חידושים בעיצוב אווירינמי עבור כלי רכב עירוניים יציבים

ההבטחה של ניידות אווירית עירונית (UAM) עברה מהרעיון של סיבולת למציאות הנדסית מוחשית, עם עשרות מטוסים של השתלטות אנכית חשמלית ונחתה (eVTOL) בפיתוח פעיל.מרכז לכדאיות של כלי רכב אלה - בין אם הם מוניות אוויר, רחפנים, או מטוס תגובה חירום - הוא עיצוב אווירי יעיל של כלי רכב אוויריים, שאינו קבוע או רק אוויריים, ולכן הם צריכים לפעול במכשול אוויריים צפופים, ולא מזרזים מהירים, אלא מזרזים מסחריים יעילים, אלא ממושכים, ולא ממושכים, ולא ממושכים, אלא ממושכים, אלא גם את יעילות אוויריים, ולא ממושכים, ולא ממושכים, אלא מקרינה בטוחה של כלי רכב אוויריתים, אלא, ולא מקרינה אווירית, אלא, אלא, אלא, אלא, ולא מקרינה יעילה, אלא, כמו תכנון אוויריתים, כמו תכנון אוויריתים, כמו תכנון אווירית, אווירית, אווירית, כמו תכנון אווירית, כמו תכנון אווירית, או אווירית, כמו תכנון אווירית חירום, שלא ניתן לבצע תהליכי בטיחות אווירית, כמו גם אווירית, בניגוד כלי רכב אווירית, כמו תכנון אווירית, ולא אווירית, כמו תכנון אווירית חירום, או אווירית חירום, כמו תכנון אוויר

אתגרים מרכזיים ב- Urban Air Mobility

תכנון רכב UAM אשר מבצע היטב על פני כל המעטפת של הטיסה - החלפה מונעת, מעבר, הפלגה, גישה ונחתה - מייצגות hurdles אווירודינמיקה ייחודית.בניגוד למטוסים מסורתיים המותאמים למשטר טיסה יחיד (למשל, הפלגה עבור חברת התעופה), eVTOLs חייב להצטיין הן מרחף והן בטיסה קדימה, לעתים קרובות עם מגבלות משקל גסות מתחת ל -2,000 ק"ג ו-R2 ק"ג ו-Rrererererererererererkors מתחת ל- 10 מטר מתחת למהנדסים מתחת ל- 10 מטר לאחר אתגרים.

דרישות בעלות נמוכה וגבוהות לגניבת רכב

במהלך ההמראה והנחיה, כלי רכב UAM חייבים לייצר מעלית מספקת מבלי להסתמך על מהירות גבוהה קדימה.עיצובים רבים משתמשים במספר רב של רוטורים או מניעים כדי ליצור וקטור דחף מבוזר.עם זאת, ניהול אינטראקציות זרימה מורכבות בין רוטרים - במיוחד בתחנות צלב או קונסונים עירוניים גורים - נדרשים בזהירות עיצובים אווירודינמיקה. כנפיים חייבות לאזן את המעלית הנמוכה (באמצעות flaps, psts, נפיחות, או מנפחים נמוכים) עם כמה מעברים קלים, כמו כוחות אוויריים קצרים, או ממריצים).

טכניקות ניכוי דרג

גרור מינימינג חיוני להרחבת טווח ושיפור יעילות האנרגיה, במיוחד בהתחשב צפיפות האנרגיה המוגבלת של טכנולוגיית סוללות נוכחית.חדשנות מעבר לצורות פשוטות של זרימה:

