أساسيات الحرف والدراج في الديناميكية الهوائية

والسرقة هي صافي القوة الهوائية الممتد إلى التدفق الوافد الذي يتصدى لوزن الطائرة، بينما يكون الجر هو الحركة المقاومة للقوة من خلال الهواء، متصرفاً على نحو متوازي مع الرياح النسبية، وفي التحليق الرأسي، يولد الدوارون الرفع من خلال التباطؤ في الهواء؛ ويتلقى وزن المركبة دعماً كاملاً من الدفع، وفي التحليق الأمامي، قد ينتقل المروحون جزئياً أو كلياً إلى توفير دفعة الأمامية، مع رفع أجنحة السطحية.

ويؤثر وضع المروحيات والدوارات تأثيرا مباشرا على كيفية تطور هذه القوات وتفاعلها، وعندما تكون الدوارات قريبة من النسيج أو الجناح، يمكن التعجيل بالتدفق الجوي المحلي أو تباطؤه، وتعديل توزيع الضغط وخصائص طبقة الحدود، مما يؤدي إلى زيادة سحب التدفق الجلدي أو الفصل السابق في التدفق، وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يستغل التدخّل السليم - مثل استخدام محرك متنقل متنقل متنقل لتقليل التدفق التدفق التدفق التدفق التدفق المتحركة العجلة.

وثمة جانب آخر حاسم هو دور عدد رينولدز وآثار عدد ماك، حيث أن صغار الرواد الذين يعملون بأعداد أقل من رينولدز يعانون من معامل سحب أعلى من حيث الشكل ومن الانتقال في وقت سابق إلى حالة اضطراب، مما يعني أن قرارات الإيداع التي تعمل على نطاق نموذجي قد لا تتسع مباشرة إلى الحجم الكامل، وبالمثل، فإن ارتفاع عدد المروجين السريعين بالقرب من نظام التشغيل عبر الحدود يمكن أن يولد صدمات جراً يتفاعل مع السطح المتاخم.

] The governing equations] for rotor performance-actuator disk theory and blade element momentum theory-assume a uniform inflow, but real placements introduce non-uniform inflow distributions. For example, a rotor mounted near a fuselage experiences a skewed in flow due to the body attack’s curvature,

الميجور بروبلر وروتر فينغاور

ويعتمد المصممون عموماً فلسفتيين واسعيي النطاق للتنسيب - لا مركزية وموزعة - على كل منهما مع فنادق فرعية متميزة ظهرت عبر نماذج الإنترنت وبرامج القوات المسلحة للحركة الفلكية، ويقضي الاختيار بينهما على كل شيء من التصميم الهيكلي إلى منطق مراقبة الطيران، وإلى جانب التمييز الأساسي، فإن التشكيلات الهجينة شائعة بشكل متزايد، مثل أجهزة الرفع المركزية، إلى جانب متعهدي الرحلات السياحية الموزعين.

التجمعات المركزية

ويركّز مركز التكوين المركزي على المروحيات الرئيسية التي تحركها الطائرات بالقرب من مركز الجاذبية، وتشمل الأمثلة على ذلك طائرات عمودية واحدة ذات مقومات رئيسية، ونظما للدوارات ذات التلال، وبعض تصميمات الصمامات التي تُقام في الجذور الأمامية أو أعلى من الصنع، مما يؤدي إلى تداعيات قوية على الرفع من الترميزات، ويحد من التقلبات الكهربائية المرنة نسبيا، ويبسط التعقيد الميكانيكي.

