EVTOL Uçuşlarının Aerodinamik Temelleri

Elektrikli dikey taksiler ve iniş araçları, her aşamada dikkatli bir şekilde hava aracı seçimi, rotor yerleştirme ve yapısal şekillendirmeye meydan okuyan eşsiz bir uçuş rejimleri ile çalışır.Bu araçların performansı, yerine getirme yeteneğinden, geçiş ve yolcuyu tek bir görev profilinde verimli bir şekilde hareket etmelidir.Her aşamadaki hızlı değişiklikler, uçuşa dikkat etmek için kritik geçiş sırasında meydana gelir.

Her eVTOL programı şimdi aerodinamik araştırma konusunda ağır yatırım yapıyor, çünkü sürüklenme veya asansör verimliliği doğrudan genişletilmiş aralıkta, batarya ağırlığına ve daha düşük gürültüye çeviren bir ticari ürün olarak, çatışma gereksinimleri arasında bir dengeye sahip olmak için: yüksek bir itaj sırasında düşük maliyetli, düşük maliyetli bir şekilde sürüklenme niteliklerini sağlamak. Gelişmiş hesaplama araçları ve deneysel yöntemler, mühendislerin on yıl önce mevcut olmayan hassas bir şekilde keşfetmesine izin veriyor.

Dağıtılmış Elektrikli Taht ve Kanat Coupling

Dağıtılmış elektrikli tahrik (DEP) birçok eVTOL konfigürasyonunun belirleyici bir özelliğidir. Birden çok küçük rotorlar bir kanata yayılmış veya aynı anda kaldırma yüzeyleri üzerinde dinamik baskıyı artırmakta ve baskıya maruz kalan ayakkabılar kullanarak en yüksek asansör katlarını yükseltir.Bu darbe, keskin olmayan bir kanatın elde edebileceğinden daha kısa sürede, daha sert olmayan mesafeler ve daha kompakt kanatların dağılımını sağlar. Aerodinamik araştırmalar, aynı zamanda rotorun ve sınır tabaka davranışı üzerindeki etkisini ölçmek için çok sıkı bir şekilde yoğunlaştırır.

Optimizing rotor yerleştirme sadece bir itki denge meselesi değildir. Her bir rotortan gelen kaymak ya da Langley Araştırma Merkezi'nde akantıyı düzelten C ⁇ sıvı dinamik modelleri, değişken bir kanat-malzeme açısı ile karşılaştırıldığında yüzde 20 oranında azaltılabilir.Son rotorlu çalışmalar aynı zamanda uygun olmayan yüklemeler ve iyileştirmenin aynı zamanda Langley Research Center'de de aynı anda yükleyici bir şekilde azaltılabileceğini göstermektedir.

Low Reynolds Çeker ve Kanatları Üzerine Etkileri

EVTOL uçaklarının rotorları ve kanatları genellikle 50.000 ve 500.000 arasında değişmektedir. Bu rejimde, viskous güçleri hakimdir ve sınır tabakaları küçük ayrılıklara eğilimlidir. Ancak, eVTOL rotorları da yukarı doğru ilerlemelere yol açabilir. Aerodinamik araştırmalar bu koşullar için düşük hızlı sürüklenme ve yüksek hızlı sürüşler arasında bir uzlaşmaya yol açıyor.

Yüksek sadakatli rotalama modelleri kullanarak geçiş-ziye duyarlı türbülans modelleri standart araçlar haline geldi, araç geçiş sırasında yüksek oranda saldırıyı öngörebiliyor ve başlangıçta küçük yönleri ve yüksek yükleme için uygun olarak geliştiriliyor.

Drag Reduce Strategies for Extended Cruise Range

Mevcut lityum-iyon akülerinin enerji yoğunluğu tüm elektrikli uçak aralığında sıkı bir limit getiriyor. Her bir anal-saat doğrudan bir eVTOL'nin mesafesini artırabilir. Aerodinamik araştırma hedefleri üç ana sürüklenme kaynağı: parasitic sürüklenme ve uygulama uçları, indüklenen sürüklenmelerden ve her üçe müdahale doğrudan bir hesaplama optimizasyonu ve ampirik doğrulama kombinasyonu gerektirir.

