Asansör ve VTOL Aerodinamik'da Drag

Asansör, aerodinamik kuvvet perpendiculara karşı gelmekte olan arsa akışına karşı, uçağın ağırlığına karşı, sürüklenme hareketi hava yoluyla karşı direnirken, göreceli rüzgara paralel hareket eder.Sokak ve dikey uçuşta, rotorlar sadece hava ve maruz kalan parçaların sürüklenmesini sağlar; ancak aynı zamanda uçaktan gelen yüklere sürüklenir ve rotorlar da tamamen doğru sürüklenebilir.

Pervane ve rotorların yerleştirilmesi doğrudan bu güçlerin nasıl geliştiğini ve etkileşimini etkiler.Speçeler bir fuselage veya kanata yakın konumlandığında, yerel hava akışı hızları hızlandırılabilir veya decelerated, baskı dağıtımını ve sınır tabaka özelliklerini değiştirebilir.Bu, sadece deri sürüklenme veya daha önceki akış ayrımını yükseltebilir. Conversely, dikkatli bir şekilde, VOL'un kaymak için gerekli olan herhangi bir performans için gerekli olan bir performans için gerekli olan bir konumdan kaynaklanmaktadır.

Başka bir kritik yön, Reynolds sayılarının ve Mach sayı etkilerinin rolüdür. Daha düşük Reynolds sayılarında çalışan küçük rotorlar daha yüksek profil sürüklenme katlarını deneyimleyebilir ve daha önce modellemeye geçiş yapmak için yerleştirme kararları, model ölçeğinde çalışan yerleştirme kararları doğrudan tam boyuta ölçeklendirmeyebilir. Benzer şekilde, yüksek hızlı rotorlar, transonik rejime yakın etkileşimler, bitişik yüzeylere etkileşimler oluşturabilir.Bu ölçeklendirme etkileri, uygulama koşullarındaki çalışma koşullarıyla ilgili olarak değerlendirilmeli.

[FONT:0] Yönetim denklemleri [Döneticileri için [Döneticileri], rotor performansı için [Döneticileri ve element momentum teorisi – yerel bir saldırganlık açısına sahip olmak, ancak gerçek yerleştirmeler, bu yerelleştirilmiş etkilerden faydalanmamalıdır. Örneğin, bir fuselasyona yakın bir rotor, vücut eğriliği nedeniyle bir sönümün içine monte edilir, yerel saldırı ve dağıtım açısını değiştirir.

Binbaşı Pereller ve Rotor Yapıları

Tasarımcılar genellikle iki geniş yerleştirme felsefelerini kabul eder - merkezileştirilmiş ve dağıtılır - eVTOL prototipleri ve askeri VTOL programları arasında ortaya çıkan farklı alt değişkenlerle birlikte. aralarındaki seçim, her şeyi uçuş kontrol mantığına diktirir. temel ayrımı ötesinde, karma yapılandırmalar daha yaygındır, örneğin dağıtılmış kruvazörlerle bir araya gelir.

Orta Yapılı Yapılar

Merkezileştirilmiş rotor yerleştirme, uçaktaki rotorların yerçekimi merkezine yakın temel kaldırmaya odaklanır. Örnekler tek bakımlı helikopterler, kopiyonel rotor sistemleri ve bazı eğimli tasarımları, rotorların kanatlı köklerde veya fuselagenlerde monte edildiği gibi, bu düzenleme, kompakt, dengeli bir asansör dağıtım, minimiz yavırdaklı bir şekilde sert bir şekilde monte edilen güçlendiricileri güçlendirerek, büyük bir dinamik yüklemede (parçalı) hızlanan veya elektrik senkronizasyonda kullanılan mekanik karmaşıklığına yol açabilir.

Önemli bir merkezi yaklaşım, Sikorsky X2 teknoloji göstericisi tarafından doğal olarak kontraseptif bir ayak izi sağlar ve geleneksel bir helikoptere göre düşük bir yükleyiciyle VTOL sağlarken, iki rotor disk arasında temel bir etkileşim, keskin bir şekilde bıçaklama ve rotorlu müdahaleyi gelişmiş bıçak şekilleri ile dezenfekte etmek için dikkatli bir şekilde yönetmek gerekir.

Bir başka merkezileştirilmiş değişken, ana rotor uyanma ve empennage'dan rahatsız edilen bir akışın sonunda, izole bir rotorun göreceli olarak rotorlu bir rotora kıyasla% 5-10'lik bir güç cezasına neden oluyor.Speçepeli kuyruk merkezi de etkinliğini etkiler; daha yüksek bir yerleştirme kuyruğunun arka rotorun kapanmasını azaltır, ancak arka rotorun kapanmasını azaltır.

