קרן Aerodynamic של טיסה EVTOL

כלי רכב חשמליים ומטוסי נחיתה פועלים על שילוב ייחודי של משטרי טיסה שמאתגרים עיצוב אווירודינמיקה קונבנציונלי.בניגוד לרורקטורcraft המסורתי או מטוס קבוע, eVTOLs חייב לרחף, מעבר, ולהפלג ביעילות בתוך פרופיל משימה יחיד.כוחות האירודינמיקה ששולטים בכל שלב דורשים שינויים זהירות בבחירה אווירית, מיקום רוטט, ועיצוב מבני.

כל תוכנית eVTOL משקיעה כעת במחקר האירודינמי, כי אפילו שיפורים קטנים בהפחתה בגרור או יעילות תרגם ישירות לטווח ארוך, משקל סוללה מופחת, ורעש נמוך יותר.כדאיות של המטוס כמוצר מסחרי תלויה בהשגת איזון בין דרישות סותרות: דחף גבוה במהלך המרחף, גרור נמוך במהלך ההפלגה, וחיזוי תכונות טיפול בכל המהירויות.

המונחים: Electric Propulsion and Wing Coupling

הנעה חשמלית מופץ (DEP) היא תכונה מוגדרת של תצורה של רבים eVTOL. .כמה רוטורים קטנים מתפשטים על פני כנף או canard לייצר דחף תוך כדי הגדלת הלחץ הדינמי על פני משטחים ההרמה. הפיכה זו מעלה את המקדם המקסימלי מעל מה כנף unblown יכול להשיג, המאפשרת מרחקי חטוף קצרים יותר וכנפיים קומפקטיות יותר.

אופטימיזציה של מיקום רוטטור אינה רק עניין של איזון דחף.החלקה של כל רוטטור יכול או ממריץ או לשבש את הזרם מעל הזרוע מאחורי זה. מודלים של דינמיקות נוזל כי לפתור מעברים להב בודדים להראות כי שלב מזועזע של רוטטים - גם גבהים או נטיות מתוחכמות - יכול להפחית את ההתערבות ההרסנית ולשפר את היעילות הכוללת של נאס"א ב ונגסטציה ב 0% הראו כי הוא הראה שיפור מערכת מוכח יותר מאשר גרורתי של דטרנטית של הדבקה טובה יותר מאשר גרורה מאשר גרורתיים מתקדמים יותר מאשר גרורה של גרורה של גרורה גרורה של 204 גרורה גרורה 204 גרורה ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ .

תוצאות נמוכות של רוסנולדס על רוטר ברדס וכנפיים

הרוטורים והכנפיים של מטוסי eVTOL פועלים במספרים של ריינולדס בדרך כלל בין 50,000 ל-500,000 במהלך הרחף וטיסה מהירה נמוכה.במשטר זה, כוחות מולקווס שולטים, ושכבות הגבול נוטה להפרדה לליטר.הבועות הנפרדות וכתוצאה מכך לגרום לעלייה חדה בגרורה והפחתה של מספריטיס נמוך יותר, אך גם מאלץ ביצועים אירוביים מיוחדים לביצועים עבור מצבים אלה, כגון במהירות גבוהה יותר, כמו גם בדרגות בתדרים נמוכים יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, כמו גם מסיכות מהירות גבוהה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, כמו גם ממריצים נמוך יותר.

סימולציות CFD גבוהות באמצעות מודלים של הפרעות רגישות מעבר הפכו לכלים סטנדרטיים לתכנון אלה אוויריים היברידיים.מהנדסים יכולים עכשיו לחזות את ההתחלה וההיקף של בועות למין עם דיוק מספיק כדי להנחות בדיקות מנהרות רוח. Active שכבת גבול שליטה, כגון גנרטורים טורטקס או חריצים, נחקר גם כדי לדכא הפרדה על הזרוע כאשר הרכב הוא גבוה בזווית של הדבקה אווירית, בתחילה, כי הם תכונות רחבות יותר, כלומר, כלומר, נטייה גבוהה של מתחנן, כמו הדבקה מרחוק, או טמפרטורות מהירות גבוהה של רעש, או טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות גבוהה של רעש, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות, הוא טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות , הוא טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות טמפרטורות מהירות טמפרטורות איטיות, אשר פותחוכות על פני השטח.