Fuselage Shaping ve Smooth Surface Technologies

Bir eVTOL'un fuselajı, yolcuları, pilleri, aviyonları ve baskıyı en aza indiren bir şekilde iniş dişlisi olmalıdır. Ancak, düşük hızlı bir şekilde stabilite gereksinimi, yolcuya yönelik çatışmanın uzun ve kesitini, daha ılımlı şekillendirmeyi gösteren binlerce adayın - iç hacim ve dışsal aparat üniforması arasındaki en iyi ticaret-dönüşümlülüğün belirlenmesi gibi- yolcunun yüzde 15 ila 30'unu azaltmaktadır.

Fiber yüzeyler sınır tabakası geçişi geciktirmek ve derileri azaltmak için kritiktir. Üretim yüzeyleri prematüre geçişten kaçınmak için sıkı toleranslar içinde sallanmayı sağlamalıdır.Bu teknoloji, üretim aracına entegrasyon için değerlendirilir.[DLR)[DFLT:1) ile bir termoplastik yüzey kaplamayı mikro ölçekli pürüzsüzlüğün uygulanmasının, rüzgar tünel testleriyle uyumlu hale getirilmesini sağlayan,% 8 ila yüzde 5-10 pratik yüzeylere ulaşma konusunda karar verir.

Kanat-Body Fairings ve Pylon Entegrasyon

Asansör+cruise ve eğimli konfigürasyonlar, uçsuz yüzeylerle karşılaştırıldığında bu müdahaleyi baskıya neden olan hız derecelerini destekleyen bir müdahale yaratır.Bu yapısal üyeler, kanat veya fuselage ile karşılaştıklarında sürüklenmeler gösterir. Bakımkâr aerodinamik toplam sürüklenme - doldurmaları, strakes veya karıştırmaları - bu müdahaleyi baskıya neden olan hız gradientleri pürüzsüzleştirerek azaltın.

Tüm rotorları ve destek yapıları içeren tam-vehicle CFD simülasyonları şimdi kanatın kendisini tam olarak doğru bir şekilde bir araya getiren, bu tür bir tünel verilerinin yüzde 2-3'ü tamamen yok eden ve yönetilen yapısal karmaşıklığın artırılmasına olanak sağlar. Bazı programlar, sürüklenme ve ekledi topluca çok disiplinli optimizasyonlar arasındaki uyumsuz bir şekilde keşfeder.

Transition Flight Aerodynamics ve Stability

Dikey asansör ve kanat ile geçen uçuş arasındaki geçiş, hızla kanat ve kuyruk yüzeylerinin en aerodinamik olarak talep edilen bir eVTOL misyonunun aşamasıdır. Uçaklar bu koşulları hızlandırır ve rotorlardan gelen asansörler sorunsuz bir şekilde yönlendirilir.

Aerodinamik Damping ve Kontrol Yüzey Etkililiği

Düşük hızlı uçuş sırasında, elevons üzerinde dinamik baskı, rudders ve ailerons çok düşük. Bir uçak zayıf olduğunu ortaya çıkarmak, aracın aerodinamik yüzeyler yerine iki katına çıkmasını sağlamak.

Dinamik olarak ölçeklenen bir modelle rüzgar tüneli testleri bu tahminleri doğrulayabilir. Bu testler aracın stabilite türlerini ölçebilir ve tam geçiş koridorunda etkili bir kontrol etkinliği göstermiştir. Veriler daha sonra aerodinamik ve propulsive kontrol girişlerini içeren uçuş kontrol yasalarına beslenir.Süresel koşullarda bile sağlam bir kontrol noktalarına kıyasla, son derece düşük bir üniversiteden gelen rotorlu bir geçiş kontrolörü gibi iyi niyetli bir geçiş kontrolörü azaltıldı.

Gust Load Alleviation for Urban Operation

EVTOLs, kentsel atmosferik bir sınır katmanında çalışacak, binaların, köprülerin ve diğer yapıların çalkantılı eddies ve güçlü rüzgar hear. Gusts, rotorun birden fazlasında birden fazla dalgalanmaya neden olabilir, potansiyel olarak asansörün düşmesine yol açıyor. Aerodinamik araştırma, aracın tipik bir kentsel gust spectra'ya tepkisini tahmin eden sipariş modelleri geliştirdi.

ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı, düzenlemelerle belirlenen en kötü koşullar altında arazi ölçümlerini gerçekleştirdi, bu şimdi eVTOL sertifikasyonu için en yüksek model için gust modellerini geliştirmek için gerekli.A validated gust modeli, uçaktaki en kötü koşullar altında kontrol ve yapısal bütünlüğü korumak için gereklidir. Active gust alleviasyon sistemleri tam ölçekli eVTOL prototipleri üzerinde test ediliyor, 30-50% bir yüksek çözünürlükte azalma gösteriyor.

Gelişmiş Araştırma Araçları: Simülasyondan Uçuş Testine

EVTOL aerodinamiklerinin karmaşıklığı, hesaplamalı simülasyonu, rüzgar tüneli testlerini birleştiren ve araçlı uçuş deneylerinin geliştirilmesi için çok önemlidir. Her araç, risk ve hızlanan gelişimi azaltmak için eşsiz bir yaklaşımdır.

Yüksek hacimli Hesaplama ve CFD Yöntemleri

Modern CFD çözücüler, dönen rotorlarla tam araç geometrisini simüle edebilir, birden fazla bıçak satır ve hava çerçevesi arasındaki asırsız etkileşimleri ele geçirebilirler. Lattice-Boltzmann yöntemleri özellikle eVTOL konfigürasyonları için etkilidir, çünkü karmaşık geometrileri hareket eden parçaları verimli bir şekilde çözerler.Detached eddy simülasyonu, büyük ölçekli türbülansları ve gürültüye katkıda bulunan büyük ölçekli türbün yapıları çözer, daha az pahalı-ortalamalı Navier-Stokes modelleri daha az maliyetlidir.

Geçerlilik kritik bir adım olarak kalır.TheİLFLT:0) Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA)), rüzgar tüneline karşı birkaç çalıştay düzenledi.Bu atölyeler, özellikle de düşük oranlarda rotor-uşma etkileşimleri yakalamanın önemini vurguladı.

Rüzgar Tüneli Test: Ölmüş Modeller ve Full-Scale Rotorlar

Scaled rüzgar tünel modelleri, doğrudan kuvvet ölçümlerini, anları ve yüzey baskılarını sağlayan modeller olarak aktif rotor kontrolü ile güçlü modeller barındırabilir ve yüzey basıncı sağlar.Aeroakoustic doğrulama verileri kullanılarak, aeroacoustic doğrulama için gerekli olan hızlar.

Özel olarak kullanılan tam ölçekli rotor testleri, propulsion ünitesinin güvenli olmayan koşullardaki performansını izole eder.Bu testler, küçük modellerden ölçeklenemeyen Wilson sayılarını yakalamak için kullanılır. Bu testler, tüm uçuş zarfı boyunca güvenilirdir.

Topluluk Gürültü Kabulü için Aeroacoustic Design for Community noise admitance

EVTOL operasyonlarının gürültüleri, genel kabul ve düzenleyici onaydaki birincil bir faktör olacaktır. Rotorlardan gelen farklı tonal ve geniş bant gürültüsü, geleneksel uçaklardan gelen gürültüden daha can sıkıcı olarak algılanabilir, daha düşük ses seviyelerinde bile Aerodinamik araştırma adresleri gürültüyü ele alır.

Rotor Blade Design for Low Gürültü

Bir rotorun ipucu, daha yüksek rotorlar veya daha yüksek sağlamlığı gerektiren baskın parametredir. Aerodinamikçiler, gürültüyü, patlama performansını yüzde 10 azaltabilecek en iyi şekilde hızlanabilir.

Bıçak planı da önemlidir. Swept ipuçları şok dalgalarının gücünü azaltır ve sesin hızına yaklaşırken ilişkili gürültüyü azaltır. İnce havafoils ve izd kenar serrasyonları genişleyen gürültüyü daha az itiraz edilebilir frekanslara kadar azaltabilir.T:0) Maryland Rotorcraft Merkezi) üniversitesi, süpürücü ve anhedral'ın bir kombinasyonunun 3-5 dB'nin değeri hakkında önemli ölçüde etkileyebileceğinden emin olmak için.

