A technology of mass distribution formation with aid of internal cavities

3D technology of solids production by means of laser's step-by-step propagation in the third (volumetric) direction can be used for nontrivial masses distribution of the whole object. The background idea of such technology is in creation of internal - totally closed hollows. Their dislocations, geometry and orientations might be arbitrary.

Being involved in CATIA V5 engineering software study and the following 3D print I'd like to demonstrate here my vision, perspectives and benefits of the approach of mass distribution formation by creation of internal hollows in process of solids level-by-level growth.

Example: The Rattlebacks (Celts) 3D printing

The Rattleback or Celt is a semi ellipsoid, which axis of mass symmetry does not coincide with geometrical symmetry. By means of it the solid possesses the following mechanical feature: it turns simply in one direction (direction of 'lighter part') and does not in opposite. Well, being turned in 'wrong way' it stops, oscillates and finally turns into another. There are many excellent references in the internet showing detailed explanation and physics of this phenomenon. It is very well known in theoretical mechanics during centuries. To get the described non-symmetry one normally adds two masses in the Celt's plane whose joining line has a small, usually 10-15 degrees deviation from the ellipse large axle. Or the same effect can be obtained by small tilt of the plane relative to vertical axis of rotation. Being students, we played with the last one in practice of the theoretical mechanics course in the Moscow state University.

Nowadays 3D printing technology brings into the world of Rattlebacks one new amazing thing: for an external observer the Celt canbe totally symmetric. The described above ways of the mass non-symmetric distribution are relatively easy to detect. It is very well seen externally and usually unprepared person explains the Celt's behavior by it's non-symmetry. But how the same person will explain the physics of externally totally symmetric Celt?

 

Here are my CATIA's figures of internal hollow spheres distribution and production technology (not shown). The software makes preliminary calculations of the center of mass position, moments and principal axes of inertia.

 

50й салон Le Bourget: без прорывов и сенсаций

  С 17го по 23е июня в Le Bourget проходил 50й, юбилейный салон авиационной и космической техники. Фотографии с салона можно посмотреть здесь:

https://plus.google.com/photos/100158140465119623760/albums/5891653474460969953?authkey=CL2AzYTIoKfd6AE

Первые четыре дня двери выставки были открыты для профессионалов, широкой публике были отведены три последних дня с пятницы по воскресенье. У меня было приглашение от EADS на четверг 20.06.

Демонстрационные полеты

Во второй половине дня состоялись несколько демонстрационных полетов два из которых были российскими. Первым в небо поднялся вертолет Ка-52 «Аллигатор». Аппарат красивый, в небе показал себя прекрасно, разные фигуры пилотажа в его исполнении оставили самое положительное впечатление. Два соосных винта противоположного вращения хорошо видны в полете. Затем был французский «Рафаль», Аэробус А350 и СУ-35. Демонстрационные полеты сверхзвуковых военных самолетов я видел впервые и не могу сказать что был сильно ими впечатлен. Если обстрагироваться от технических деталей и фигур высшего пилотажа, то впечатление от полетов можно выразить простой фразой - «Иерихонская труба в небе». Носится над головой с жуткими раскатами звука этакая конструкция из двух труб, именуемая самолетом. Во времена Леонардо Де Винчи было подмечено что в природе все эффективное элегантно и просто. Про современные сверхзвуковые самолеты военного назначения такого никак не скажешь. Глядя в небо ясно лишь то, что сверхзвуковая реактивная авиация находится в самом начале своего развития.

Субьективно СУ-35 выглядит элегантнее своего конкурента «Рафаля». Внешнее отличие в большом треугольном крыле и однокилевом оперении у последнего. Но что действительно впечатляет, так это полеты на малой высоте таких монстров как двухпалубного Airbus A380. При маневрах самолета над головой зависает огромный предмет весом около 650 тонн заслоняющий собой половину неба. Пару секунд ни звука ни движения.

Это действительно стоило посмотреть своими глазами.

