Nový typ padáku: Stabilní a přesný díky jednoduchému designu
Jednoduchý plastový disk, vyřezaný podle smyčkového vzoru, dokáže něco, co padáky zřídkakdy zvládnou: padat téměř dokonale rovně. V opakovaných testech se tenký Mylar disk stabilizoval ve vzduchu a dopadl do vzdálenosti asi jednoho metru od cíle z výšky 16 metrů – dokonce i v poryvech větru, ať už uvnitř nebo venku.
Tento výzkum vedl David Mélançon, asistent profesora mechanického inženýrství na Polytechnice Montrealu v Kanadě. Jeho tým, spolu s inženýry na École Polytechnique ve Francii, proměnil plochý list v stabilní, obrácený zvonový padák, který padá přímo dolů namísto toho, aby se odchyloval do stran v bočním větru.
Inženýři použili kirigami – japonské umění stříhání papíru – metodu, která umožňuje ovládat, jak se list ohýbá a natahuje. Místo šití látky a šňůr vyřízli laserem uzavřený smyčkový vzor do Mylar disku a z jeho středu pověsili malou zátěž.
Disk byl vyroben z Mylaru, odolného polyesterového plastového filmu používaného v dracích a balónech. Udržuje si tvar i pod zatížením a snáší čisté laserové řezy, aniž by se trhal nebo se uvolňovaly vlákna.
Tento vzor donutí disk, aby se při průchodu vzduchem nafoukl do obráceného zvonu. Tvar je tuhosti tam, kde má být, a flexibilní tam, kde to potřebuje, což udržuje sestup rovný.
Otvory přidávají poréznost a také flexibilitu, takže různé části disku se přeorientují, dokud se síly nevyrovnají, což uklidňuje chvění na začátku pádu. Výsledkem je přetváření způsobené prouděním vzduchu, tedy změna tvaru řízená pohybujícím se vzduchem, která snižuje rostoucí odpor při zvyšující se rychlosti.
Disk se srovnává se vzduchem a přestává se otáčet, takže náklad se nechvěje divoce ani neztrácí části. Jakmile se pohyb stabilizuje, systém dosáhne terminální rychlosti, stabilní pádu, kdy odpor se rovná hmotnosti. Tato výměna malého zrychlení za velkou kontrolu zlepšuje přesnost, když se mění vítr a úhel uvolnění.
Stejné chování se objevilo od vzorků o velikosti dlaně po polometrové konstrukce. Změny v rozměrech neovlivnily sebeusředňovací efekt ani čistou, vertikální dráhu v indoorových a outdoorových testech.
V laboratoři vědci porovnali tři Mylar disky: jeden neříznutý, jeden s mnoha soustřednými štěrbinami a jeden se jednoduchým uzavřeným smyčkovým vzorem. Pouze třetí design se okamžitě stabilizoval a dopadl do vzdálenosti asi jednoho metru od cíle při opakovaných seskocích.
Následně provedli zkoušky v aerodynamickém tunelu a venkovní seskoky s dronem nesoucím láhev vody z výšky asi 60 metrů. Padák se opět stabilizoval do stabilního pádu s malým bočním odchylem a bez kývání, i když byl vypuštěn z nevhodné pozice.
Mélançon poznamenal: „Vždy se znovu zarovná a poté padá přímo dolů.“ Tento stabilní, přímý směr je to, co designu dodává přesnost.
Zařízení bude mít široké uplatnění, včetně humanitární pomoci, kde může přinést více potravin, vody nebo léků na místo, kde lidé čekají, místo toho, aby se rozptýlilo po poli nebo břehu řeky. Díky jednoduché konstrukci a bez nutnosti šití a uzlů může být výroba přizpůsobena různým váhám bez nutnosti přepracovávat celý padák.
Snížený boční drift znamená méně ztracených balíčků, když vítr změny zasáhne v průběhu pádu. Tato metoda je založená na vzoru, což umožňuje rychlou výrobu a jednoduché změny, které zaručují spolehlivost i v náročných podmínkách.
Výzkumný tým také vidí možnost pomalejších sestupů uzavřením štěrbin měkkým, elastickým filmem, což by mohlo zvýšit odpor bez ztráty sebeusředňovacího chování. Tím se rozšíří použití na křehké náklady a senzorové balíčky.
Nynější padáky jsou určeny pro malé náklady a krátké seskoky, nikoli pro lidi nebo vysokohorské vstupy. Nicméně pro drony, senzory a pomocné balíčky je kombinace jednoduchosti a přesnosti těžké ignorovat pro různé mise.