ويُعتبر التناوب المُلاحظ في متظاهر تكنولوجيا سيكورسكي X2، ويُستشف من التجار المُتكرر الذي يُحدث تصاعداً في الموازين، ويُحدث أثراً مُتعاظماً، ويُستعان به في عملية التفسخ المُتَفَقَدِّد للزُم، ويُستَنَدَدَت المُدَدِّرات الرئيسية على التُخَفَفَفَدَدِّيْتَة الرأسيَةِيَةِية، وتُصْعَةُ، وتُصُرَةُصُصُرَةُ، وتُرَةُرَةُ، وتُ، وتُ، وتُعَةُتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَت

وثمة بديل مركزي آخر هو تشكيلة ذيل ذيل ذيل ذيل ذيل واحد، حيث يقوم روكتور ذيل بضبط التمزقات والاتجاهات، كما أن وضع ذيل روكتور في نهاية الازدهار يضعه في تدفق مزعزعزع من الوعاء الرئيسي للدوارات وتركيبه، مما يؤدي إلى فرض عقوبة على السلطة تتراوح بين ٥ و ١٠ في المائة مقارنة بدوار معزول.

المفاوضات الموزعة

وقد أصبح انتشار الكهرباء الموزعة سمة الجيل القادم من مفاهيم الجيل الجديد من الشبكة الدولية للمركبات الإلكترونية، وفي هذه المجموعة، يوضع العديد من الدوارات أو المراوح المحملة على طول الجناح أو ذيل أو ازدهار مكرس، كما أن السيارات المعززة التي تعمل بالبطارية تتيح الانقلاب الهوائي أكثر مرونة من النظم التي تحركها الميكانيكية، إلى أن يؤدي توزيعها إلى تخلف حركة السيارات.

ومع ذلك، فإن النهج الموزع يُحدث انحرافات معقدة، حيث يمكن لكل دوار أن يتفاعل مع المركبين الجيران، ويدعم الطفرة، والجناح، ويُمكن أن يؤدي ظهور عاصفة في أعلى المجرى إلى الحد من الزوايا الفعالة لهجمة الدوارة في أسفل المجرى، ويخفض مستوى الرفع الدينامي ويزيد من جره، علاوة على ذلك، فإن العديد من المركبات المُعرضة للدراجات والزئية والثبطة والازدهار تُدرَتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُمُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُمُمُمُتُتُتُتُمُمُتُمُمُمُمُمُ

]Ducted fan variants] of distributed formations, such as those on the Lilium Jet, place the fans inside the wing and canard surfaces. This reduces the number of exposed far efficiency and allows the ducts to act as lifting surfaces, but introduces internal flow losses and duct lip separation at high anglelet forward pressure%.

التجمعات الهجينة والوحيدة

فبعض تصميمات VTOL تختلط بالنهج المركزية والموزعة، فعلى سبيل المثال، يستخدم مفهوم بيل نيكسوس إي فيتو لأربعة من المعجبين المكرسين في النسيج (الرفع المركزي) بالإضافة إلى مجموعة من المحركات الموزعة على الأجنحة، وقد أدى هذا النهج المختلط إلى محاولة لالتقاط ترابط المصعد المركزي أثناء القفزة بينما يؤدي إلى توزيع الدفعات على المصعد الأمامي والكفاءة في الرحلات البحرية.

وثمة هجين آخر هو شبكة الـ (eVTOL) التي تستخدم مروحة كبيرة واحدة في الأنف بالإضافة إلى مركبين مائلين على الأجنحة، ويخلق وضع مروحة الأنف بالقرب من الصمام الأمامي ووقوعاً يميل إلى الشاشة الأمامية والحمولة الأمامية، ويحتاج إلى هيكل معزز ومراقبة حرارية على الحدود، ويتيح هذا المتاجرة للطائرة أن تكون لديها قاعدة وزن قصيرة جداً، مما يقلل من وزنها.

Lift and Drag Trade —offs as a Function of Placement

إن موقع الدوار الرأسي والأفقي بالنسبة للإطار الجوي يخلق مجموعة من الآثار الهوائية التي يجب على المهندسين أن يرسموا خرائطها ويخففوها، ومن بين أكثر المتغيرات تأثيرا، ارتفاع الدوار بالمقارنة مع سطح الجناح أو النسيج، ويمكن أن يؤدي ارتفاع الارتفاع في حجم الرؤوس (فوق الجناح على لوحة البولون) إلى الحد من الضغط السلبي الذي يرتفع على سطح الجناح، مما يؤدي إلى تأخير التدفق.

