[MOC] Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

Technic, Scale Modeling, Great Ball Contraption

Moderatorzy: Mod Team, Mod Team

Autor
Wiadomość
Awatar użytkownika
Sariel
VIP
Posty: 5418
Rejestracja: 2007-03-28, 08:16
Lokalizacja: Warszawa
brickshelf: Sariel
Kontakt:

 

[MOC] Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

#1 Post autor: Sariel »

Obrazek

Dane techniczne:
Wymiary: dł. 20s, szer. 12s, wys. 20s
Waga: 0.555 kg
Zawieszenie: brak
Napęd: 1 x PF M

Kolejny skromny MOCyk z serii "test jednego pomysłu". W tym konkretnym przypadku chodzi o dodanie możliwości skrętu do monowheela. Jak wiemy, taki prawdziwy monowheel siedzi w pojedyńczym kole, więc z zasady jeździ tylko na wprost. Ale trzecia zasada dynamiki Newtona mówi nam o akcji i reakcji, a jednym z jej przykładów jest tzw. efekt momentu obrotowego (torque effect). Jest on dobrze widoczny w lotnictwie: np. kiedy samolot kręci śmigłem, śmigło również trochę "kręci" samolotem, oczywiście w znacznie mniejszym stopniu stosownie do proporcji mas. Stąd np. samoloty dwu i czterosilnikowe mają śmigła obracające się w przeciwnych kierunkach, tak samo jak i np. motorówki o dwóch śrubach. Inny, jeszcze jaskrawszy przykład to helikoptery: kiedy helikopter kręci wirnikiem, wirnik również kręci helikopterem i stąd konieczność stosowania śmigieł ogonowych żeby ten efekt kontrować, ewentualnie wynalazki typu dwa rotory współosiowe obracające się w przeciwnych kierunkach, vide Kamov Ka-50 Hokum. Ba, efekt ten widać nawet w naszych PFowych silnikach Lego, kiedy uruchomienie silnika o dużym momencie obrotowym, np. XLa, powoduje szarpnięcie nim w bok.

Wracając do monowheela, byłem ciekaw czy jeśli w jego wnętrzu dodam poziomy, podłączony do silnika rotor, to pozwoli to skręcać w lewo i w prawo. Zadanie z pozoru proste, w rzeczywistości wymagało balansowania pomiędzy kilkoma kwestiami:
- skuteczność skrętu wydaje się zależeć od proporcji między wagą monowheela i jego przyczepnością, a wagą, średnicą i prędkością obrotową rotora
- rotor jest najskuteczniejszy kiedy jest wycentrowany wokół środka ciężkości monowheela i ustawiony poziomo; w sytuacjach kiedy rotor pracuje w pozycji bliskiej pionu, najczęściej wywraca całego monowheela na bok
- monowheel jeździ tym lepiej, im niżej ma środek ciężkości; np. kiedy środek ciężkości wypada pośrodku koła, to przestaje jeździć w ogóle i tylko kręci się wewnątrz koła; stąd rotor należy dodać możliwie nisko, ale to najcięższe elementy monowheela powinny być najniżej
- szerokość koła monowheela w stosunku do "skuteczności" rotora ma zasadniczy wpływ na stabilność całości. Zacząłem od koła szerokiego na 2 study, które okazało się za mało stabilne, w końcu doszedłem do wersji 5-studowej, po drodze regulując masę i prędkość rotora tak, żeby był w stanie skręcać tak szerokim kołem ale nie za mocno, żeby go nie wywalał na bok

Koniec końców, eksperyment jak widać działa - monowheel skręca za pomocą rotora. Po bliższej analizie dzieje się to jednak w nieco inny sposób niż myślałem, mianowicie to nie sam obrót rotora wpływa na skręt, a jego przyspieszenie i zatrzymanie. Chodzi konkretnie o przyspieszenie kątowe, które ma określoną wartość, dlatego każde uruchomienie rotora obraca monowheel o określoną liczbę stopni i na tym koniec - nie ma mowy o skręcie w nieskończoność. Plus nadal zdarzają się przypadki wywrócenia całości na bok, kiedy rotor startuje w pozycji bliskiej pionu albo kiedy zostanie zbyt gwałtownie zahamowany i uruchomiony w przeciwnym kierunku.

Ot, ciekawostka z zakresu dynamiki.

Galeria

Fotki:
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek

I film:

Tranzystor
Posty: 572
Rejestracja: 2016-08-29, 17:27
Lokalizacja: Rybnik okolice
brickshelf: Tranzystor

 

#2 Post autor: Tranzystor »

Sariel pisze:efekt ten widać nawet w naszych PFowych silnikach Lego, kiedy uruchomienie silnika o dużym momencie obrotowym, np. XLa, powoduje szarpnięcie nim w bok.
To akurat wynika z momentu bezwładności. Jeśli zatrzymasz silnik to on się obróci w drugą stronę i ten sam efekt wykorzystałeś tutaj, więc możesz skręcić w lewo, a potem w prawo, ewentualnie powoli wyhamować wirnik żeby jechać prosto.