Dağıtılmış Propulsion ve Rotor Phasing

DEP bireysel rotor uç hızını azaltır ancak kontrollü rotor fasing ile etkileşimi yakından göstermektedir. 200-500 Hz aralığındaki dB'ye kadar gösterdi - bu frekansların göreceli azimuthal pozisyonu - belirli tonal frekansları iptal etmek için kullanılır. Rüzgar tünel testleri kontrollü rotor aşığı testleri, zeminde 6 dB'ye kadar gürültü azaltmaları için özellikle önemlidir.

Gelişmekte olan Bölgeler: Aktif Akış Kontrol ve Adaptif Yapılar

Bir sonraki eVTOL aerodinamik gelişmeler, uçağın etrafındaki akışı gerçek zamanlı olarak değiştirebilecek aktif sistemlerden gelebilir.Bu teknolojiler uçuş zarfını genişletme potansiyelini sunar, kontrol güç gereksinimlerini azaltır ve verimliliğin düşük tasarım koşullarından daha iyi hale getirilmesini sağlar.

S Sentetik Jets kullanarak Aktif Akış Kontrolü

Sentetik jet hareketleri kanat ve oklar üzerinde yeniden enerjik sınır tabakalarını yeniden üretebilir, sentetik jetler için kesinti ve maksimum asansörün artırılmasına izin verebilirler ve jetler için gerekli olan güç, toplam tahrik gücü sırasında aynı asansörü üretebilmeli, bu yaklaşımın aktif olarak uygulanabilir olması için gerekli olan bir dizi sentetik jetin açılmasına izin verdi ve tezgahta artış gösterdi.

Morphing Wings ve Değişken-Camber Yüzeyleri

Uçuştaki şeklini değiştiren yapılar tüm görev boyunca optimal aerodinamik verimliliği koruyabilir. Örneğin, düşük hızlı tırmanma sırasında camber'i artıran bir kanat ve yolcunun uçabileceği birkaç ipucu ile kıyaslanabilir, ölçülebilir bir şekilde düzeltme mekanizmaları, aerodinamik kazanımlar ve mekanizmalar kullanılarak ölçülebilir.

Sertifika Pathways ve Multidis Optimizasyon

EVTOL uçaklarının düzenleyici sertifikasyonu, FAA, EASA ve diğer yetkililer tarafından belirlenen standartları karşılayan birerodinamik kanıt gerektirecektir.A.C.A.C.A.C.A.S.S.S.S.A.S.S.S.S.S.S.S.A.S.S.S.S.S.S.S.S.S.A.S.S.S.S.A.S.S.A.S.S.S.A.S.A.S.S.A.S.S.S.A.S.S.S.A.S.S.S.A.A.A.A.A.A.S.S.A.A.A.A.A.A.A.A.S.S.A.A.S.S.S.S.S.A.A.S.A.A.S.S.S.A.S.A.A.S.A.A.A.S.S.A.A.A.A.A.A.A.S.A.A.S.A.A

Multidisipliner optimizasyon çerçeveleri şimdi, kondüktörlükle aerodinamik performansı dengelemek için standart bir yaklaşım, aynı aralık ve ödeme yüküne doğru ilerlerken, endüstri üretime doğru ilerlerken, bu optimizasyon araçları şehir hava hareketliliğini ekonomik olarak iyileştirecek olan hırslı verimlilik hedeflerini karşılamak için daha da önemli hale gelecektir.

Konseptin sertifikalı eVTOL uçaklarının yolu, rüzgar tünellerinde ve her kontrol yasasının temel fizikleri tarafından şekillendirildiği, dikkatli bir deney ve iteratif geçerliliği zorlamaya devam ediyor.En sonunda şehirlerdeki ilk ticari eVTOL'lerin yolcularının hem de çevreleneceği güvenli araçların her iki yüksek performanslı ve çevresel olarak kabul edilebilir olmasını sağlamak.