Airbus A350

В павильоне EADS представлен интерьер кокпита Airbus A350. Два кресла пилота, перед ними 5 жидко-кристаллических дисплея, по краям джойстики управления, между сиденьями панель приборов с ручками акселератора. Сразу бросается в глаза клавиатура с TouchPad на поворотной подставке. Таких клавиатур для каждого из пилотов я насчитал целых четыре. Основная клавиатура QWERTY не AZERTY как это принято во Франции. Не могу сдержать улыбку по этому поводу. Интересуюсь у холеного стендиста, явно довольного собой и своим полосатым костюмом раскладкой клавиатуры. Мой вопрос застал его в расплох. Он что-то стал витеивато обьяснять, ссылаясь не то на экспортный вариант, не то на международные стандарты в авиации. На мой следующий вопрос что будут делать пилоты когда отключится питание ЖК дисплеев и они останутся совсем без информации в критической ситуации стендист ответить не смог. Надо заметить, что ни одного механического индикатора режима полета в кабине пилотов нет. Видимо сценарий полного отключения ЖК матриц не предполагается. А зря. Представляю себе картину как красавица-стюардесса приносит в кабину пилотов горячий кофе с сахаром (непременно с сахаром это очень важно для максимального ущерба для электроники) и нечаянно, повинуясь легкой качке, проливает кофе на клавиатуру, а заодно и на безупречно выглаженные штаны пилота. Оба с секунду стоят молча, стюардесса бросается вытирать салфетками кнопки, капитан матерится, кнопки залипают и перестают работать. Но есть еще второй пилот со своей клавиатурой и TouchPad'ом скажете вы. Да есть. В лучшем случае весь остаток пути капитан будет говорить второму пилоту что тот должен напечатать, а в худшем? Смешно? Нет, грустно. Если раньше никогда не боялся летать на самолетах пусть даже вниз головой, то кокпит Аэробуса A350 породил животный инстинктивный страх. Мое личное мнение — пилот должен пилотировать, а не водить пальчиком по TouchPad'у и строчить SMS сообщения, всецело полагаясь на электронику. А электроника дает сбой регулярно. Свежий пример, жесткая посадка Боинга 777 в аэропорту Сан-Франциско 6го июля 2013. Официальная причина падения — недобор скорости и сваливание на предельно низкой высоте. При этом пилоты были абсолютно уверены в том, что посадочная скорость расчетная для данного типа ЛА (137 узлов).

Есть что-то глубоко неправильное в том, как люди фанатично увлечены развитием информационных технологий. У компьютера есть свое предназначение и место в нашей жизни, но на сегодняшний день, увы, его возможности и перспективы применения сильно преувеличены.

 Подарили сыну на день рождения радиоуправляемый самолет. Вещь забавная, пока Максим бегает по полю с пультом управления в руках, лежу на траве, пытаюсь погреться в лучах такого холодного в этом году весеннего солнца и предаюсь размышлениям. Наш пенопластовый самолет в полете - наглядная иллюстрация по аэромеханике. Вот модель с горизонтального полета, потеряв скорость, устремляется по-утиному к земле. Еще немного и удар о землю обеспечен. Как говорят в авиации «и полон рот земли», но нет, буквально в двух-трех десятках сантиметров от лужайки модель снова переходит в горизонтальный полет. Максим с радостным криком бежит ко мне, папа, папа ты видел, ты видел? Как это так он полетел? - «Эффект экрана» отвечаю, хотя знаю, что такое обьяснение ему ни о чем не говорит. Самолет снова и снова стабилизируется у самой земли примерно на одной и той же высоте, соответсвующей длине хорды крыла. Поверхность всякий раз отражает модель как пружина но, очевидно, не при всех углах приземления. Крутое пикирование эффект экрана конечно не остановит. Попутно замечаю, что если модель летит с креном в 90 градусов, то удар о землю почти всегда обеспечен. Не зря я испугался такого положения самолета в своем первом полете с Жаном Луи! Смешно, но аналогия не совсем уместна. У нашей с Максимом модели нет закрылков и сооветственно эффективных способов управления углом крена. По краям лужайки высокие, метра по три кипарисы подстрижены в форме гиганских цилиндров. Самолет Максима по крутой дуге приближается к одному из них и внезапно закручивается, как будто между кипарисом и самолетом есть невидимая нить. Максим опять удивлен, это не его пилотирование привело к таким красивым виражам, но тогда что? Все обьяснаяется просто: модель самолета очень и очень легкая и оказывается без труда следует линиям тока. Еще одна немаловажная конструктивная особенность модели - два тянущих электродвигателя, включение-выключение которых позволяет переходить в полете с одной линии тока на другую.