(FLT:0)Natural laminar זרימה (NLF)אנדרופט 1:1 Airfoils מוחל על כנפיים ופתיחת כדי לשמור על שכבות הגבול laminar על פני שטח גדול יותר, צמצום חיכוך העור לגרור עד 30-40% בהשוואה לעיצובי זרימה סוערים.
(FLT:0) כנפיים וכנפיים גדרות גדרות FLT ( 1:1) להפחית את גרגור המושרה במהלך השייט על ידי שליטה ב-flyip מערבים. חלק מהטיפוסים משתמשים ב-Gurney flaps או בכנפיים מפוצלים שמרבים רק בשלבי טיסה מסוימים.
(FLT:0 Morphing Trailing Edges Edges 1) מאפשר שינוי צורה רציף כדי לייעל את הסומבר עבור מזהמים שונים של מעליות המעלית, צמצום טרימגור וחיסול פערי פני השטח של שליטה דיסקרטית.
(FLT:0 Smooth פני השטח של EndveFLT:1 ו rsh riveting הם קריטי; אפילו צעדים ברמה מילימטר או פערים יכול לגרום מעבר מוקדם להפרעות. יצרנים הם חקר טכניקות עובש מורכבות המייצרות עור חלקה.

הפחתה פעילה של גרגור, כגון שכבת גבול (BLI) שבו הדחף ingests לאט יותר ממשטח הפתיח, הוא גם נחקר. s S4 של Joby תעופה, למשל, משתמש בדחפורים המוערכים מחדש כי מקיפים את ההתעוררות מן הזרוע ופתיחת, שיפור יעילות propulsive.

עידוד יציבות ושליטה

יציבות היא מאתגרת במיוחד במהלך טיסה מהירה ורחפה, שבו משטחים אווירודינמיקה קונבנציונליים (המדרגות, המעלית) הם בלתי יעילים. כלי רכב UAM מסתמכים על דחף שונה בין מניעים לשליטה בגישה – טכניקה המכונה הקצאת שליטה.עם זאת, הרגעים האירודינמיים שנוצרים על ידי כל רוטר משתנה במהירות קדימה, הדורשים חוקי בקרה מתקדמים.

(FLT:0) מערכות שיפור יציבות קולקטיבית (FLT:103) אשר משתמשות במהירות מוטורית, זווית הטיה והתקנים המובילים לשמירה על הגישה ללא קלט טייס קבוע.
(FLT:0)Distributed חשמל הנעה (DEP)FLT) 1:1 מאפשר שליטה ישירה של מומנט, אבל גם מציג אינטראקציות ער מורכבות שיכול להשפיע על שולי יציבות.
(FLT:0) משטחי בקרה רבי ערך (Movable control Surfaces) 1IRFLT:1, על כנפיים וזנבים, בגודל כדי לספק סמכות על פני טווח המהירות. חלק מהעיצובים משתמשים בייצובים אנכיים המסלקים כפולים כמו שטף ודימום מהיר.

חידוש רעש כאתגר אווירודינמיקה

קבלה קהילתית של UAM תלויה ברעש נמוך.מקורות Aeroדינמית שולטים: אינטראקציה רוטר-להב-רובוטקס (BVI), רעש פורצי דרך ורעש מעריצים ממנועי חשמל.

(FLT:0)Blade מעצבת את איור 1:1 עם סחף, מרוקנת או serrated שבילים קצה כדי לשבור מקורות רעש קוהרנטי. נאס"א מחקר על רוטורים זולים מראה 3-5DB ירידה באמצעות שבילים סינוסאידים.
(FLT:0) הגדלת ספירת להבים 1FLT, בעוד צמצום מהירות טיפ מוריד רעש BVI.הליאם Jet משתמשת מחנכים עם להבים רבים הפועלים במספרים נמוכים (0.5), אשר מייצרים באופן טבעי פחות רעש מאשר חשוף.
(FLT:0) מדחף מואץ' (הנקרא גם מעריצים מעוטים) מכיל רעש רוטטור ויכול לשלב קוים אקוסטיים, אך להוסיף גרר ומשקל.
(FLT:0) שליטה ב-pitch ControlFLT:1 ו- RPM משתנה מאפשר התנגשויות רעש במהלך פעולות בעלות יכולת נמוכה ליד מוטציות.

גישות עיצוב חדשניות

כדי להתמודד עם האתגרים הרב-פניים האלה, מהנדסי UAM מאמצים פילוסופיות עיצוב הוליסטיות המשלבות אווירודינמיקה, מבנים, הנעה ושליטה במערכות מתוחות.החידושים הבאים מייצגים את קצה החיתוך של שילוב אווירודינמיקה.

