалтқыш немесе мотор қосылмайды; бірақ, ұшуды басқару кезінде масса орталығына қатысты түзетулер ескеріледі. Сонымен қатар, ұшқыш итергіш күшті қосқанда, желкеннің бағытталған сызығы сондай етіп орналасады, қанатты тарту таныс желкендеу әдісімен жүзеге асырылады, онда бағытталған сызық желге қарсы бағытта басталып, жел бағытында жоғары бұрышталады (назардағы жел – осы жердегі жел).
Статикалық желімен сүйрейтін
Бұл жерде буксирлік желкеннің ұзындығы желкенмен жүру барысында өзгермейді. Жердегі көлік жүргізушісінің ерекше басқару міндеттері бар. Желкенмен ұшатын адам желкенді басқаруды басқа буксирлеу тәсілдерінен өзгеше жолмен жүзеге асырады; осы айырмашылықтар кәсіби оқуда мұқият үйреніледі. Күтпеген жағдайларда жағдайды басқару оқу процесінің маңызды бөлігін құрайды.
Статикалық емес желімен сүйрейтін
Күрделі басқару жүйесіне лебёдка операторы кіреді. Сызықтың ұзындығы бастапқыда ұзын болады, бірақ лебёдка буксирлік сызықты тартып алғанда қысқарады; бұл жалқы планер ұшқышының басқару шешімдерін өзгертеді. Жаңа лебёдка операторлары мен осылайша көтерілуге дайындалғысы келетін жалқы ұшқыштар үшін басқару туралы нұсқаулар бар. Бұл әдісті статикалық сызықтан (буксирлік сызық көтерілу барысында бірдей ұзындықта қалады) ажырату қажет. Буксирлік сызықты қысқарту әдісінің басқару жүйесі өзгеше.
Банжи желісімен түсіру
Банжи-планерлерді ұшыруды басқару жүйелерінің өзіне тән ерекшеліктері бар. Тарту желкен желісі өте серпімді; керілгенде ұзын, ал ұшыру кезінде қысқарады. Желкеннің қанаттарының бұрылысын басқару ұшқышқа жүктеледі, ол көбінесе үшбұрышты басқару тірегін немесе ұшақтың басқа бөлігін, тіпті аэродинамикалық беттерді басқару кезінде қысқа желкен желісіне ілінген күйде болады. Кәсіби оқыту ұсынылады. Банжи жинағының серпімсіз бөлігі, банжи жыртылып, ұшқышқа кері соқса, қандай жағдай тууы мүмкін екенін болдырмауға көмектеседі; босатылған банжидің құлау жылдамдығын азайту үшін тарту желісіне парашют қосылуы мүмкін. Банжи ұшыру көбінесе беткейлерден ұшыру үшін қолданылады, егер еркін аяқпен ұшыру қиын болса (жердің құрылымы немесе аяқтарын пайдалана алмайтын ұшқыштар), сондай-ақ жазық далада қысқа ұшу көрсетулері үшін де қолданылады.
Паралидерлер
Франсис Рогалоның қаталданбаған парафлигі, Домина Джалберт құраған парафлилі немесе басқа да өзгертілген толық икемді қанаттар (Бариш желкені, KiteShip қанаты, парасейлдер, өзгертілген конустық парашюттер) қозғалтқыш немесе мотор орнатуға жарамсыз; керісінше, қуаты жоқ қанатқа арналған бағыттау сымдары қанаттың астында стационарлық немесе жылдамды бекітпеге жалғанады. Бұл бекітпе өзінің жетекші қозғалтқышы немесе моторымен жабдықталған болуы мүмкін, немесе бекіткі (ол жүк, ұшқыш немесе екеуінің бірі болуы мүмкін) гравитация күшімен ғана құлап, осылайша сымдар арқылы қанатты тартып әкеледі. Жүк немесе ұшқыш қозғалтқыш немесе мотор қосылмай ғана құласа, онда икемді қанат парапланерлік қанат болып табылады; ал жүк немесе ұшқыш қосымша жетекші қозғалтқышпен немесе мотормен жабдықталса, онда мұндай жетекші жүк немесе ұшқышпен қуаты жоқ икемді қанат, қуатты ұшу аппараты жүйесі немесе қуатты парапланерлік жүйе болып саналады. Басқару жүйелері қолданылуына қарай әртүрлі болады (әскери жүк түсіру, автономды қуатты парапланерлер немесе дрондар, спорттық парапланер, қуатты спорттық парапланер, масштабты модель парапланер, қуатты масштабты модель парапланер). Барлық түрлерінің ортақ белгісі – жүк және/немесе ұшқыш қуатты болса да, болмаса да, қуаты жоқ желкеннің болуы.