..В начале первой мировой войны немецкие летчики летавшие на устаревших моделях Taube тем не менее имели определенное преимущество в воздухе по причине отличной подготовки летного состава. Секрет их мастерства скрывался во многих часах одиночных полетов на планерах, безмоторных самолетах, дающих ни с чем не сравнимое очущение полета и так ценимое в среде профессионалов «чувство крыла». С теми частными пилотами с которыми мне доводилось разговаривать в один голос говорят об этом. «На моторе» летать одно, а совсем без тяги совсем другое. «Попробуй, не пожалеешь» - приходилось слышать от каждого второго. Мне не доводилось, хотя удобным случаем воспользуюсь неприменно. Но планер зависит от капризов природы как никакое другое траспортное средство. Мучительно тянутся часы ожидания, сводки метеопрогноза просматриваются на неделю вперед и может быть повезет с погодой на этой неделе, а может и нет. Обычно на ожидание просто нет времени и мечта о полетах на планере так и остается мечтой.

На фотографии кокпит планера фирмы 'Aerospace Engineering' . Этот планер имеет техническую изюминку, а именно складывающийся и убирающийся в носовую часть винт. Планер оборудован парашютной системой. По центру под панелью приборов видна красная ручка сброса остекления кабины.

The Rubic's cube: parity cases study

 The 4x4x4 cube has an exciting feature so-called 'parity' caused by possibility of dynamically changing facets location. In that type of the cube one can put each facet's center in an arbitrary position. That can be done for any even type of the Rubic's cube: 4x4x4, 6x6x6, 8x8x8 etc. By definition, a 'parity' is a situation when the cube being passed to 3x3x3 configuration, i.e. four internal elements forming the centers are in their right positions and all edge elements are doubled, cannot be solved as 3x3x3 cube thereafter. One of such parity cases is shown in the last photo of the post 'Again about the cube Rubic' by 08.04.2010. This parity is not the only one: there is a second, shown in the first photo. A proof that they are different is simple: the second type keeps right edge elements orientation whereas the first does not.

From the other hand, the second parity's type is also expressed by the three angle elements dislocation (second photo).

 One can easily transform it to the edge parity case by methods mentioned e.g. here: http://youcandothecube.com

What is the nature of the 4x4x4 cube's parity?
Well, whereas 3x3x3 cube possesses 9 degrees of freedom (DF), 4x4x4 one has 12. Additional 3 DFs let making inversion of the edge elements as shown in the third photo. Knowing the mechanism that forms these combinations we may conclude - there are two and only two types of the 4x4x4 cube's parity - all other combinations of the edge elements dislocation either lead to an ordinary cube's state meaning that no parity at all or lead to the known 2 situations shown above.

I thank my colleague Rafael Lago for the cube's combinations discussion and agreeably passed time around table tennis matches.


P.S. Recently we discussed with Rafael a topic that might be titled as 'Double parity means no parity?'. Indeed, if we double the first or the second cube's parity situation does it mean that we come to a proper cube's state? Well, we experimentally checked that this is truth.

Ночное небо Тулузы

Перемещаясь в пространстве между моим местом работы и кампусом где я живу, не смог не обратить внимания на звездное небо над головой. Пятиминутная прогулка по территории MeteoFance помимо физического удовольствия от теплых тулузских вечеров и царящего спокойствия и умиротворения невольно располагает к размышлениям.