עיצובים משולבים ו- Propulsor

במקום לצרף כנפיים נפרדות ודחפורים, מושגים חדשים רבים מטביעים את ההנעה ישירות למבנה האגף.המושג "המפלצת" או "מעלית המועצמת" משתמש ב-"Flickler Switchstream" כדי לזרז את שכבת הגבול מעל הזרוע, מעכב דוכנים ולהגדיל את ה-Down coefficients (C L,max) לדוגמה, FLT:0A X-57A X-Rackalpher לאחור 1:1 (כיום ביטלהחזקים נוספים תחת תצורה של ה-D) עם סגסוגת קטנה יותר, בעוד שגרמה ל-D257 מנועים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת 1257 מנועים נוספים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, ה-D.

מערכות הנטומנטציה

הנעה חשמלית (DEP) היא אבן הפינה של UAM aeroדינמיתs. על ידי הפצת מספר רב של אביזרים קטנים יותר על פני מסגרת האוויר, מעצבים יכולים:

(FLT:0) לחנך מתעוררות זעזועים:1 מאחורי כל רוטר, שיפור ביצועים אווירודינמיקה של הזרם וצמצום גרר על פני השטח מאחור.
(ב) ⁇ :0) וקטורינג מדויק מדויק של וקטורינג 1:1 לשליטה מרחף, ביטול הצורך של מנגנוני קידוד זנב או מנגנוני שטח מורכבים.
(FLT:0) שיפור יעילות ההפלגה 1:1 באמצעות שימוש רק בדחפורים הממוקדים ביותר עבור השייט (למשל, דוחפים כנף) תוך נוצות או רוטור המעלית.
(FLT:0) לרעשי ה-Lower MooveFLT:1 משום שרוטורים קטנים יותר פועלים במהירויות טיפ נמוכות יותר והצליל מתפשט על פני להקה רחבה יותר, מה שהופך אותו פחות פולשני.

עם זאת, חברות כמו Archer תעופה ו- Joby תעופה הוכיחו כי תצורה של שישה-רוטור (ארבעה רוטטורים, שני מניעי שייט) יכולים להשיג ריח יעיל ומהירות שייט של 200 קמ"ש עם רעש מקובל.

יסודות אווירודינמיקה פעילים

מבנים הסתגלותיים שמשנים צורה במהלך הטיסה עוברים ממעבדה לאבטיפוס.

(FLT:0 Morphing Main EdgesFLT:1ir) אשר משנה סומב ועובי לעכב את הפרדת שכבת הגבול בזווית גבוהה של התקפה תוך שמירה על גרור נמוך בהפלגה.
(FLT:0) ספוילרים מפוצצים על פני השטח העליון של הכנפיים כדי ליצור גרר ולהקטין את המעלית במהלך הירידה, חיסול הצורך בלם מהירות ייעודי וצמצום רעש הגישה.
(FLT:0) ,התכנה ניתן ליישב את ה- 1 (ב) על עיצובים מעריצים שמשתנים בגיאומטריה כדי להתאים לתנאי טיסה, להפחית את גרור העודף ולשפר את יעילות המעריצים.
(FLT:0) ציוד נחיתה מפופטית 1 (FLT:0) אשר מתחדש לתוהוות עם עונש גרור מינימלי. eVTOLs רבים להשתמש בציוד קבוע עבור פשטות, אבל עיצובים עתידיים סביר להניח יאמצו ציוד רטיקולארי עם ירידים אווירודינמיקה.

נאס"א (FLT:0) תוכנית של צוק משלימה (ACTE) 1FuaLT (ACTE) הוכיחה רצף גמיש שיכול להשיג הפחתה של 30% גרר על כנפיים קונבנציונליות; עקרונות דומים מותאמים עבור כלי רכב רב-רולול UAM.

מבנה של Light Weight Composite Structures

יעילות אירובית היא חסרת משמעות אם המבנה כבד מדי.פולימרים רבי כוח פחמן (CFRP) הם החומרים של בחירה עבור כלי רכב UAM, המציע יחס גבוה במשקל כוח והיכולת ליצור צורות אווירודינמיקה מורכבות.

