Table of Contents
עתיד המטוס החשמלי: ניהול דרגו והרים למגוון מורחב ויציבות
המעבר להנעה חשמלית בתעופה מבטיח להפחית את פליטות הפחמן, עלויות התפעול הנמוכות, ולאפשר תצורה חדשה של מטוסים.עם זאת, צפיפות האנרגיה המוגבלת של טכנולוגיית סוללות הנוכחית מציבה תקרה קשה בטווח הטיסה וסיבולה. כדי להתגבר על העצירה הזאת, מהנדסים חייבים לגרור כל יעילות אפשרית ממסגרת האוויר, ואין גורם קריטי יותר מהניהול הזה של גרורת מטוסים ולהגדיל את הביצועים התפעוליים של מטוסים חשמליים, ולקדם אסטרטגיות תפעוליות תפעוליות, אשר נועדו לשפר את הפיתוחים תפעוליים תפעוליים תפעוליים, וחדשנות תפעוליים, וחדשנות תפעוליים עדכניות תפעוליים, וחדשנות תפעוליים, וחדשנות תפעוליים, ולהגדיל את תהליכי ייצור חשמל, ולהגדיל את תהליכי ייצור חשמל, וחדשנות תפעולית, ולהגדיל את תהליכי ייצור חשמל, ולהגדיל את תהליכי ייצור חשמל מתקדמות, וחדשנות תפעולית, ולהגדיל את תהליכי ייצור חשמל, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית עדכנית, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, אשר נועדו לשפר את תהליכי ייצור חשמל, וחדשנות תפעולית, וחדשנות תפעולית, אשר נועדו לשפר את תהליכי ייצור חשמל מתקדמות יותר קריטי יותר קריטי יותר קריטי
האתגר האירודינמי של מטוסים חשמליים
מטוסים קונבנציונליים לשרוף דלק כי מקבל בהיר יותר כמו התקדמות הטיסה, צמצום טעינת כנף ושיפור יעילות. אלקטרוניקה מטוסים, לעומת זאת, לשאת סוללות כי משקלו נשאר קבוע לאורך כל המשימה. משקל קבוע זה דורש מבנה שיוצר מספיק מעל לכל השלבים של טיסה מבלי ליצור גרור יתר.בנוסף, מנועים חשמליים בקרים יש דרישות ניהול תרמיות שונות מאשר טורבינות גז, אשר משפיע על איך אוויר סביב המטוס, הבנה בין מגבלות חשמליות מוצלחות, הוא פועל, בין כוח ייחודי, לבין כוח ייחודי, הוא פועל.
מדוע ניכוי דרג אינו ניתן להשגה
דרגו הוא סכום כל הכוחות המתנגדים להצעה של מטוס דרך האוויר.זה מורכב מגרור טפיל (לשעבר גרר, חיכוך עור, גרור) וגרור מושרה (דראג שנוצר על ידי ייצור מעלית) במטוסים חשמליים סוללה, כל קילוגרם של אנרגיה מאוחסנת חייב לשמש ביעילות ככל האפשר. הפחתה של 10% יכולה להניב עלייה של אחוז דומה, אבל בגלל סוללות כבדות יותר מטווח של פחות ממטר או יותר של גרורת רגל.
לכן, עיצובי מטוסים חשמליים מודרניים משלבים את פליטות האוויריות הנמוכות, חליל עור מורכב חלקה, והילוך נחיתה מסובייקט גם בכיתות מטוסים קטנים.ה-FLT:0NASA X-57 MaxwellFLT 1-57 הוכיח כיצד מופצה הנעה חשמלית (DEP) ניתן להשתמש כדי לפוצץ אוויר על פני השטח, להפחית את החיכוך ואת החיכוך הכולל במהלך הנחיתה הניסויית ולהפחית את מאמצי הנחיתה האלה כדי למזעריים כל כך כדי למזער את כל מהנדסי.