אסטרטגיות ל- Extended Cruise Range

צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון נוכחית מטילה גבול נוקשה על טווח של כל המטוסים החשמליים.כל וואט-שעה שנשמר באמצעות הפחתה ישירה מגבירה את המרחק eVTOL יכול לעוף. Aeroדינמית מטרות שלושה מקורות עיקריים של גרר: גרור זמני ממזג האוויר ונספחים, הנגרמת מאגף, והפרעה בצומת דרכים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הפתיחת של eVTOL חייבת להכיל נוסעים, סוללות, אקוויניקה, והילוך הנחיתה בתוך צורה הממזערת את הלחץ גרור.עם זאת, הדרישה ליציבות מרחף במהירות נמוכה מטילה מגבלות על אורך המזג והחלקה חוצה-חלקהעימות עם עיצובים מרוטאליים.מחקר מראה שאפילו עיצוב אלגוריתמים בינוניים - כגון האף המסובב, סוללת גוף גניבת הילוך והחלפת ציוד להילוך - 15% ממתכת - יכולים להפחית את הזיהומים פנימיים ב- 15 מטר לנפחים בצורה טובה יותר ממטרים בין המשתנים.

Smooth פני השטח הם קריטיים לעיכוב מעבר שכבת הגבול וצמצום חיכוך העור.משטחי הייצור חייבים לשמור על כובד בתוך סובלנות הדוקה כדי למנוע מעבר מוקדם. חוקרים במרכז החלל הגרמני (DLR)FLT:1 הוכיחו כי החל משטח תרמופלסטי עם micro-scale חלקה יכול להפחית את החיכוך על ידי עד 8 אחוזים על שילוב EVLTO-alage הוא מוערך עבור לוחי חום בגודל 5, למרות שעדיין יש צורך במנהרה.

כנפיים-Body Fairings ו-Pylonאינטגרציה

ליבת +cruise ו-Tatrotor תצורה תכונה בוממות או pylons התומכים את הרוטורים קדימה. אלה מבניים ליצור גרור הפרעה שבו הם פוגשים את הזרוע או הפתיל.זה אווירודינמי בעיצוב של הצומת - באמצעות מילויים, שכבות, או משטחים משולבים - יכול להפחית את ההתערבות הזו על ידי החלקת ה ⁇ המהירות שגורם לגרורת משקל של נציג VTO הראה אופטימיזציה של 12 אחוזים עם בסיס נמוך יותר מבסיסים בצורת.

סימולציות CFD מלאות הכוללות את כל המבנים השבורים והתומכים כיום מסוגלים לחזות את ההפרעה לגרור עם דיוק של 2-3 אחוזים של נתוני מנהרה הרוח.זה מאפשר לצוותים עיצוב להעריך מספר רב של ג'ממטים מוקדמים במחזור הפיתוח. חלק מהתוכניות חוקרות עיצובים בהתאמה שבו ה-pylon מתמזג בצורה חלקה לתוך הזרוע עצמה, ויוצרות שורש עבה כי הבתים רוטטים אלה דורשים נית לחלוטין.

טיסות ל-Vird Flight Aerodynamics and Stability

המעבר בין מעלית אנכית וטיסה קדימה כנף הוא השלב התובעני ביותר של משימת eVTOL. כמו המטוס מאיץ, המעלית שנוצרת על ידי כנפיים גדל בעוד דחף מן הרוטורים הוא הפנה או מופחת.הזרם מעל פני השטח של כנף זנב משתנה במהירות, ואת הלחץ דינמי עשוי להיות לא מספיק עבור משטחים בקרה קונבנציונליים לספק סמכות מספקת.

Aerodynamic Damping and control Surfaceאפקטיביותness

במהלך טיסה מהירה נמוכה, הלחץ הדינמי על פני הליבטונים, מדרגות, ו ailerons הוא נמוך מאוד.אירודינמיקה לחבית כי בדרך כלל מייצב מטוס הוא חלש, מה שהופך את המכונית רגישה להפרדה במגרש, רול, או w. חוקרים משתמשים בדינמיקה טיסה יחד ומודלים CFD כדי למפות את היעילות של כל משטח הבקרה כתפקוד של אוויר רוטטטור ומהירות.

בדיקת מנהרה רוח עם מודל בקנה מידה דינמי יכול לאמת תחזיות אלה.מבחנים כאלה מודדים את נגזרות היציבות של הרכב ולשלוט ביעילות על פני מסדרון המעבר המלא.הנתונים לאחר מכן להאכיל את חוקי בקרת הטיסה המשלבים קלטות אווירודינמיקה ו propulsive שליטה כדי להבטיח כי שולי יציבות נשמרים אפילו בתנאי גרוק.

שכנוע למבצע עירוני

eVTOLs תפעל בשכבת הגבול האטמוספרית העירונית, שבה מבנים, גשרים ומבנים אחרים יוצרים eddies טורחים ו- Wind Shear. Gusts יכולים לגרום תנודות פתאומיות ברוטב, שעלול להוביל לדוכן להב ואובדן זמני של מרימה.מחקר Aeroדינמית פיתח מודלים מסדר מופחת כי לחזות את התגובה של הרכב לדג'סטרציה עירונית טיפוסית אלה.

המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת ערכה מדידות שדה של תנאי רוח נמוכים בערים, אשר משמשים כעת לחדד מודלים של גורית עבור הסמכה eVTOL. מודל גורד מוסמך הוא חיוני עבור להוכיח כי המטוס יכול לשמור על שליטה ושלמות מבנית בתנאים הגרועים ביותר המפורטים על ידי תקנות כוונון פעיל נבדקים על eVLTO מלא בקנה מידה מלא של eVTO, עם אבטיפוס מוקדם של 30-0% ברזולוציה עירונית במהלך סימולציה מוקדמת של טמפרטורות.

כלי מחקר מתקדמים: החל מסימולציה ועד מבחן טיסה

המורכבות של eVTOL aeroדינמיקה דורש גישה שכבתית המשלבת סימולציה חישובית, בדיקת מנהרה רוח, וניסויים בטיסה כלי מספק תובנות ייחודיות, ואת המשחק ביניהם הוא חיוני לצמצום הסיכון ופיתוח מאיץ.המגמה בתעשייה היא לכיוון גישה הסמכה מבוססת מודל, שבו סימולציות נאמנות גבוהות מאומתות על ידי בדיקות ממוקדות ולאחר מכן משמשות כדי לחקור את המעטפה.

שיטות מחשוב ו-CFD

פותרי CFD מודרניים יכולים לדמות את הגיאומטריה המלאה של הרכב עם רוטטים מסתובבים, ללכוד את האינטראקציות הבלתי יציבות בין שורות להב מרובות ואת מסגרת האוויר.Lattice-Boltzmann שיטות יעילות במיוחד עבור תצורה של eVTOL כי הם מטפלים בגלממות מורכבות עם חלקים נעים ביעילות. Detached סימולציה פותר מבנים בקנה מידה גדול כי לתרום רעש, יקר, בעוד הם פחות פרמטרים עבור מודלים שבץ ו שבץ.

אימות נשאר צעד קריטי (FLT:0) המכון האמריקאי של Aeronautics ואסטרונאוטיקה (AIAA)FLT:1 ארגן כמה סדנאות השוואת תחזיות CFD עבור תצורה eVTOL נגד נתוני מנהרות רוח. סדנאות אלה הדגישו את החשיבות של החלטת רשת ו- זעזועים מודלים אפשרויות, במיוחד עבור לכידת אינטראקציות ריקות בקצב נמוך.

מבחן מנהרת הרוח: מודלים מדויקים ו- Full-Scale Rotors

מודלים של מנהרות רוח בקנה מידה ממשיך להיות האמצעי העיקרי של אימות מתקני אירובי הכולל של כלי רכב הכוללים, כגון National Full-Scale Aeroדינמיתs Complex יכול להכיל מודלים מופעלים עם שליטה רוטורית פעילה, המאפשר מדידה ישירה של כוחות, רגעים, לחץ על פני השטח. מדידות אקוסטית באמצעות מיקרופוןים בשלב לספק נתונים של רעש בו זמנית, אשר חיוני עבור אימות אווירי.

בדיקה מלאה של רוטטור על בסיס ייעודי מבודד את הביצועים של יחידת ההנעה תחת תנאי זרימה מבוקרים.מבחנים אלה ללכוד מספר אפקטים שלא ניתן בקנה מידה ממודלים קטנים.הנתונים ממבחנים כאלה משמשים כדי לזרז מודלים של נאמנות נמוכה יותר בשימוש בסימולציה טיסה וכדי לאמת את השלמות המבנית תחת עומסי צנטריפוגאל ואירודינמיקה.

עיצוב אוויריוטי עבור הקהילה Noise קבלה

רעש מפעילות eVTOL יהיה גורם עיקרי בקבלת הציבור ואישור רגולטורי.רעש הצעצוע והפס הייחודי מרוטורים יכול להיחשב יותר מעצבן מאשר הרעש של מטוסים קונבנציונליים, אפילו ברמות קול נמוכות יותר.מחקר Aeroדינמית מתייחס לרעש המקור באמצעות אופטימיזציה להב הגיאומטריה ובאמצעות אסטרטגיות תפעוליות המפחיתות את הפחתת ההתפשטות לקרקע.

רוטר בלאד עיצוב רעש נמוך

מהירות הטיפ של רוטטור היא פרמטר הדומיננטי השולט רעש.רמת לחץ הקול עולה בערך עם הכוח החמישי של מהירות טיפ, כך צמצום מהירות טיפ ב 10% יכול להוריד רעש על ידי כמה דציבלים.עם זאת, מהירות טיפ נמוכה יותר מפחית דחף לאזור יחידה, הדורשת רוטורים גדולים יותר או מוצקות גבוהה יותר.אירודינמיקה להשתמש במחקרים parametric כדי למצוא את המהירות האופטימלית כי רעשים, יעילות, ביצועים ומכשירי שיט.