Dağıtılmış Yapılar

Dağıtılmış elektrikli tahrik (DEP) bir sonraki nesil eVTOL konseptlerinin ortaya çıkmasını sağlar. Bu kurulumda, birden çok rotor veya düklenmiş hayranlar kanat, kuyruk veya özel boğmalar için yerleştirilme izin verir. Battery-güçlü motorlar, bir sürü mekanik mil odaklı sistemlere kadar esnek hale getirmelerine izin verir. Dağıtılmış yerleştirme, diğerlerinden tasarruf sağlar - ve başkalarından biri şarj edilebilirliği artırmak için diferansiyel itme izin verir.

Ancak, dağıtılmış yaklaşım karmaşık müdahale sürükler. Her rotor komşu rotorlarla etkileşime girebilen bir uyanma yaratır, destek patlaması ve kanatlar.Bir üst düzey rotorun uyanmak için yolcu verimliliğinin faydalarını azaltabilir, sabit bir şekilde veya eğimli bir şekilde arttırılabilir. Ayrıca, sabit olmayan dinamikleri kullanarak daha yüksek performanslı bir motor pencereleri kullanarak sabitlenebilir ve sekizinci asansörleri otomatik olarak yükseltebilir.

[FONT:0]Ducted fan varyantları [DucT:1], Lilium Jet'dekiler gibi, kanattaki hayranlar ve kanard yüzeylerdeki fanlar kritiktir: çok ileri ve inletlerin basınç alanını azaltır; çok fazla aparat ve yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yarı yarıya indirgemeler getirir.

Hybrid and Unique Constructs

Bazı VTOL tasarımları merkezileştirilmiş ve dağıtılmış yaklaşımlar. Örneğin, Bell Nexus eVTOL konsepti, fuselage (merkezli asansör) artı eğimli bir dağıtılmış set üstü kanatlarda, ancak bu hibrit yaklaşım, merkezileştirilmiş asansörün kompaktlığını yakalamaya çalışırken, kanat uçarak yüklenen yükseltici diskoturucun altındaki yüksek performanslı bir asansörün altındaki aerodinamik etkileşimlerin toplamı ve kanat uçları arasındaki arsaları ve kanat uçarak tekrarlanabilir.

Bir diğer hibrit, rüzgâr ekranlarında ve ileri yük körüne bağlı bir yapı kullanan ve dikkatli bir sınır-katılım kontrolü gerektiren bir uyandırma oluşturur.

Asansör ve Drag Trade-offs, Placement'in bir fonksiyonu olarak

Hava çerçevesine göre bir rotorlu ve yatay pozisyon, mühendislerin harita ve azaltımları gereken bir aerodinamik etkiler spektrumu oluşturur.En etkili değişkenlerden biri, daha yüksek bir kanat yüklemesine göre daha yüksek bir rotorlu yüzeylere bağlıdır. Yüksek derecede üst düzeydeki bir rotor (bir pylonya, bir pylonya) ek bir profil sürüklenmedeki olumsuz baskıyı azaltılabilir.

Düşük rotorlar (parça veya yere yakın) uçarak, eğimli bir verimlilikten ve vibrasyondan yararlanarak, bir rotorun doğrudan arkası ile yüzeye doğru yerleştirilen bir güç için sıkıştırılabilir, ancak uçta, düşük rotorlar, yüksek yerel rotorlu basınçtan kaynaklanan ağırlığa kadar yüksek eğimli bir yük geçişi hızlandırabilir.

Asimetrik veya yerleştirme – rotorlar simetrik olarak dağıtılmıyor – sabit bir şekilde sürüklenme ve yuvarlanma anlarını bile ortaya koyar. Bu güçler uçuş kontrol sistemi daha sıkı bir şekilde çalışır, sürekli itmeler yoluyla kanama enerjisi.[Dönetici düzeni)Aktif olarak araçta paketlenebilir veya yolcu egresyonundan kaçınmak için kullanılabilir, ekspertici tüketimin sabitleştirilmesi, aksi takdirde yüksek çözünürlükte net bir artış olarak ortaya çıkar.

[FONT=0]Spanwise yerleştirme[Dönetici:0) Ayrıca, asansör rotorları belirli bir itti için daha büyük bir yuvarlanma anılarını sağlar, ancak çok uzakta yer alan zaman, kanat ipucu ile ilgili vortex etkileşimleri ortaya çıkabilir.En iyi eğimli bir konum genellikle yarı tırma makinesinin% 60 ve %80'i arasında, kol ve indüklenen sürüklenme cezasının ürünü en aza indirilir.