המעלית אינה יעילה
המעלית נוצרת על ידי הבדל הלחץ בין פני השטח העליון והנמוך של כנף. עבור משקל נתון, הזרוע חייבת לייצר מספיק להרים כדי לשמור על טיסה רמה. חסכוני מעלית גבוהה יותר לאפשר מהירויות גישה איטיות יותר ודרכי ריצה קצרות יותר, אבל הם גם להגדיל את גרר מושרה.עבור מטוסים חשמליים הפועלים מתוך שדות תעופה עירוניים קטנים יותר או מחסנים, היכולת לייצר מעלית גבוהה במהירות נמוכה הוא חיוני זה הוביל לשכבת מוגברת, מקודמת, ותחת שימוש גבוה, מאנרגיה גבוהה, מאנרגיה גבוהה, מאנרגיה גבוהה, מאנרגיה גבוהה, מופץ, מחשמלת, מחשמלת, מחשמלת, מחשמלית, מחשמל, מפולגנת, מחשמל, מחשמל, כדי לייצר מומנטום, מחשמל, מחשמל, כדי לייצר מומנטום, מחשמל, מחשמל, כדי לייצר מומנטום, כדי לייצר מומנטום, 000, 000, 000, 000, 000, 000, מחשמל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,
"אם נוכל לעצב כנפיים שמייצרות את המעלית שאנו זקוקים לה ללא עונש הגרור שבדרך כלל מגיע עם זה, אנו פותחים טיסות ארוכות יותר על אותה חבילת סוללות", מסביר ד"ר אלנה טורס, חוקר אווירודינמיקה באוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה (מקור: FLT:0TU Delft Research PortalFLT:1).
אסטרטגיות להורדת דרג
הפחתת התפוקה של מטוסים חשמליים נמשכת עשרות שנים של מחקר אווירודינמיקה, אך חלה על דחיפות חדשה.הסעיפים הבאים מכנים את הגישות העיקריות שאומצו או נחקרו כיום.
עיצוב Airframe
קו ההגנה הראשון נגד גרר הוא הצורה הכוללת של המטוס.לטבעת גופי כנף (BWB), כנפיים מעופפות, ופתיחות מאוד מתפתלות להפחית את השטח הקדמי ועיכוב מעבר הגבול.עבור מטוסים חשמליים בגודל התעופה הכללי, המגמה היא לעבר משטחים חשמליים בגובה של 146, אך ורק על ידי מנוע חשמלי אחד, אשר גרור, לעתים קרובות נתמך על ידי עוקץ או חזיות כדי לנהל משקל מבני.
עבור מטוס קטן יותר של השתלטות אנכית ונחתה (eVTOL) מטוסים, מעצבים מעדיפים מעריצים מחנכים אשר להפחית את אובדן טיפ ומגינים רעש רוטטור, אבל הדוכסים מוסיפים שטח רטוב. Striking את האיזון הנכון דורש דינמיקות נוזלים נרחב (CFD) סימולציה ובדיקת גולגולת רוח.
טיפול ב-Wingtip
כנפיים כנפיים הן מקור עיקרי של גרר מושרה.Folding Wingtips, ממזגים כנפיים, וגדרות כנף לשבור את הטורטים האלה ולהחלים חלק מהאנרגיה שאבדה לvorticity. על מטוס חשמלי, כל נקודה של הפחתה ישירה של גרור טווח. מודרני eVTOL עיצובים לעתים קרובות raked כנף או מספר קטן מסודרים כדי להפיץ את המהירויות הגדולות של צינורות פעיל על פני שטח ה-היפוך.
Surface End and Boundary Layer Control
מתחמי עור עולים עם חומרים גסים פני השטח.חומרי Composite מאפשרים משטחים חלקה מאוד, וכמה יצרנים ליישם צבעים תרמופלסטיים או מיקרו-חומרים (הגדלים המתקדמים התואמים עם זרימת האוויר) כדי להפחית את גרר על ידי 5–8% במהירויות השייט. Active Frontier Control - שימוש בדלקת גבול יעילה של משאבה דרך משטחים ⁇ או מטוסים קטנים של אוויר כדי להחיות מחדש את זרימת זרם - אך ייתכן כבר יש צורך במערכות חשמל.