Helikopter obraca się w wyniku oporów ruchu śmigła, jeśli chciałbyś tak skręcać musiałbyś użyć wirnika o dużym oporze aerodynamicznym (śmigło) i małym momencie bezwładności.

Ojek
Posty: 136
Rejestracja: 2015-10-20, 10:25
Lokalizacja: Wrocław
brickshelf: Proszę uzupełnić

 

#3 Post autor: Ojek »

Bardzo lubię takie wynalazki. Fajnie, że poświęcasz czas na wyjaśnienie zasady działania. Dzięki!

Awatar użytkownika
dmac
Adminus Emeritus
Posty: 2430
Rejestracja: 2004-06-17, 19:16
Lokalizacja: Szczecin
brickshelf: dmac

 

#4 Post autor: dmac »

Bardzo ciekawy eksperyment. Nie wpadłem na taki sposób sterowania, a może się okazać bardzo przydatny, gdy w końcu zabiorę się za Destroyer Droida :) .
Brawo!

P.S. Duży ten Twój chomik się zrobił ;) .
Pozdrawiam,
dmac

_________________
The absence of limitations is the enemy of art - Orson Welles

Awatar użytkownika
Falcrum
VIP
Posty: 607
Rejestracja: 2016-08-29, 14:22
Lokalizacja: Oksford/Lublin fifty-fifty
brickshelf: GrandVigoFalcrum

 

Re: Monowheel ze skrętem przez efekt momentu

#5 Post autor: Falcrum »

Sariel pisze:a jednym z jej przykładów jest tzw. efekt momentu obrotowego (torque effect).
Z tego co wiem, dzisiaj nazywa się to ramieniem pędu, bądź momentem pędu (gdzie we wzorze m*v*r jest czas???), domyślam się, że o to Ci chodzi, skoro mówisz o ruchu obrotowym, którego moment pędu jest bezpośrednią przyczyną.
Nie przepadam za technicami i z reguły wymiękam po kilku linijkach, ale Twoje posty czyta się bardzo przyjemnie.
Konstrukcja wydaje się prosta, ale chyba dlatego jest skuteczna - nie za bardzo ma się co zepsuć. Fajne takie samojeżdżące kółko.
dmac pisze:P.S. Duży ten Twój chomik się zrobił ;) .
Też coś mi w nim nie gra.
A szare klocki są najbardziej kolorowe!

Awatar użytkownika
legosamigos
VIP
Posty: 3941
Rejestracja: 2012-04-11, 07:01
Lokalizacja: Gdańsk
brickshelf: legosamigos
Kontakt:

 

#6 Post autor: legosamigos »

Jeśli dobrze pamiętam, to już miałeś kiedyś w swoim bogatym zbiorze MOCów monowheela i chyba nie wywracał się tak na boki jak ten. Tak czy inaczej ciekawy pomysł i MOC :) Najważniejsze, że eksperyment udał się :) Ciekawe czy z PF też by tak zadziałał?
Moje życie jest jak klocki Lego, nigdy nie wiem, co zbuduję

Awatar użytkownika
Sariel
VIP
Posty: 5418
Rejestracja: 2007-03-28, 08:16
Lokalizacja: Warszawa
brickshelf: Sariel
Kontakt:

 

#7 Post autor: Sariel »

Nie wywracał się bo nie miał rotora.

enigma
Posty: 25
Rejestracja: 2016-06-27, 14:06
Lokalizacja: Świdnica

#8 Post autor: enigma »

Fajny projekt. Ale gdzie jest chomik:) Zamienił się w mopsa?:)
<?>

Awatar użytkownika
dmac
Adminus Emeritus
Posty: 2430
Rejestracja: 2004-06-17, 19:16
Lokalizacja: Szczecin
brickshelf: dmac

 

#9 Post autor: dmac »

enigma pisze:Ale gdzie jest chomik:) Zamienił się w mopsa?:)
Pies wydaje się ospały, a chomika brak. Prawdopodobnie doszło do konsumpcji ;) .
Pozdrawiam,
dmac

_________________
The absence of limitations is the enemy of art - Orson Welles

Awatar użytkownika
CamelXP
VIP
Posty: 321
Rejestracja: 2011-11-05, 19:07
Lokalizacja: Lubin / Norymberga

#10 Post autor: CamelXP »

Fajnie, że działa. Wygląda, że można tym nawet dość precyzyjnie sterować.
Tak na marginesie: mechanizm ten nazywany jest często kołem reakcyjnym i jest powszechnie stosowany do utrzymania orientacji satelitów.

A teraz się przyczepię: "rotor", to po polsku "wirnik".
Hey! you're banjaxed!
Hey! you're screwed!
And death is coming for you!

ODPOWIEDZ