RotorRotor ve Rotor-Wing Aerodinamik Etkileşimler

Birden çok rotor yakın bir yerde çalışırsa, onların uyanıklığı, sadece bir ekstriğe sahip olmayan karmaşık etkileşimlerin yol açtığında, bir rotorun giriş koşullarını değiştirerek ve göreceli disk yüklemesi yüksek disk yükleme sistemlerinde, bir sürü yükleme konseptinden dolayı, efflux hız yüksek ve daha az yan yanar (bir arkadan güçlü bir şekilde yıkanabilir).

Bir rotor ve bir kanat arasındaki müdahale, rotor diskotut aerodinamik olarak incelenir ve arka plandaki diskoparlama modundaki rotoru azaltabilir, bazen yüksek çözünürlük sağlayıcı olarak hareket edebilir.

Rotorlar, çok yönlü dizilerde sıkı bir şekilde etkileşime girebilmeleri için, bazı indüklenen hız etkilerini iptal edebilir ve net güç cezasını azaltır ve sekiz boyutlu prototipler için kullanılan bir tekniktir.[-Dörtüncü bölüm:0)Bir hibrit eVTOL ile ilgili bir dizindeki aerodinamik etkileşimler sonucunda, % 0,9 oranındaki azalmayı azaltır.

[FONT:0]Crosswind duyarlılığı[[[Dönetici:0) başka bir faktördür. Hava çerçevenin rüzgar tarafında yerleştirilen bir rotor, leeward side ile kıyasla farklı bir saldırı açısına sahip olabilir. Bu asimmetri, diferansiyel kollektif veya RPM tarafından dengelenebilir, ancak aşırı derecede fazla güç artışına yol açan rotorlar, fuselaja çok yakın yerleştirilen rotorlar, nacelle'de farklı bir akış ayrımı deneyimleyebilir, asansör ve kontrol marjlarını kaybetmeye yol açabilir.

Ground Etkisi ve Hover Performansı

Propeller ve rotor yerleştirme aynı zamanda aracın zemine yakın çalıştığını da değiştirir. Ground effect, rotor diskinde indüklenen hızı azaltarak asansörü artırır, dağıtılmış bir asansör sistemi için, fayda üniforma değildir; rotorlar, zemin deneyimine daha yakın, yüksek bir vakumlama sistemi oluşturmak için daha belirgin bir kontrol yasaları sağlar.Bu, araç zeminine girerse, asimetrik bir şekilde güç verir.

İntisasiz arazi ile iniş bölgelerinde, rotorlar çok düşük risk zemin grevine yerleştirilir, bu yüzden yerleştirmeye daha düşük bir sınır vardır.UAV, kurutma makinesinde kullanılan olarak, 0'lık bir ayar merkezin altındaki rotorları kısmen daha kompakt bir düzenleme sağlarken, ancak bir merkezde yerleştirmeye kıyasla% 8 oranında artış gösterir.

Ek olarak, kenardaki fuselage şekli bir rol oynar. Düz veya koncave kardisyon altında hava yastıklarını tuzaklar, zemin etkisini artırmak, keskin veya işaretli bir karnın daha sonra şarj edilmesine izin verebilir. Rotor yerleştirmesi, özellikle de kanatlar için bir yüzeyin altında bulunan hava tabancaları için daha iyi düşünülmelidir.For the edge effects of the column (e.g., in a shower.

[FONT:0) Zemin etkisi[[[DÜDÜ)[IGE) güç azaltımı, üst düzeyle üst üste 10-20% azaltımı, rotorun yüksek bir seviyede olduğu zaman, bu bilgiyi en talep edilen koşul için boyuta eşit olarak kullanır - zemin etkisi için üst düzey bir enerji tüketimine bağlıdır.

C ⁇ ve Deneysel Optimizasyon Yaklaşımları

Standart ölçüm uzayı, eğimli açılar ve destek yapısı geometrisi geniştir, modern VTOL tasarımı çok disiplinli optimizasyona (MDO) Yüksek seviyeli modeller, yapısal ağırlık tahminleri ve elektrik motor performansları ile birlikte, kriging yanıtları gibi modeller, binlerce konfigürasyonun hızlı bir şekilde değerlendirilmesine izin verir. Örneğin, spadoks bilim ve teknolojiAerospace Science and Technology) bir sonraki modelde yayınlanan bir çiftlik yöntemiyle çalışır.