ويمكن للدوائر ذات الطراز المنخفض )بموجب الجناح أو بالقرب من الأرض( أن تستفيد من أثر " الوصية الأرضية " في الخرطوم، وزيادة قوة الدفع بالنسبة لقوة معينة بسبب الضغط المتزايد بين السفينة والسطح، ومع ذلك، فإن الدوارات المنخفضة قد تتعرض في التحليق الأمامي لاستنشاق كبير من أجنحة طبقة الحدود من الجناح، مما يقلل من كفاءة الدفع ويزيد من اليقظة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن التحلل أو التمركز في الأماكن التي لا يتم فيها توزيع القاذورات بشكل متماثل - يمكن أن يؤدي إلى حدوث حركات تدحرج ودوافع حتى في ممر ثابت، مما يرغم نظام مراقبة الطيران على العمل بشكل أقوى، وينزف الطاقة من خلال إجراء تعديلات مستمرة في الدفع، وفي حين يمكن استخدام مخططات قياسية لطرد المركبة حول حمولة مركزية أو لتجنب مسارات السير، فإن السحب المستحث من نظام القياسات الحرارية لا يزيد من الطلب النسبي.

(ب) يؤثر أيضاً على سلطة مراقبة التدحرج، كما أن المصارعات الخارجية توفر لحظات متجددة أكبر لفرق دفع معين، ولكن عندما توضع خارجاً، فإن التفاعلات بين طرفي الطرف وبين الطرف المجنح يمكن أن تزيد من جرّه، أما الموقع الأمثل للتوسع في مجموعة من المصعدات فهو عادة ما يتراوح بين 60 و80 في المائة من نصف فترات سحبه.

RotorRotor and Rotor —Wing Aerodynamic Interactions

وعندما يعمل العديد من الرواد في الجوار الوثيق، فإن تداخلها يؤدي إلى تفاعلات معقدة لا تكون مجرد إضافة، كما أن ميدان السرعة الذي يتسبب فيه أحد القوارض يغير ظروف تدفق جيرانها، ويمكن أن يكون ذلك بناء (مثلاً، فإن دوامة التفكك السطحي من مروحة رفع يمكن أن تساعد على حفز مروحة من المحركات الأمامية) أو مدمر (الشكل القوي من جانب التفريغ الأمامي).

والتدخل بين الدوار والجناح هو موضوع كلاسيكي يدرس في الزنازين الهوائية التي تستخدم الطينية، وفي حالة طائرات الهليكوبتر، يمكن أن يخلق الموجة السطحية فوق الجناح قوة تحميل كبيرة تقاوم الرفع، تصل أحيانا إلى 10-15 في المائة من الدافع الدوار، كما أن التوليد المزود بالبطاقات الرأسية مثل تضخيم طائرة الرش المزودة بالأجهزة المحمولة، أو استخدام أجنحة المتحركة، يوفران العجلة المثلى.

(أ) يمكن التخفيف من تفاعل روتور 0to-rotor في صفائف متعددة الأطقم الفضائية عن طريق ضخ الدوارات في اتجاه الإصفاد، وهو تقنية تستخدم على عدة نماذج أولية للمركبات الإلكترونية، كما أظهرت الدراسات أن الأزواج المخالفين، عندما توضع جنباً إلى جنب، يمكن أن يلغي بعض الآثار الناجمة عن الإسناد إذا اختيرت اتجاهات التناوب على نحو ملائم.

(أ) إن الحساسية الحساسية للزجاجات [(FLT:1]) هي عامل آخر، فالحاجز الذي يوضع على الجانب المريح من الإطار الجوي سيواجه زاوية هجومية مختلفة فعالة مقارنة بالجانب الميسر، ويمكن أن يكون هذا التفاوت متوازناً باللعب الجماعي المتفاوت أو RPM، ولكن بتكلفة زيادة القدرة على التحكم، وفي الفارق الشديد، فإن الدوارات قد تكون قريبة جداً من التدفق.