(ה)התדרות:0 (Laminar Flow control) 1FLT) היא טכניקה מבטיחה נוספת.על ידי שמירה על זרימת לליטר מעל חלק גדול יותר של הזרוע, חיכוך עור יכול להיות לחתוך בחצי בהשוואה לזרימה סוערת.
ניכוי Interference Drag
בכל מקום שני מרכיבים נפגשים - למשל, כנף ומזג אוויר, נול ואגף, זנב ופתיחת - גרור ההפרעה מתרחשת. ירידות ומלאות יכול להחליק את הצומתים האלה.עבור עיצובים מבוזרים, שילוב של מנועים קטנים רבים לאורך קצה המוביל כנף יוצר אזורי התערבות מרובים כי יש צורך בזהירות קוטוריד.
הרמת כוסית ללא עונש
ייצור המעלית הוא קל יחסית; יצירתו ביעילות במהירויות הנכונות ובזוויות היא קשה. אלקטריק נהנה ממספר אסטרטגיות של מעליות-enhancing שאינן מטילות עונש גרורתי.
מכשירים עתירי אבטחה ומשתנים חשמליים
מחסנים וסדקים מגדילים את האגף ואת האזור, מגבירים את יעילות המעלית המקסימלית ב 40–80%. עבור מטוסים חשמליים, מנגנון ההפעלה יכול להיות חשמלי לחלוטין (לא מערכות הידראוליות הדרושות), להפחית את המשקל והתחזוקה.עם זאת, פריסת מכשירים עתירי הרים גבוהים מגבירה באופן משמעותי את גרר, כך שהם משמשים רק במהלך ההמראה והנחתה של כמה מטוסים חשמליים הם חוקרים את LTF:0bapaptures לזרימה ישירה - כדי להגדיל את פני השטח של זרם חשמלי - או להגדיל את ה- 1 ליטרים של זרם חשמלי - כדי להגדיל את ה- 1 ליטרים.
כנפיים והתאמה
כנפיים הסתגלותיות שמשנות טוויסט, סומבר, או אפילו רפורמות במהלך הטיסה מציעים את ההבטחה של המעלית האופטימלית עבור כל מצב טיסה. Shape-memory ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
המונחים: alleviation
גוטס גורם לשינויים פתאומיים במעלית שיכול להגדיל עומסים מבניים ולהכריח את הטייס או טייס אוטומטי לבצע קלטות בקרה תיקון, אשר מגביר את מערכות הבקרה Active Active control כי חושים גופים ומשטחי בקרה במהירות יכולים להפחית את העומסים וגרור. אלקטריק, עם הבקרים המדויקים והמתקדמים שלהם ומערכות ניווט, ממוקמים היטב כדי ליישם את כל ההקלה הזה לא רק כדי להפחית את היישר לקצבה, אלא גם להורדת רמת המשטח של המיומנות שלו, אלא גם לקצבה, אלא גם לקצבה, כי הוא מאפשר את רמת תפקוד גבוהה יותר, אלא גם לקצבה, כי הוא מאפשר את רמת המשטח של המשטח של המשטח של המשטח של הגדלה, כי הוא מאפשר את רמת הגדלה, אך ורק להורדת רמת המשטח של המשטח של המשטח של המשטח של המשטח של המשטח של הגמישות, אך ורק להורדת רמת הגמישות, אך ורק להורדת רמת הגדלה, אך ורק להורדת רמת המשטח, אך ורק להורדת רמת המשטח, אך ורק להורדת רמת הצמיגים, אך ורק להורדת רמת המשטח, אך ורק להורדת רמת המשטח, אך ורק להורדת רמת המשטח, אך ורק להורדת רמת המשטח
חידושים טכנולוגיים נהיגה ביציבות
מעבר לבסיסים של אווירודינמיקה, כמה טכנולוגיות ספציפיות מאפשרות לדור הבא של מטוסים חשמליים לנהל את גרר ולרומם בצורה יעילה יותר.
פיזור חשמלי (DEP)
DEP כולל הצבת מנועים חשמליים קטנים רבים לאורך הזרוע או מסגרת האוויר.זרימת האוויר מואצת על ידי המדחף לא רק מספק דחף, אלא גם מגביר את הלחץ הדינמי על הזרוע, ומייצרת מעלית נוספת.זה מאפשר אזור כנף קטן יותר עבור השייט (הגירלטר) ועדיין להשיג את המעלית הגבוהה הנדרשת עבור השתלטות על צינורות אנרגיה קונבנציונליים ונחיתות.