(ב) ,0) לוחות כריכים מקובעים (FLT:103) שמשלבים עור, ליבה ונוקשות בצעד ייצור יחיד, צמצום ספירת חלק ומשקל.
(FLT:0) ייצור אדרטיבי (FLT:1) של מרכיבים אווירודינמיקה קטנים (למשל, טיפים כנף, הלהב רוטר) אשר דרשו בעבר כלי יקר.
(FLT:0) אירוליסטי חייט 1FLT (FLT:1), שבו השכבות המורכבות נועדו להיות nd או לסובב תחת עומס אווירודינמיקה כדי להפחית את דוכני הגרור או לעכב.לדוגמה, כנף קדימה יכול לסובב האף למטה כדי לא לטעון את קצה במהירות גבוהה, למנוע גרר מפריטים.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התפקיד של Fluid Dynamics

בדיקת מנהרות הרוח נותרה חשובה, אך CFD מניע כעת את רוב החדשנות האירודינמית ב UAM. סימולציות נאמנות גבוהה באמצעות ריינולדס-Averaged Navier-Stokes (RANS) ו- Eddy Simulation גדול (les) מאפשרות למהנדסים מודל אינטראקציות רוטטור-רוטור, מעבר בין מרחף לטיסה קדימה, ויישומים מרכזיים.

(FLT:0) אופטימיזציה של אופטימיזציה של אופטימיזציה FLT:1) באמצעות שיטות מטוגן ואלגוריתמים גנטיים כדי למצוא צורות הממזערות את הגרור או למקסם את המעלית עבור קבוצה מסוימת של מגבלות.זה הוביל לצורות לא מסורתיות כמו "האגדות" של ליאם ג'ט - מעריצים מחנכים רבים מסודרים לאורך הכנפיים.
(ב) [ה]התחזית החיזוי האקלימית [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]]]] [הההתביעה] [התחילה] [התחילה] [התחילה] [ה] [ה] [התחילה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] היא] [ה[ה[ה] [ה] [ה] [ה] [ה] היא] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [התתת] [ה[ה[ה] [ה[ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]]]] [ה]]]]] [ה] [ה[ה
(FLT:0 סימולציות דינמיות סימולציות של גוריות ושטח עירוני (בניין מתעורר) כדי לאמת את חוקי השליטה.חברות כמו Wisk ו-Vocopter להשתמש ב- CFD כדי לאשר את כלי הרכב שלהם תחת הנחיות FAA/EASA.
(FLT:0) מודלים מסודרים של סדר 1FLT 1 מוטבעים בקרים בזמן אמת כדי לחזות הפרדה ולתאם את פני השטח באופן יזום.

פריצת דרך אחת הייתה אימות של CFD עבור כנפיים מסתובבות במספרים נמוכים של ריינולדס (Re- 500,000) מסורתי רוטטורcraft CFD הניח הרבה יותר גבוה, אבל UAM רוטורס לפעול בטווח שבו מעבר laminar-to-to-tturbent הוא קריטי.

פרספקטיבה עתידית

העשור הבא יראה כלי רכב UAM מתפתחים מעיצובים מוסמכים של הדור הראשון (למשל, איובי, ארצ'ר, וולקופטר) למטוסי הדור השני שמממים באופן מלא את פריצות הדרך האווירודינמיקה.

אינטליגנציה מלאכותית והתאמה בזמן אמת

זיהוי מודל אווירודינמי בזמן אמת באמצעות חיישנים על הסיפון יאפשר לכלי רכב להתאים את פני השטח לטיסה שלהם לתנאים משתנים. אלגוריתמי למידת מכונות יכולים ללמוד את הקוטב של גל של מסגרת אוויר מסוימת ולהתאים את הגדרות ה-F עבור צריכת אנרגיה מינימלית. AI גם ממלא תפקיד ב- abatement רעש: מערכות החיזוי זיהום רעש על פני עירייה ולשנות RPM או מסלול רוטטור בהתאם.

(FLT:0)Sensor fusionFLT:1 של נתוני אוויר (בדיקות חד-משמעיות, מרובות-hole, LIDAR) עם מדידות לא רצויות מאפשר הערכה מדויקת של זווית התקפה וצדדים, אפילו בתנאים גרוקניים.
(FLT:0) תאומים של כל רכב מעודכנים עם מזהמים אווירודינמיקה שמקורם בנתונים לטיסה, המאפשר תחזוקה חיזוי ותפעול מותאם אישית.