الأثر الأرضي والأداء فوق سطح الأرض

كما يغير التنصيب المُنقِّع والدوار طريقة تصرف المركبة عند العمل بالقرب من الأرض، ويعزز الأثر الأرضي رفعها بتقليل السرعة المستحثة في مصيدة الدوار، ويقلل من القوة اللازمة للهوفر، وبالنسبة لنظام المصعد الموزع، فإن الاستحقاق ليس موحدا؛ ويقترب المركب من الأرض من غطاء أكثر وضوحا، بينما يُعدل المحركات ذات المستوى الرأسي.

وفي المناطق التي تهبط فيها مناطق غير متماثلة، وضع الدوارون ضربة أرضية منخفضة الخطورة، وبالتالي فإن المعجبون المغفلون، كما استخدموا في طائرة ليليوم، يقومون جزئيا بحماية الدوار من قرب الأرض، مع السماح بترتيبات أكثر ترابطا، ولكنهم يضيفون جرا إلى السفن السياحية، ويمكن ملاحظة التأثير التفصيلي للتنسيب على أرض الواقع في الحملات التجريبية: وقد أظهرت الاختبارات على صمامات تُزيل تحت سطح الماء(35).

وبالإضافة إلى ذلك، فإن شكل النسيج السفلي يؤدي دوراً، إذ يمكن أن يُخيط البطن الشق أو المُحتَلَق الوعاء الجوي تحت المصاريف، ويعزز التأثير الأرضي، بينما قد يتيح بطن حاد أو مُنْطَف الهواء الفرار في وقت لاحق، ويقلل من الفوائد، ولذلك يجب النظر في الترسب في مُجمَع مع قياس الجُزُزُح، ولا سيما بالنسبة للضَب الجوي الذي يعمل من الموانئ التي تُع المُطِّع.

] In ground effect] (IGE), the power reduction follows an exponential relationship with altitude; the typical benefit is 10 -20% reduction in hover power when the rotor is at a high equal to one rotor diameter. Designers use this knowledge to size rotors for the most demanding condition-out of ground effect (OGE) hover - and then accept power lower consumption.

النهج التفضيلية والتجارية

ونظراً لأن مساحة البارامتر من التمركز بالدوار وزوايا المبللة وتركيب هيكل الدعم هي مساحة شاسعة، فإن تصميمات المركبات الحديثة تعتمد بشدة على استخدام مركبات متعددة التخصصات، وتقترن نماذج ذات قدرة عالية على إحداث الاحترار بالمركبات، وخرائط أداء كهربائية لاستكشاف المبادلات.() وتسمح نماذج متبقية مثل استجابات الحرق السريع بإجراء تقييم سريع لآلاف التكوينات.()

ولا يزال اختبار الرؤوس الحلوة أمراً لا غنى عنه، فالنماذج الفرعية التي تتضمن أرصدة القوة والطلاء الذي يراعي الضغط توفر بيانات تثبت صحة الاضطرابات التي لا يمكن أن تضمنها وحدة الاضطرابات المالية، والتركيز بوجه خاص على نظام الرحلات الانتقالية الذي يتحول فيه المروحيات من الاتجاه الرأسي إلى الاتجاه الأفقي، ويتسبب في تغيرات كبيرة في التدفق، ويمكن أن يؤدي التمركز في مكان عميق على الجناح إذا ما أدى إلى تفكك في اتجاه مفترق.

كما تم تطبيق أوجه التقدم الأخيرة في مجال التعلم الآلي على النحو الأمثل، حيث يمكن للشبكات العصبية التي تم تدريبها على قواعد بيانات كبيرة من القوات المسلحة التقليدية أن تتنبأ بتدخلات في عمليات سحب المركبات وتحميلها في الوقت الحقيقي، مما يتيح إجراء دراسات سريعة في مجال التبادل، وهذه الأدوات لا تزال تجريبية ولكنها تعد بتقليل التكلفة الحسابية لثباتات حركة النقل المتعدد الوسائط، وقد استخدمت دراسة حديثة في شبكة جديدة للتغذية الثورة الوبالية للتنبؤ بتوزيع الضغط على 25 دال على شبكة متعددة الدقة و100.