Беру за правило при покидании здания моей службы оставлять размышления о работе за спиной. Минута - две и нерешенные производственные задачи уходят на второй план.

Дорога от работы до дома за несколько раз стала знакомой, но небо, звездное небо как никогда восхитительно красиво. О нем мой рассказ.

Признаюсь, мои знания о звездном небе не выходят за рамки школьной программы по астрономии. Явный пробел и мне его предстоит приодолеть. Один раз мне уже было неловко когда Лиза, моя дочь, подняв голову к небу вдруг спросила: папа, а что это светится так ярко в небе? Остановился растерянно и не знаю что ответить. Потом уже конечно узнал, что это был Юпитер, что его яркость в эти дни обусловлена необычно близким расположением к Земле, но все это было уже потом, когда меня уже никто и ни о чем не спрашивал.

Так, а что если представить себя человеком каменного века? Человека, чьи знания весьма скудны и основаны исключительно на визуальных наблюдениях? Допустим. Моя идея состоит в постепенном обращении к знаниям, только по мере необходимости, посредством всемирной глобальной сети интернет. Проделать некоторую эволюцию в один вечер так сказать. Let's go!

Первое что бросается в глаза это стабильность относительного расположения звездных светил и их неоднородность. Одни явно больше и ярче, другие имеют различные цветовые оттенки. При этом в общей картине никакой закономерности не прослеживается. Картину звездного неба «засоряют» пролетающие самолеты, их не счесть в ночном небе Тулузы. Светимость двух небесных обьектов особенно велика, направление - югозапад, высота над горизонтом около 15 градусов. Их свечение видно даже за светом уличных фонарей, обрамляющих близко расположенную трассу. А вот юго восточное направление, желтое свечение далекой звезды, а это кто? (Марс прим.). Так. Далее в исследованиях явно не продвинуться, вооружаюсь технически.

Моей подвижной лабораторией станет моя машина, припаркованная в самом центре пустой ночной парковки перед зданием CERFACS. В багажнике компьютер с выходом в интернет через сеть 3G+. Компас, о нем подробнее расскажу чуть позже, фотоаппарат с телескопическим обьективом и штатив, вещь совершенно необходимая при ночной сьемке.

Наведение обьектива фотоаппарата на свечение звезды технически непросто. Выбираю точку фокусировки, в моем фотаппарате (Olympus E-500) их три; по умолчанию система сама выбирает какой их трех воспользоваться но при точечном свечении фотоаппарат лишь беспомощно вращает телеобьектив в надежде найти фокус. Выбранная точка фокусировки, центральная, должна совпасть с светом небесного обьекта. Одна точка совмещается с другой, короткий писк извещает о фокусе, нажатие, готово. Запуск «Стингера» одним словом. Но фотоаппарат не «Стингер» и меня, к счастью, ничто не торопит с прицеливанием. Цветопередача не получается. Известная проблема ПЗУ матриц современых цифровых фотокамер. Требуется компьютерная обработка изображения чтобы компенсировать нелинейную чувствительность матрицы к различным участкам видимого спектра. Мне в свое время доводилось писать программу для цветокорректировки изображений камер Nicon - наши фотографии экспериментов с гравитационными течениями на подвижной установке Coriolis в Гренобле не имели ничего общего с реальностью.

Еще конечно нужен секстант. Такого прибора у меня под рукой нет, но есть компас (привет китайцам) - подвижный шарик в жидкости в прозрачной оболочке. Украшение салона автомобиля и полезная при путешествиях вещь.

В компьютере программа WinStar 2.0. Прямо на экране картина звездного неба с координатами, названия созвездий, угловые расстояния и названия небесных светил. Один щелчок мышью и появляется подробная информация об интересующем обьекте. Если информация не исчерпывающая есть Википедиа или профессиональные сайты по астрономии. Удобно. Все же в компьютерах есть что-то полезное несмотря на мое скептическое к ним отношение. А вот и те две ярких точки надо горизонтом, что видны за светом уличных фонарей. Это оказывается Венера и Юпитер, весьма интересно.

