Қарсы поршеньді химиялық бұлшық ет және микроұшақтың қанат қозғалысы
Reciprocating Chemical Muscle
Химиялық бұлшықет (RCM) – химиялық энергияны қозғалысқа тікелей түрлендіретін, қайта жаңартылатын құрылғы. Автономды қанат соғу, электр қуаты, бағытталған ұшуға көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кезекті химиялық бұлшықет (RCM) – химиялық реакциялардың жоғары энергия тығыздығын пайдаланатын механизм. Ол химиялық энергияны тікелей, жанусыз химиялық реакция арқылы қозғалысқа түрлендіретін қайта жаңартылатын құрылғы.
The reciprocating chemical muscle (RCM) is a mechanism that takes advantage of the superior energy density of chemical reactions. It is a regenerative device that converts chemical energy into motion through a direct noncombustive chemical reaction.
Функция
RCM химиялық энергия көзінен автономды қанат соғуды қамтамасыз етеді. Ол сонымен қатар борттағы басқару жүйелеріне шамалы электр энергиясын жеткізуге де қолданылуы мүмкін. Бұдан әрі, қанаттардағы дифференциалдық көтергіш күшті арттыруға көмектеседі, бұл дөңгелеу, көтерілу және нәтижесінде басқарылатын ұшуға мүмкіндік береді. RCM техникасы, әсіресе, жәндіктерге ұқсас микро-әуелік көліктерді жасауда өте тиімді. RCM-нің бірінші буыны үлкен болған және 10 Гц шамасындағы тербеліс жиілігіне ие болған. Кейінгі буындар әлдеқайда кішкентай және жеңіл болды. Сондай-ақ, осы буын RCM-нің тербеліс жиілігі 60 Гц-қа жеткен. Тербеліс химиялық бұлшық етті Джорджия Техникалық Ғылыми-зерттеу институтының профессоры Роберт С. Микельсон ойлап тапты және ETS зертханаларының Нино Амарена оны төртінші буынға дейін іске асырды.
RCM is capable of generating autonomic wing beating from a chemical energy source. It can also be used to provide a small amount of electricity to the onboard control systems. It further helps in differential lift enhancement on the wings to achieve roll, pitch, and hence, steered flight. The RCM technique is particularly useful in the manufacturing of insect like micro air vehicles. The first generation of RCMs was large and had a reciprocating frequency around 10 Hz. The later generations developed were very much smaller and lighter. Also, the reciprocating frequency of this generation RCM was as high as 60 Hz. The reciprocating chemical muscle was invented by Prof. Robert C. Michelson of the Georgia Tech Research Institute and implemented up through its fourth generation by Nino Amarena of ETS Laboratories.
Механизм
Өзара итермелейтін химиялық бұлшықет, жанусыз сұйықтықтан газ жасау үшін белгілі бір катализаторлардың қатысуымен әртүрлі моножелдіктерді пайдаланады. Бұл газ, қанатты ұшуға мүмкіндік беретін жеткілікті күшпен және жиілікпен, жеткілікті қозғалысты (итеруді) жасау үшін төртінші буын құрылғысындағы қарама-қарсы цилиндрлерді қозғауға қолданылады. 2004 жылға дейін, RCM Джорджия Техникалық институтының зертханасында ETS Laboratories әзірлеген құпия катализатордың қатысуымен жоғары концентрациялы (>90%) сутек пероксидін қолданып, 50 граммдық энтомоптерді іске қосу үшін жеткілікті итеру, күш және жиілікке қол жеткізгені көрсетілді.
The reciprocating chemical muscle uses various monopropellants in the presence of specific catalysts to create gas from a liquid without combustion. This gas is used to drive reciprocating opposing cylinders (in the fourth generation device) to produce sufficient motion (throw) with sufficient force and frequency to allow flapping wing flight. As of 2004, the RCM had been demonstrated in the Georgia Tech Research Institute laboratory to achieve sufficient throw, force, and frequency for operation of a 50 gram entomopter while using high concentration (> 90%) hydrogen peroxide in the presence of a proprietary catalyst developed by ETS Laboratories.
Арнайы пайдалану
Энтомоптердің қанаттарын шағып-шағып айдау механизмі ретінде қайталамалы химиялық бұлшық ет әзірленді. RCM энергияны қоршаған ортаға жібермес бұрын көп рет қайта пайдаланады. Біріншіден, ол энтомоптерде негізінен жылу энергиясын қанаттардың қозғалысына айналдырады. Содан кейін, жылу қосымша жүйелерді қолдау үшін термоэлектрлік генерацияға жұмсалады. Отынның химиялық ыдырауынан пайда болатын қалдық газдар, кедергілерден қашу үшін қолданылатын Допплерге сезімтал емес, жиілігі модуляцияланған үздіксіз толқынды дыбыстық қашықтық өлшеу сигналын жасау үшін қолданылады. Содан кейін, қалдық газдар массалық ағынды арттыру және қалдық газдар температурасын төмендету үшін, сыртқы атмосфералық газдарды тартуға арналған эжектор арқылы өткізіледі, бұл төмен температуралы компоненттерді кейінгі пайдалануға мүмкіндік береді. Қалдық газдардың бір бөлігі айналмалы және сызықтық қозғалатын компоненттердің газдық подшипниктеріне бағытталады. Соңында, қалған қалдық газдар қанаттарға жіберіледі, онда олар айналыммен басқарылатын көтеру күшін арттыру үшін қолданылады (Коанда эффектісі). Қалған газды бағытталған итермелеу үшін пайдалануға болады, бірақ газдық бюджет дұрыс есептелген жағдайда, айналымды басқару нүктелерінен тыс қосымша газ болмауы керек. RCM мүмкіндіктері энергияны сақтау үшін энтомоптерге қарай жасалған.
The reciprocating chemical muscle was developed as a drive mechanism for the flapping wings of the entomopter. The RCM reuses energy many times before releasing it into its surroundings. First, it converts mainly heat energy into flapping wing motion in the entomopter. Then, heat is scavenged for thermoelectric generation in support of ancillary systems. Waste gas from the chemical decomposition of the fuel is then used to create a frequency modulated continuous wave acoustic ranging signal that is Doppler insensitive (used for obstacle avoidance). Waste gas is then passed through an ejector to entrain external atmospheric gases to increase mass flow and decrease waste gas temperature so that lower temperature components can be used downstream. Some waste gas is diverted into gas bearings for rotational and linear moving components. Finally, remaining waste gas is vectored into the wings where it is used for circulation controlled lift augmentation (Coanda effect). Any remaining gas can be used for vectored thrust, but if the gas budgets are correctly designed, there should be no extra gas beyond the circulation control points. The features of the RCM are tailored to the entomopter to conserve energy.
Патенттер
АҚШ патенті № 6,446,909, 2002 жылғы 10 қыркүйек, «Қайта-қайта қозғалатын химиялық бұлшық ет (RCM) және оны қолдану әдісі»
U. S. Patent No. 6,446,909, September 10, 2002, “Reciprocating Chemical Muscle (RCM) and Method for Using Same”