«Циклокоптер» (cyclocopter) – это необычный летательный аппарат, у которого крылья (точнее, роторы) вращаются вокруг горизонтальной оси, создавая подъемную силу и тягу. Он чем-то похож на вертолёт. Но у вертолёта ротор (или роторы) вращаются в горизонтальной плоскости. Концепция циклокоптера была разработана примерно сто лет назад. Но не было ещё технологии, позволяющей создать такой летательный аппарат. Циклокоптерами занималась «маленькая горстка» исследовательских групп. Но с развитием робототехники, появились энтузиасты, мечтающие сделать миниатюрный дрон-циклокоптер.
Профессор Мобл Бенедикт и аспиранты Карл Ранко и Дэвид Коулман из Техасского университета создали самый маленький в мире циклокоптер. Его масса всего 29 граммов. Это может быть первым шагом к замене вертолетов и квадрокоптеров чем-то лучшим.

Циклокоптер включает в себя 2 ротора. Каждый «циклоидальный» (cycloidal) ротор, или «циклоротор», состоит из множества крыльев, прикрепленных к кольцеобразной структуре, которая очень быстро вращается в вертикальной плоскости. Крылья производят подъёмную и толкающую силы. Каждое лезвие может поворачиваться вокруг своей оси на определённый угол, за счёт чего циклокоптер может перемещаться в горизонтальной плоскости в любом направлении. Как разработчики объясняют «Крылья циклически изменяют свои углы атаки, в результате чего возникает поперечная толкающая сила». Изменение направления толкающей силы происходит почти мгновенно, что делает циклокоптер очень маневренным. Этот летательный аппарат может очень быстро перейти от режима стабильного парения до режима скоростного горизонтального полёта. Небольшой ротор на «спине» стабилизирует циклокоптер в воздухе.

Приведём интервью с руководителем проекта профессором Моблом Бенедиктом:
Вопрос: Почему мы все не летаем на циклокоптерах вместо самолётов и вертолётов?
Ответ: Даже при том, что конструкторы пытались исследовать циклокоптеры ещё 100 лет назад, мы только начали смотреть на эту концепцию серьезно только сейчас. В начале 20-го века появились успешные модели вертолётов. И люди, естественно, потеряли интерес к разработке этого летательного аппарата. Одна из самых больших конструкционных проблем циклороторов в том, – что его крылья должны выдерживать большие поперечные центробежные изгибающие нагрузки. И 100 лет назад ещё не было лёгких и прочных материалов, пригодных для изготовления крыльев циклоротора. Сегодня, с появлением современных композитных материалов, это стало возможным. Кроме того, в отличие от вертолетов, которые могут быть пассивно стабилизированы, для стабилизации циклоротора нужен микроконтроллер с обратной связью, чего тоже не было. Таким образом, идея циклокоптера намного опередила своё время.
Вопрос: Вы можете описать особенности циклокоптера, которые дают ему преимущества перед вертолетами и квадрокоптерами?
Ответ: Циклоидальный ротор может достигнуть более высокой аэродинамическую эффективность чем обычный ротор вертолёта или квадрокоптера. Мы экспериментально продемонстрировали более высокую аэродинамическую эффективность циклоидальных роторов по сравнению с обычными микророторами, используемых в миниатюрных дронах: вертолётах и квадрокоптерах.
Кроме того, циклоидальный ротор может почти мгновенно изменять направление горизонтальной силы толчка. Это позволяет потенциально сделать циклокоптер даже манёвреннее квадрокоптера. В отличие от традиционного гибридного самолета (например, конвертоплана), циклокоптер может перейти от режима парения до режима быстро горизонтального полета без изменения своей конфигурации. Наконец, по сравнению с обычным ротором, циклоротор требует меньшего размаха крыльев. И, поэтому, можно создать очень маленький летательный аппарат.
Вопрос: С какими проблемами вы столкнулись при создании циклокоптера и как вы их решили?
Ответ: Разработка и изготовление такого миниатюрного ротора были чрезвычайно сложны. Мы должны были придумать инновационные методы производства углеродных композитов, чтобы изготовить лопатки ротора (масса каждой лопатки 0.12 грамма) и нити, изменяющие углы атаки лопаток (масса каждой нити 10 миллиграммов). И у них должна была быть субмиллиметровая точность изготовления. Система управления циклокоптера имеет массу всего лишь 1,3 грамма. Но она включает в себя трехмерные гироскопы, датчики ускорения, процессор и контроллер беспроводной связи. Системная интеграция была сложна. Когда уменьшается масштаб летательного аппарата, его динамика становится быстрее. Таким образом, мы должны были провести много месяцев, настраивая коэффициент усиления обратной связи для достижения устойчивости циклокоптера в режиме парения. разработка и летные испытание 29 граммового циклокоптера заняли более 2-х лет.
Вопрос: Над чем собираетесь работать дальше?
Я думаю, что есть ключевые моменты, которые еще должны быть улучшены:
1. Проектирование сверхлегких лопаток, которые могут выдерживать центробежные изгибающие нагрузки при ещё более высокой скорости вращения ротора.
2. Значительное уменьшение массы и сложности изготовления ротора.
3. Оптимизация кинематики, аэродинамического дизайна и геометрии ротора, чтобы максимизировать его аэродинамическую эффективность как в режиме парения, так и в режиме горизонтального полёта.
4. Механически более простые способы осуществления изменения угла атаки лопаток.
5. Исследование более компактной конфигурации циклокоптера и понимание предела его масштабируемости.
Мы показали, что у циклокоптера есть потенциал при создании миниатюрных летательных аппаратов. Следующий большой шаг: исследовать восходящую масштабируемость циклоидального ротора, который будет использоваться на больших по размерам беспилотных летательных аппаратов, и, возможно, даже на пилотируемом циклокоптере. У нас есть пятилетний грант от армии США, чтобы исследовать масштабируемость этой концепции. Больше всего я хочу, чтобы больше людей во всем мире знало о циклокоптере и работало над его усовершенствованием. Одна или две группы, работающие над этой идеей, уже сделали большие успехи. Я надеюсь, что в будущем, как только эта технология станет более зрелой, циклокоптеры найдут свое место в следующем поколении личных воздушных судов и летающих автомобилей.