Басқарылатын парашюттер
Бұл еркін ұшу желкендері басқарылатын парашюттер болып табылады және олар жүк жеткізу жүйелері, спорттық сырғанау парашютімен немесе парашютпен секіру, BASE секіру, модельдік парашютпен секіру үшін қолданылады. Құпия жүк жеткізу немесе адамдарды тасымалдау үшін қолданылғанда, жиналған күйден жылдам ашылуы, жылдамдатқыш арқылы тежеледі. Қанаттың қуаты жоқ және оны желілермен байлайды; желілер платформаларға немесе қауырсынға бекітіледі. Желкеннің мөлшері мен дизайны, соңғы қолданылу түріне қарай, жинау, ашылу және түсу жылдамдығы маңызды ерекшеліктерге сәйкес реттеледі. Басқару жүйелері нақты мақсатқа арналған. Басқару жүйелері кейде қашықтан радиоарқылы басқаруды қамтиды.
Ауадан түсірілген фотосуреттер
Желкендермен аэрофотосурет түсіруде (KAP) қолданылатын желкендер әдетте KAP емес желкендерді ұшыратын катушкалар мен доңғалақтар арқылы басқарылады. KAP-тың ең жақсы нәтижелері күтілгеннен төмен биіктікте (100–200 фут) алынады, сондықтан қосымша жабдық қажет емес. KAP ұшуларындағы ең қиын жағдай – камераның ең жақсы кадрын алу үшін желкенді биік ағаштар мен ғимараттардың арасынан өткізу қажет болғанда, сондықтан жылдам жинау пайдалы болуы мүмкін. Камералық құрылғының өзі желкенге біршама қашықтықта, желкен желісіне бекітіледі, мүмкіндігінше камера желкеннің қозғалысына қарамастан, көлденең күйде тұруын қамтамасыз ететін катушка схемасы арқылы. Пикавет жүйесі – осындай схемалардың бірі. Желкенмен суретке түсірудегі жетілдірудің тағы бір қадамы – камераның бағытын басқару үшін тікелей бейне және радиобақылау мүмкіндіктері. Бұл камераны бірнеше минут сайын іске қосып, камераның бағытын өзгерту үшін оны жерге түсіру қажет болатын қарапайым құрылымнан артық. Радиобақылау құрылғыларының кемшілігі – салмақ, ол суретке түсіру үшін күшті желді талап етеді. Демек, ашық аспанмен қатар, жоғары жел де қажет, бұл суретке түсіру мүмкіндіктерін шектейді.
Күн желкендері мен плазмалы желкендер
Ғалымдар күндізгі желкеннің бір түрінің қозғалысын кеңістікте және Жер, Ай, комета немесе Күн жүйесінің басқа да денелерінің айналасында басқару үшін минималды қозғалатын бөлшектер болатынымен мақтанады. Ғалымдар мен инженерлер тобы желкеннің анықтамасын кеңейтуде; авторлар C. Джек және C. Уэлч сипаттаған күндізгі желкеннің массасының инерциясы фотондық ағымға қарсылық көрсетеді. Сондай-ақ, желкеннің үдеуін өзгерту арқылы оны басқару желкенмен ұшу сценарийін құрады: желкенді гравитация күшінен бұрып, қалаған бағытта ұшуын қамтамасыз ету фотондық ағымдағы күн желкенін желкен ретінде қарастыруға негіз береді. Желкен бастапқы деректермен жабдықталады; желкен жұлдыздарды бақылайды және үш элементті пайдаланып бағытын басқарады, нәтижесінде жердегі операторлардың қалауынша траектория жасалады. Пайдалы жүктің орны желкеннің қысым және масса орталықтарының салыстырмалы орналасуын өзгерту үшін өзгертіледі; бұл ішінара пьезоэлектрлік актuatorлар арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, орталықта орналасқан пайдалы жүкті ұстап тұрған тіреулер дифференциалды түрде қыздырылады; бұл бір тіреудің салқын тіреулерге қарағанда ұзынырақ болуына және осылайша масса орталығын желкеннің қысым орталығына қатысты өзгертуге әкеледі. Әрі, бағытты өзгерту үшін кішкентай фото-жетектелгіштер (қыздырылған сым) желкеннің бағытын түзетуге қолданылады; бұл жетектелгіштер желкенді итеруге арналмаған, тек желкеннің жапырағының бағытын өзгерту үшін қолданылады. Бұл механизмдер желкенге бағыт беру үшін ең аз қуатты пайдалана отырып, сенімді басқаруды қамтамасыз етуге бағытталған. Күн сәулелі желкендермен айналысатын топтар күндізгі желкенді/күн желкенін басқарудың кем дегенде он жеті тәсілін қарастыруда.