קואוטיס קל משקל וייצור
תרכובות פחמן-פיבר הן קלות, נוקשות יותר וחלקיות יותר מאלומיניום, המאפשרות דק יותר, כנפיים גבוהות יותר של ספקטרום מופחתת גרור.התקדמות במיקום סיבים אוטומטיים ותיקון משותף מאפשר צורות אווירודימיות מורכבות להיות מיוצר עם יכולת חוזרת גבוהה.
המונחים: Boundary Layer Ingestion
מנועי BLI (או מעריצים) בחלק האחורי של המיזוג כדי להזיז את שכבת הגבול באיטיות יותר אוויר מאשר אוויר חופשי של הזרם החופשי.זה מקטין את ramגרור ויכול לשפר את היעילות הכוללת על ידי 5 עד 10%.The FLT:0Aurora Flight Sciences D803FLT:1 (dble-bubble) משתמש במושג BLI עבור מחסנים כמו Tobaccos, כמו גם עם מאווררים חשמליים.
שילוב ניהולי
מנועים חשמליים, מופנים וסוללות מייצרים חום פסולת שיש לדחות.מערכות קירור (לאות פלואוריות, קורנטורים, צריכת אוויר) להוסיף גרר.חדשנות כמו FLT:0skin חום מחליפים (FLT:1), אשר משתמשים על פני השטח של המטוס עבור דחיית חום יכול להפחית את קירור.
טיסות וניהול אנרגיה
Aerodynamics לא מפסיק בשלב העיצוב.איך מטוס חשמלי טס יש השפעה גדולה על ניהול גרר ומעלית, ובכך על טווח.
פרופילי טיסה מותאמים
מנועים חשמליים יש יעילות גבוהה על טווח רחב של הגדרות כוח, אבל יעילות אווירודינמית משתנה עם מהירות וגובה. עלייה במהירות הממקסימה את יחס המעלית-ל-דראג, ואז חודר בגובה שבו צפיפות נמוכה (הפחתת גרר), וירידה עם חזייה מחדש יכול כל אספקת אנרגיה.
שליטה מוקדמת של התפלגות המעלית
בקרת סומבר Active, טוויסט משתנה, והגדרות שונות של האגף ניתן להתאים באופן אוטומטי כדי לשמור את חלוקת המעלית קרוב אליליפטי (האידיאל עבור מערכות הנעה מינימלית). טיס מודרני-על-ידי-חוט, להפוך את זה אפשרי. אלקטריק יכול גם להשתמש דחף שונה מ DEP כדי נגד yaw או רול, צמצום הצורך של סטיות משטח שליטה להוסיף.
תשלום ומאזן
מכיוון שסוללה קבועה, מטען (ממריצים, מטען) חייב להיות מנוהל בקפידה כדי לשמור על מרכז הכבידה בטווח צר. A קדימה CG מגביר את כוח הזנב הדרוש עבור trim, אשר מגביר את גרר המושרה. כמה עיצובים של מטוסים חשמליים כוללים מערכות אסטלינג או לאפשר סוללות להיות מועבר עבורe / aft כדי לשמור על טרימה אופטימלית, צמצום הכוח הנדרש עבור רמת טיסה.
מערכת סוללות ואנרגיה
בעוד לא רק אווירודינמיקה, מערכת הסוללה אינטראקציה עם עיצוב האווירודינמיקה של המטוס בכמה דרכים.
מיקום סוללה ומרכז של Gravity
סוללות הן כבדות וצפופות.הם ממוקמים בדרך כלל בשורש הפתיח או כנף כדי להימנע להשפיע על הרגע ההפוך של כנף באופן מוגזם.עם זאת, ערכות סוללות גדולות במזג האוויר יכול לשבש את השורות החלקות ולהגביר את האזור רטוב.חלק מהעיצובים של eVTOL בפודים ליד מרכז המעלית כדי למזער טריגר.