הדרך להסמכת ובטיחות

חידושים אווירודינמיים חייבים גם לספק דרישות הסמכה מחמירות (EASA SC-VTOL, FAA חלק 23 או 25 שוויון).

(FLT:0)אירודינמיקה סובלנית: ⁇ FLT:1) הרכב חייב להישאר נשלט לאחר כשלון רוטטור יחיד או הפעלה.זה משפיע על חלוקת משטחים שליטה ואת העיצוב האירודינמי של משטחים אדומים.
(FLT:0Spin ו- דוכנים מניעת:FLT:1 תצורה של UAM רבים יש תכונות דוכנים בלתי קונבנציונליים.מהנדסים מעצבים כנפיים עם התקדמות דוציל דוכנים ולעתים קרובות להוסיף פסים דוכנים או גנרטורים טורטקס כדי להבטיח התנהגות בטוחה.
(FLT:0) הגנת הגנת: משטחים אווירודינמיים מצטברים של שינוי קרח יכול לגרום לאובדן קטסטרופלי של המעלית.חדשים מערכות דה-השמדה (למשל, אלקטרו-תרמי, קול) חייבים להשתלב מבלי להתפשר על פני השטח החלקי.

שיתוף פעולה כמו UAM ConOlassFLT 1 ופרויקט מתקדם של נאס"א (AAM) הם הקמת המסגרת הרגולטורית.

שיקולים סביבתיים

הבטחת הסביבה של UAM - פליטות פחמן נמוכות יותר בהשוואה לכלי רכב קרקעיים - תלויות באירודינמיקה.כל קילו של גרר הציל מפחית משקל סוללה או מעלה את התגמולים העתידיים כוללים:

(FLT:0) טיסה מאולתרת: FIRLT:1) משטחים החיצוניים של Aeroדינמית משולבים עם תמונות וידאו דק-סרט, אם כי עדיין יעילות נמוכה, יכול להאריך טווח על ימי שמש.
(FLT:0) שליטה בזרימה קולקטיבית: 1FLT:1 באמצעות מטוסים קטנים של אוויר כדי לחדש את שכבות הגבול (למשל, טייסי סילון סינתטיים) במקום מתפתלים מכניים כבדים יותר.
(FLT:0) משטחים ביומטיים: FIRLT:1 עור כריש - בהשראת סדקים המשמשים למזגנים להפחית את החיכוך על ידי עד 10% זרימה סוערת.

ההתכנסות של חומרים מתקדמים, סימולציה חישובית, ומניעה מבוזרת מאפשרת מחלקה חדשה של רכב שיחזור תחבורה עירונית.חדשנות Aeroדינמית תמשיך להיות הנהג העיקרי של טווח, רעש ובטיחות - שלושת העמודים שעליהם UAM יצליח או להיכשל. כמו שירותים מסחריים מוקדמים שיגור בערים כמו לוס אנג'לס, סינגפור, ופריז, לקחי אווירודינמיים למדו מן הדור הראשון של eVTO, כך שקרוב יותר, כך שדרכם, כך שדרכם יהיו יותר, כך שדרכם, יהיו יותר, כך שדרכם, כך שיפתחורידים יותר, יהיו מהירים יותר, וישחררו את הכבישים המהירים יותר, וישחררו יותר, וישחררו את הכבישים המהירים יותר, כך שדרכם, וישחררו את הכבישים המהירים יותר, וישחררו את הכבישים המהירים יותר, כך שדרומי רכב, כך מהר יותר, כך שקרוב יותר, כך יהיו מהירים יותר, כך שקרוב יותר, כך שקרוב יותר, יהיו מהירים יותר, כך שדרכם, יהיו מהירים יותר, כך שקרוב יותר, כך שדרכם, יהיו מהירים יותר, כמו לוס אנג'לס, יהיו מהירים יותר, כך שדרכם, יהיו מהירים יותר, כדי לסלולו יותר, יהיו מהירים