Расстояние между ними небольшое, четыре пальца на расстоянии вытянутой руки. Но тогда три небесных светила, Земля, Венера и Юпитер определяют плоскость эклиптики, а где же Марс? Вот же он слева и значительно выше. Совершенно непонятно как Марс может быть в той же плоскости что я, Венера и Юпитер. Или это не Марс? Надо разобраться. Беру в руки компас, шарик настойчиво показывает в направлении главного входа нашего здания. Ок, это значит север, справа Восток, слева Запад. Позвольте, но сегодня утром солнце светило в той части света, которое я только что определил как западное. Или это не Север, а где тогда Восток? Бр-р-р-р. Что-то не сходится.

Разбираемся попунктно. Итак солнце всходило сегодня утром в той части горизонта где расположена наша гостиница MeteoFrance. Следовательно Восток там. Но почему тогда компас определяет это направление как западное? И даже не западное, а как северо-западное? Или в Китае свое солнце? Видимо так. Вспоминаю замечательную книгу Миллера "Винни-Пух", его рассуждения сродни моим. Эврика! Да это не компас (привет китайцам), а прибор, ведомый неизвестными науке силами. Да нет же, в Китае и солнце свое и Север свой не как в Европе. Тогда все становится на свои места. В душе зародилось сильное желание поддеть «прибор» футбольным ударом и проследить за траекторией полета. Тоже можно сказать научный эксперимент. Может долетит до Китая? Хотелось бы в это верить. Но сначала это чудо инженерной мысли надо сфотографировать в назидание потомкам и только после этого вывести на орбиту искусственного спутника Земли.

Левее и выше Венеры с Юпитером яркая звезда на ночном небе. Альдебаран! Сколько научно (и не научно) фантастических рассказов связано с этой звездой. Помню фразу профессора Селезнева из «Тайны третьей планеты»: «мы летим на Альдебаран, полетели с нами!» Кто бы отказался? Реальность оказывется несколько суровее домыслов, 65 световых лет и многократно превышающий солнечный размер звезды не позволяют даже надеяться на

скорое свидание человека с Альдебараном. Посланный в 1972 году с Земли Pioneer 10 направляется именно туда, каких-то 2 миллиона лет и дай Бог рукотворная станция станет искусственным спутником звезды, если конечно с ней ничего не случится за все это время. На борту Пионера аллюминевая пластина с схематическим изображением мужчины и женщины, а также инофрмация о расположении Земли относительно нескольких пульсаров. Послано в надежде на внеземной разум. И я почти наверняка могу сказать что такие послания в будущем обязательно будут прочитаны только не инопланетянами а нашими потомками. Создание космических кораблей, чья скорость несравнимо больше третьей космической это вопрос ближайшего будущего. Так что вновь постороенные корабли догонят и перегонят Пионер задолго до его приближения к Альдебарану.

… посмотрел на часы, пол второго. Через три с половиной часа рассвет скроет красоту ночного неба. Пора спать.

Музей в Le Burget разочаровал: убраны все советские экспанаты, ни МИГов ни ЯКов больше нет. И вход бесплатный, понятно, за что тут платить? Одинокий Focke Wulf 190 (на фотографии) еще чудом остался как единственный представитель истребительной авиации времен Второй мировой войны.




(Photos by the courtesy of Lisa Zyryanova)

DR400

В понедельник 10.10.2011 состоялся мой второй полет, теперь уже на французском DR400 (на фотографии). Впечатления отрицательные. Старая модель самолета, ручка управления напомнила мне ножку от стула из школьной столовой: металлическая крашеная труба торчащая из-под сиденья. Сами сиденья не оборудованы подголовниками, пристегные ремни охватывают только нижнюю часть тела. При запуске мотора капот и приборная панель трясутся так, что того и гляди приборы посыпятся на колени. Летит стабильно но "тупой" в управении и удовольствия от полета не доставляет. Diamond Aerocraft лучше!