גם תוכניות בדלפק חשוב.הטיפים סווט להפחית את עוצמת גלי הלם ואת הרעש המשויך כאשר הטיפ מתקרב למהירות הקול.ד.ט.פוחיות ועיוותים קצה קצה קצה קצה יכולים לפזר רעש פס רחב לתוך תדרים פחות עמידים.מחקר ב-FLT:0 של אוניברסיטת רוטרcraft מרכז 1 הראה כי שילוב של סחף ו andrahel יכול להפחית את הטענת על ידי 3- 5B משפיע באופן משמעותי גם על ידי ביטול רעש חזק.

המונחים: Rotor Phasing

DEP מפחית מהירות קצה רוטטור בודדים אבל מציג טונים אינטראקציה מן רוטורים מעוקלים מאוד.הדגשה של רוטורים - המיקום היחסי של להבים - ניתן להשתמש כדי לבטל תדרים ספציפיים לראיית הרוח בדיקות עם phasreor מבוקרת הוכיחו ירידה רעש של עד 6D בטווח היציאה 200-500 הרץ, אשר חשוב במיוחד כי הם אלה הם שילוב של תדרים בזמן אמת.

אזורי פיתוח: Active Flow Control and Adaptive Structures

הדור הבא של שיפורים אווירודינמיקה של eVTOL עשוי לבוא ממערכות פעילות שמשנות את זרימת המטוסים בזמן אמת.טכנולוגיות אלה מציעות את הפוטנציאל להרחיב את המעטפה הטיסה, להפחית את דרישות הכוח, ולשפר את היעילות בתנאים ללא עיצוב. בעוד רבים עדיין בשלב המחקר, כמה טסו על מפגינים קטנים ולהראות הבטחה חזקה.

Active Flow Control Using Synthetic Jets

המניפסטים הסיינטטיים יכולים לחדש את שכבת הגבול על כנפיים ו flaps, עיכוב הפרדה ולהגדיל את המעלית המקסימלית. עבור eVTOLs, אלה פועלים יכולים לאפשר כנף קטנה יותר לייצר אותה מעלית במהלך המעבר, לחסוך משקל ופלגת שייט. בדיקות מנהרה רוח על נציג EVTOL מצויד עם מערך של מטוסי סילון סינתטיים הראו כי זווית מוגברת על ידי 8 מעלות, מקסימום ו -16% כוח דחף לתוך אינטגרציה היה פחות.

כנפיים מורט ומשטחי אופניים משתנים

מבנים ממורפינג שמשנים את צורתם בטיסה יכולים לשמור על יעילות אווירודינמית אופטימלית לאורך כל המשימה.לדוגמה, כנף אשר מגבירה את הסימון במהלך טיפוס המהיר נמוך ולהפחית אותו במהלך השייט יכול להפחית את גרר באחוזים בהשוואה לתכנון סומב קבוע. מנגנונים משלימים באמצעות סגסוגת זיכרון או השרירים pneumatic מפותחים עבור סולםי EVTOL. בעוד מערכות אלה עדיין טרום ייצור, יש כמה חברות מתקדמות עם שיפור מכניקה ואפקטים מתקדמים של מנגנון הגנה נוסף של אבטחה.

נתיבי הסמכה ואופטימיזציה רב תחומית

הסמכה רגולטורית של מטוס eVTOL תדרוש הוכחה האירודינמית שעונה על הסטנדרטים שנקבעו על ידי FAA, EASA ורשויות אחרות.אמצעי הציות יעסוק הן בניתוח והן במבחן, עם דגש גובר על סימולציה משולבת.הנתונים האירודינמיקה חייבים לכסות את המעטפה המלאה של הטיסה, כולל תנאים מחוץ לתחום כגון תרחישים חד-אקטיביים.

מסגרות אופטימיזציה רב תחומיות הן כעת הגישה הסטנדרטית לאיזון ביצועים אווירודינמיים עם משקל מבני, ניהול תרמי ומגבלות רעש.מסגרות אלה להשתמש במודלים פונדקאיים מאומן על פי רובד כדי לחקור במהירות את ה-FD של המסחר. לדוגמה, אופטימיזציה רוטטור ספין יחד עם סוללה יכולה להפחית את המסה הכוללת עד 10% תוך שמירה על טווח זהה ותשלום.

הנתיב מהרעיון לטיסות eVTOL מאושר מסולל עם מחקר אווירודינמיקה.כל צורה, כל זווית, וכל חוק שליטה מעודן באמצעות שילוב של סימולציה מתקדמת, ניסוי זהיר, ואימות הרציונאלי.הרכב השקט, היעיל ובטוח שבסופו של דבר יסיע נוסעים ברחבי הערים מעוצבים במנהרות הרוח ובמחשבים העל של היום – בצורת הפיזיקה הבסיסית של טיסה על פני השטח.