Робот-птица предложил, как создать самолет без хвостового стабилизатора.

У птиц, скользящих в небесах, отсутствует вертикальный хвостовой киль, но они сохраняют стабильность даже в условиях турбулентности, обходясь без отдельных закрылков. В отличие от них, самолетам необходимо вертикальное оперение для управления курсом и предотвращения крена при возникновении эффекта голландского шага. Эти колебания, напоминающие движения фигуристов, проявляются, когда поперечная устойчивость летательного аппарата значительно превышает его путевую устойчивость.

Если птицы обходятся без вертикального стабилизатора благодаря постоянным изменениям формы своих крыльев и хвоста, то современные пилоты достигают устойчивости по крену, тангажу (подъем/опускание носа) и рысканию при помощи рулей направления и элеронов крыла. Эти три угла поворота определяют ориентацию летательного аппарата относительно стандартной системы координат или его центра инерции по трем осям.

Исследователи отметили, что тангаж также можно стабилизировать с помощью стреловидности крыла самолета или изогнутых аэродинамических профилей, что позволяет отказаться от горизонтального оперения. Однако вертикальное оперение необходимо для обеспечения путевой устойчивости, управляемости и балансировки «железной птицы» относительно вертикальной оси.

Для демонстрации того, как пернатые постоянно корректируют форму своих крыльев и хвоста, ученые создали роботизированную модель PigeonBot II. Она состоит из биомиметического скелета и 52 (40 маховых и 12 хвостовых) настоящих голубиных перьев. Эти перья формируют крылья и хвост, которые способны расправляться, подниматься и наклоняться в стороны. В конструкцию встроен алгоритм, имитирующий нервно-мышечные рефлексы, которые, как предполагается, используют птицы для стабилизации полета.

Общая масса модели составляет около 300 граммов, что сопоставимо с весом голубей. Конструкция также включает девять сервоприводов и два компактных пропеллера, установленных на каждом запястье, что позволяет роботу подниматься, кружить, опускаться и летать в различных позах.

Сначала испытания проводились учеными в аэродинамической трубе (без пропеллеров) для настройки адаптивного рефлексивного контроллера. Это позволило роботу компенсировать турбулентные возмущения и успешно пройти эксперимент на открытом воздухе.

По мнению исследователей, их работа поможет в создании более экономичной и легкой конструкции самолета без вертикального стабилизатора. Кроме того, предложенное решение может способствовать снижению радиолокационной заметности реактивных истребителей, делая их более эффективными.

Научная работа опубликована в журнале Science Robotics.