Real — World Examples of Rotor Placement Trade —Offs

وتبرز عدة برامج للطائرات الصغيرة السائلة التطبيق العملي لهذه المبادئ. ]توضع الطائرة في الطائرة الواحدة[ ]الطائرة الواحدة: ١[ في الجناحين: ١، تستخدم الطائرات S4 المروحية ستة مروحات مروحية موزعة على الجناحين، واثنتان على متن الوحدات المجهزة بالجنح، وتوضع في واجهة الجناح لتوفير تدفق نظيف، وتوضع القاذورات في حيز واسع النطاق لتجنب عبورها، وتُفُ الأزُجها.

وتعطي شركة AgustaWestland AW609 (PallAgusta سابقا) نظرة ثاقبة إلى التنسيب التجاري الواسع النطاق، وتتكون محركاتها ومروجيها من موقع موزع على الجناحين، ويفرض عقوبة على التطهير من الحرق ويخفض من حجم النسيج، ولكن الناييلات المزودة بعلامات جماهيرية كبيرة وتسحبها، وتعتبر برامج التبادل مقبولة بالنسبة لأفضل منفعيل المدني.

ومن الأمثلة البارزة الأخرى على ذلك، ما يلي: " آرتشر ميدنايت " ، الذي يستخدم 12 من محركات المصعد الثابتة التي تُقام على الطفرة فوق الجناح، مع مدافعين عن الرحلات السياحية الخلفية، حيث يتم وضع مراقصات المصعد بحيث يمكنها أن تعمل في تدفق نظيف دون تفاعل كبير من الجناح في الجوفير، بينما تصمم الطفرة بحيث تكون فعالة بدرجة طفيفة في الرحلات البحرية.

مبادئ توجيهية للتصميم من أجل تحقيق التنسيب الأمثل

ويمكن للمهندسين، انطلاقا من مجموعة البحوث والخبرة التشغيلية، أن يتبعوا إطارا منظما عند تحديد مواقع الرواد، أولا، تحديد أساليب التشغيل الرئيسية: ينبغي أن يرجح كفاءة المحركات، والسلامة الانتقالية، وسحب الرحلات السياحية حسب المهمة المقصودة، وبالنسبة لسيارة أجرة جوية حضرية ستقضي معظم وقتها في التسلق والتدمير، وطريقة الأداء المنخفضة السرعة، مما يساعد على إغلاق نظام النقل البحري الممتد.

وتشمل المبادئ التوجيهية الرئيسية ما يلي:

  • Maintain rotor —‐to-surface clearance:] A minimum of one rotor radius from any large bluff body is a common rule of thumb to reduce download losses. This distance should be verified with CFD for specific geometries. For ducted fans, the rule changes to 0.5 ducti.
  • Align rotors with the fuselage center of gravity:] Ensure the net lift vector passes through the CG in hover to minimize the need for differential momentum momentum, which wastes power. A longitudinal compensate of more than 5% of the wheelbase typically requires active torque compensation.
  • ]Optimize capital placement for ground effect:] Place hovering rotors low relative to the fuselage belly to maximize ground effect, but verify that the same placement does not cause excessive download in transition. A common compromise is to position the rotor disc at 0.5 fuselage depths below the maximum fuselage altitude.
  • استخدام المسح والديهادرائي في ازدهار الدعم: ] ازدهار مع تبسيطات محلية للحد من التشويش، وقطعة الدعم في الاتجاه الحر عندما يكون ذلك ممكناً، وبالنسبة للازدهار الذي يحمل دوارات رفع، فإن الديهادرائية تتراوح بين 3 و5 درجات تساعد على الإبتعاد عن التطهير.
  • Stagger rotors in the streamwise direction:] When multiple rotors are arranged in a row, stagger them to reduce the aerodynamic penalty from wake impingement on downstream rotors. A stagger distance of 0.2-0.4 rotor diameters is typical.
  • ] Consider ducted fans for tight spaces:] Ducted fans allow closer placement to the airframe but at the cost of added weight and duct drag. Use them only when ground clearance or noise constraints demand. The duct’s internal contour must be carefully shaped to avoid flow separation at the fan face.
  • Account for blade tip clearance:] For rotors placed near the fuselage or other rotors, a tip clearance of at least 5% of the rotor radius is needed to avoid excessive tipvortex interaction and associated noise increase.

