Podvozek s tlumičem

[kaklik]

Perspektivní možnost je použití tlumiče s MRF (Magneto-Rheological Fluid) nebo ERF (Electro-Rheological Fluid) náplní. Výhoda tohoto řešení je, že lze elektronicky ovládat velikost tlumení na základě vertikální rychlosti. Tím by bylo umožněno přistání ve velkém rozsahu vertikálních rychlostí, což je konzistentní se záměrem používat TF-G2 jako trénovací a experimentální platformu.

Zatím známe jediného výrobce MRF kapaliny Mid Atlantic Rubber (Lord MRF). Také nabízí rovnou tlumiče s touto kapalinou a integrovaným magnetem RD-8041-1. Díky tomu, že je magnet umístěný uvnitř pístu v pístnici, tak by ani nemuselo docházet k úniku magnetického pole mimo obal. Tím následné rušení magnetometru. Velikost a hmotnost nabízeného řešení je však pro všechny naše aplikace příliš velká.

Originally posted by @roman-dvorak in ThunderFly-aerospace/TF-G1#205 (comment)

Konkrétní kroky dalšího postupu jsou:

• - zjistit zda je takový tlumič užitečný i pro klasické multikoptéry, případně jiné "drony" a dá se výsledný návrh prodávat jako samostatné řešení
• - Nakreslit skicu mechanické konstrukce podvozku vírníku, kde bude možné principiálně aplikovat tlumič s posuvným pístem. (tu přidat do tohoto issue) Je ale asi rozumné vyjít z dosavadního postupu při návrhu podvozku TF-G1.
• - Nakreslit skicu konstrukce tlumiče s MRF nebo ERF kapalinou (taktéž přidat sem do issue)
• - Realizovat konstrukci vzorku tlumiče a ten otestovat laboratorním zdrojem.
• - Realizovat konstrukci podvozku vírníku včetně tlumiče

Proč je to potřeba řešit tak složitě?

Síla na podvozku, respektive na tlumiči totiž roste nelineárně s rychlostí klesání, jak je vidět v následujícím grafu ze kterého je vidět, že se zvyšující hmotností se navíc efekt zvětšuje.
V klasickém letectví je tento problém řešen tak, že se použije oleopneumatický tlumič, jehož parametry se nastaví tak, aby odpovídal předpokládanému režimu přistání. Tlumič pak dovede pracovat v poměrně úzké pracovní oblasti.
U letadel je takové řešení akceptovatelné protože přistávají velmi řízeným způsobem na definovanou dráhu.
V případě vírníku je takový způsob řešení podvozku i přistání suboptimální. Protože vírník technicky umožňuje přistání realizovat na velmi širokém rozsahu rychlostí i metod (od řízeného téměř plochého přistání až po dopad z vertikální autorotace).

Z tohoto důvodu Carter Aviation Technologies, LLC vyvinuli podvozek, který dovedl absorbovat dopadovou energii v širokém rozsahu. Technologie byla licenčně používána dnes již zkrachovalou firmou The Butterfly, LLC. Která jej využívala pod názvem G-force landing gear ve svých vírnících. Jak je vidět na videích:

• https://youtu.be/GlyR-aSEuig?t=297
• https://www.youtube.com/watch?v=ajM3yOojPbg

V příloze je spustitelný python skript, kde si lze graf prohlédnout detailněji.

[kaklik]

Podle mého názoru by celé řešení mělo být založené na kombinaci použití uhlíkových tyčí nebo trubek a 3D tištěných dílů a realizované tak, aby bylo hodně rozebírací a tím pádem opravitelné.

Konstrukce tlumiče

Tlumič taktéž může mít uhlíkové pouzdro (ideálně z vnitřní strany s vrstvou niklu, aby nedocházelo k rozptylu magnetického pole), neboť v případě použití kapaliny s proměnnou viskozitou může být odpor tvořen škvírou mezi pístnicí a válcem.
Samotný píst by ale měl mít ve vypnutém stavu vhodnou intenzitu magnetického pole (aby vírník s poruchou a v neřízené autorotaci) přistál do podvozku s odpovídající tuhostí.

Konstrukci těchto tlumičů je potřeba nejdříve nastudovat, zde jsou zajímavé odkazy, které jsem našel:

• https://www.seminarsonly.com/mech%20&%20auto/magneto-rheological-damper.php

• https://www.fierceelectronics.com/components/controlling-vibration-magnetorheological-fluid-damping

• https://www.vut.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=193432 našel @slimonslimon

• expirovaný patent na tlumič přistávacího podvozku

• varianta s permanentními magnety a vířivými proudy

[kaklik]

Dneska v noci mě napadlo, že by částečným řešením tohoto problému bylo použití vhodně namíchané nenewtonovské kapaliny. Ta umožňuje zachování původně navržené funkce magnetoreologického tlumiče. To znamená, že nepotřebuje pružinu a odpor tlumiče je nelineálně závislý na rychlosti stlačení, což umožní absorbovat celou dopadovou energii. Navíc je výhodou, že ke svojí funkci nepotřebuje elektronické řízení, neboť využívá přímo vlastnosti dilatantní tekutiny, která ale musí mít nastavené reologické parametry tak, aby to odpovídalo předpokládaným provozním rozsahům vírníku. Taková kapalina by pak mohla být naplněna do standardního tlumiče s odmontovanými pružinami.

Taková úvaha vychází z předpokladu, že síla na tlumiči je nelineární s rychlostí stlačení. To je právě vlastnost nenewtonowských kapalin.

Nevýhodou takového řešení je, že nebude optimální, tj. bude způsobovat větší namáhání konstrukce, než by bylo nutné pro absorbování dopadové energie na celé dráze tlumiče. Původní návrh s kapalinou se řízenou viskozitou proto stále dává smysl.

Obdobné řešení se začalo letos používat na F1

FYI @slimonslimon