ניהול הגג של Batteries
סוללות לייצר חום במהלך השחרור ובמיוחד במהלך טעינה מהירה. Cooling אותם לעתים קרובות דורש צריכת אוויר כי להגדיל את גרר. Advances in פאסיבי קירור (צנרת חימום, חומרי שינוי שלב) או לולאות קירור נוזליות המשולבות במבנה הזרוע יכול להפחית את ההשפעה.המטרה היא לשמור את הסוללה בטמפרטורה אופטימלית (בדרך כלל 20-40 מעלות צלזיוס) ללא החלפת חום גדולה, גוררת.
הדרך קדימה: מה העשור הבא יביא
מטוסים חשמליים לא יישארו נישה לנצח.כפי שאנרגיה של סוללות גישה 400-500 Wh / ק"ג ברמת החבילה (מ-250-300 Wh / ק"ג של היום), טווח יגדל באופן דרמטי.
- (ב) ,0) יחס היבט של אספקט (Higher Sidefoldhiphs FLT:1) נעשה אפשרי על ידי מקרלים קלים והתאמות אווירולסטיות, צמצום גרר המושרה.
- (ב) ,0) ,התחלקה של ה-FLT (ה-FLT) שסינרג את השליטה בשכבת הגבול, הרמת יתר והפחתה של רעש.
- (FLT:0) תאומים ואופטימיזציה של עיצוב מונעי בינה מלאכותית (AI) המאפשרים לאלפי סטיות על צורות כנף ומערכות בקרה לפני יצירת אב-טיפוס.
- (ב) ,0) מערכות הרמתיות גבוהות יותר (FalveLT:1) אשר משתמשות בכל פעולה חשמלית למשקל נמוך ותחזוקה.
סוכנויות תגמול כמו EASA ו- FAA מפתחים תקני הסמכה במיוחד עבור מטוסים חשמליים, אשר יעודד השקעה בחידושים אווירודינמיקה שניתן לקבל על ידי חלק 23 או חלק 25 כללים עם תנאים מיוחדים להנעה חשמלית.
מסקנה
ניהול גרור ומעלית אינה דאגה משנית עבור מטוסים חשמליים - זהו האתגר הנדסי מרכזי.כל שיפור נקודתי יעילות אווירודינמית מתורגם ישירות ליותר נוסעים נשאים או מסלולים ארוכים יותר מוגשים על מטען סוללות יחיד.מטילים סחף ו- laminar לשלוט על מנת להפיץ את הנטורציה ולהתאים מבנים מורפיום, הכלים כבר נבדקים.ה.ה.ה אלה אשר יצליחו להיות אלה שמטפלים במערכת סטנדרטית כנכס אווירי, המשלבת, המשלבת, וחשמל, ושילוב של כוח יעיל, לתוך מערכת אוויר, וחשמל, ותפקוד, וחשמל, לתוך מבנים יעילים, לתוך מבנים, ותפקוד יעיל, וחשמל, לתוך מבנים, לתוך מבנים, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת הפעלה, לתוך מערכת יעילה, מערכת יעילה, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת אווירית, מערכת חשמל חלקה, וחשמל, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, וחשמל, לתוך מבנים, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת יעילה, לתוך מבנים, לתוך מערכת יעילה, לתוך מערכת יעילה, מערכת יעילה, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, לתוך מערכת אווירית, לתוך מבנים, מערכת אווירית, לתוך
כשטכנולוגיית סוללות מתבגרת, הלקחים האירודינמיקה שנלמדו היום יהפכו אפילו יותר יקרי ערך.עתיד הטיסה החשמלית אינו רק על נטייה נקייה; הוא על טיסה חכמה יותר – תוך שימוש בפחות אנרגיה כדי להישאר אטומית, כך שהשמים יכולים להישאר פתוחים וירוקים לדורות הבאים.
[01:0] לקבלת קריאה נוספת על מטוסים חשמליים אווירודינמיקה, ראה את ה-FLT:1NASA Electric ResearchFLT:2 [עמוד] ואת סקירה כללית של מטוס חשמלי 3EASA של מטוסים חשמליים:503:503:5]