ويمكن أن تتباين الخوارزميات المثلى اليوم تلقائياً في المواقف القائمة على الدوارة، مع تقييم هدف مشترك يتمثل في الحد الأقصى لنسبة الرفع إلى الدراجات، والحد الأدنى من الطاقة المطلوبة في المرفأ، والترضية المحدودة للديناميات الهيكلية، ويستخدم نهج قوي خامداً وراثياً مقترناً برمز منخفض التكوين الهوائي للاستكشاف الواسع النطاق، ويتبعه صقل معتمد على أساس التدرج مع الصبغ.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ومع نضج الصناعة، فإن هياكل مراقبة التدفق والمورفين النشطة قد تزيد من تخفيف القيود المفروضة على التنسيب، كما أن المعجبين الذين يرتدون النسيج المتغير يمكن أن يتدفقوا مباشرة لتجنب الفصل المحلي، مما يتيح حزمة أضيق من العتاد دون فرض عقوبات على الجر، كما أن نظم القنوات الكهربائية الموزعة التي تتجه نحو الألغاز الداخلية يمكن أن تدمر الموقع الدوار المادي من نقطة الخروج من الاتجاه، مما يتيح مزيدا من الحرية في التعامل مع أجهزة التحكم في الهوائية المتطورة.

أما البحث المستمر في وحدات الدفع الكهربائي، مثل أجهزة الدفع ذات الدفع العالي المفتح ذات الدرعات الخفيفة الوزن، فسيحول حساب التنسيب مرة أخرى، وإذا كان يمكن جعل الدوارات صغيرة بما فيه الكفاية، فإنه يمكن إدماجها في طبقة الحدود الجوية كوسيلة لخفض السحب - مفهوم غير مجدي يجري استكشافه بالفعل في مفهوم " ستريب " الذي يُستخدم فيه تركيبة محركات السحب.

وثمة اتجاه آخر ناشئ يتمثل في استخدام متغيرات في قاذفات الهندسة التي تغير مكانها أثناء الرحلة، وبالرغم من أن مفاهيم مثل القاذفات اليدوية أو الازدهار عن بعد يمكن أن تتيح للدوائر التحول إلى الخارج من أجل القفز والانتقال إلى الرحلات السياحية، وتفائل المتاجرة بين أنواع التحميل والنباتات، ومع أن هذه الآليات تزيد من وزنها وتعقيدها، فإنها قد تصبح عملية مع تحسن نماذج البرمجيات الجاهزة.

Active load mitigation] is another promising area. By dynamically adjusting rotor tilt or RPM in response to wing root bending moments measured in flight, engineers can reduce the structural mass of support booms and pylons. indirectly changes the opt placement, as heavier structures are more penalizing when placed far from the CG. Futureim designs may couple structural optmicization

خاتمة

إن وضع مروحيات ومروجين في مركبات VTOL هو أكثر بكثير من تفاصيل التركيب؛ وهو متغير أول في تصميم الأزواج الذين يرفعون أجنحةهم ويسحبون استقرارهم ووزنهم الهيكلي ويتحكمون في تعقيداتهم، فالتشكيلات المركزية التي توفر البساطة والتدخل الأدنى، ولكنها يمكن أن تكافح مع التفريغ والكفاءة العالية السرعة.