Орнитоптер за секунду вылетел из воды

Швейцарские и американские инженеры разработали орнитоптер, который может летать, плавать, взлетать из воды и нырять обратно, как это делают некоторые виды птиц. Дрон имеет массу 250 грамм и перемещается в обеих средах только за счет взмахов гибких крыльев. Эксперименты показали, что орнитоптер с крыльями размахом 86 сантиметров успешно взлетает из воды менее чем за секунду, сообщает New Atlas.

Дроны, способные работать в воздухе и воде, привлекательны тем, что заменяют собой сразу два аппарата. Например, октокоптер Naviator, разработанный инженерами из Ратгерского университета, смог обследовать надводную и подводную части опор моста — и отдельный подводный робот не понадобился. Другой пример мультироторного двухсредного дрона создали в 2023 году китайские инженеры. Квадрокоптер TJ-FlyingFish способен погружаться под воду и плавать, используя те же винты, что и для полета в воздухе. Двухсредные дроны-орнитоптеры — летательные аппараты, передвигающиеся за счет махов крыльями — тоже уже существуют. Однако для выхода из плотной водной среды в их конструкции до сих пор приходилось применять дополнительные приспособления. Например, разработанная в 2022 году инженерами из Гарвардского университета робопчела для создания необходимого импульса использовала взрыв гремучего газа.

Инженеры под руководством Рафаэля Зюфферея (Raphael Zufferey) из Федеральной политехнической школы Лозанны решили проверить, можно ли создать орнитоптер, который будет летать, плавать, нырять, а самое главное — самостоятельно взлетать из воды, используя при этом только свои крылья. Они построили дрон массой 250 грамм с герметичным фюзеляжем, двумя гибкими мембранными крыльями и подвижным хвостом. Внутри карбоновой рамы ныряющего махолета находится бесколлекторный электродвигатель, редуктор, аккумулятор, электроника и радиомодуль, а его модульная конструкция позволяет устанавливать крылья разного размера и жесткости.

Дрон имеет нейтральную плавучесть и не тратит энергию на компенсацию архимедовой силы. Под водой он может изменять частоту взмахов в пределах от 0,1 до 6 герц, а в воздухе — от 5 до 11 герц, что позволяет эффективно передвигаться в обеих средах. Расчеты показали, что одного заряда литий-полимерной батареи должно хватать на шесть километров полета в воздухе или два километра плавания под водой.

Разработчики протестировали несколько крыльев разного размера и жесткости. Оптимальным оказался вариант средней жесткости и среднего размера с полным размахом около 86 сантиметров. Такие крылья создают достаточную подъемную силу в воздухе и при этом пассивно изгибаются, снижая сопротивление при плавании под водой. С ними дрон разогнался в воздухе до 6,3 метра в секунду, а под водой при частоте взмахов пять герц — до 0,79 метра в секунду.

Затем инженеры проверили, способен ли махолет самостоятельно выйти из воды и перейти к устойчивому полету. Испытания проводили в лабораторном бассейне и открытом водоеме. Оказалось, что для успешного взлета из воды особенно важно подобрать длину хвоста и угол выхода. Слишком длинный хвост создавал сопротивление, из-за которого аппарат снова падал в воду. Наиболее надежным оказался угол выхода около 70 градусов к горизонту — при меньших дрон не мог оторваться от воды, а при больших переходил в полет хвостом вперед и снова падал в воду. При правильных параметрах весь маневр выхода из воды занял менее секунды и потребовал от восьми до десяти взмахов крыльями. Разработчики убедились, что летательный аппарат может безопасно выполнять и обратный маневр — нырять в воду.

В дальнейшем создатели водоплавающего орнитоптера планируют изучить, как на параметры взлета из воды влияют более высокие скорости плавания, и попробовать использовать помощь дополнительных движителей, например, ног. Инженеры считают, что двухсредные орнитоптеры в будущем смогут применяться в океанографии и мониторинге морских экосистем.

Один из предыдущих махолетов команды Зюфферея уже использовал ногу для посадки. Клешня с пружинным механизмом позволяла орнитоптеру на лету ухватываться, например, за ветви деревьев.