Rüzgar testleri vazgeçilmezdir. Güç dengesi ve baskı ile ölçeklendirilmiş boya ile modeller, yalnızca tek başına garanti edilemeyen doğrulanmış bir veri sağlar. Belirli bir odak geçiş koridorundadır - DEP'lerin eğimli olduğu uçuş rejimleri, yüksek performanslı akış değişiklikleri ilerleyerek, rotor yerleştirme rotorları, kısmi olarak eğimli rotorlardan uzak durmalı olan kanatlara karşı derin bir tezgah oluşturabilir.

Makine öğrenimindeki son gelişmeler de rotor yerleştirme optimizasyonuna uygulandı. Büyük CFD veritabanlarında eğitilmiş Neural ağları gerçek zamanlı olarak müdahale sürüklenebilir ve indirme güçlerini gerçek zamanlı olarak indirmeye yardımcı olur, RANS'ın hesaplama maliyetine hala deneysel olarak karşı çıkıyor.

Rotor Placement Trade-Offs'ın Gerçek Dünya Örnekleri

Birkaç eVTOL programları bu ilkelerin pratik uygulamasını vurgulamaktadır.ETHFLT:0)İş Havacılık)) S4 uçakları, uçlu akışlarda veya ikiyüzlülükteki boşlukları kaldırmak için, üst düzeye çıkarmak için kanatta en aza indirmek için dört adet - kanatta üst üste doğrulanmış üniteler, arka plandaki pencereden faydalanıyor.

AgustaWestland AW609 eğimrotor (eski olarak Bell-Agusta) geniş ölçekli ticari yerleştirmeye dair fikir sunuyor. motorları ve rotorlar kanat uçlarında monte edilir - en yüksek pozisyondan dağıtılmıştır ve bulanıklaştırma ve hafifçe yüklemez, ancak bu tip nacelller önemli bir kitle ve sürüklenmemektedir.

Bir diğer önemli örnek, kanattan uyanmadan 12 sabit bir asansör rotorları kullanan Archer'ın rüzgarlı iki arka yolculu testleriyle, asansör rotorlarının yukarı doğru bir şekilde çalıştırılabilmesinin bir yolu olarak yerleştirildikleri gibi, vortex etkileşimlerinin belirgin bir şekilde azaltılmasıyla hızlanıyor.

Optimizasyon Yerinin İyileştirilmesi için Tasarım Kılavuzları

Araştırma ve operasyonel deneyimden başlayarak, mühendisler rotor pozisyonları tanımlamak için yapılandırılmış bir çerçeveyi takip edebilir. İlk olarak, birincil işletim modlarını tanımlamak: dikey verimlilik, geçiş güvenliği ve seyir planlı bir göreve göre ağırlıklandırılmalıdır. uzun vadeli bir VTOL için, yolcu verimliliği en yüksek seviyeye kadar, eğimli ve düşük hızlı bir performans hükmedebilir, rotor yerleştirmenin en aza indirilmesi gereken yere yüklediği asansöre karşılıksız bir şekilde yüklenmelidir.

Anahtar kılavuzları şunları içerir:

  • [FONT:0)Maintain rotor-to-surface tespiti:[Dönetici: 1) Büyük bir blöten en az bir rotor yarıçapı indirme kayıplarının yaygın bir kuralıdır.Bu mesafe belirli geometriler için CFD ile doğrulanmalıdır.
  • [FONT:0)Align rotorlar ağırlık merkezi ile ısıtılır:[Dönetici: 0:1) Net asansör vektörü CG üzerinden, atıkların gücünü en aza indirmek için doğru ilerler.
  • [FONT:0) Zemin etkisi için dikey yerleştirmeyi optimize edin: Place, havalisansı ile zemin etkisini artırmak için alçakta asılıdır, ancak aynı yerleştirmenin geçişte aşırı indirmeye neden olmadığını doğrulayın.
  • [FONT:0)Sürekli ve dihedral destek patlamaları üzerinde kullanın: Yerel ambargoları, müdahaleyi azaltmak için yerel aeroslarla uzaklaştırır. Tilt support struts into freestream steps, for booms carry Rotors, a 3-5 derece dihedral.
  • [FONT=0]Stagger rotorları akış yönünde:[Dönemli)[FONTT:0) Birden fazla rotor ayarlandığında, aerodinamik cezayı aşağı rotorlarda uyandırmaktan azaltın.
  • [FONT:0)Küresel uzaylar için en yüksek fanlar: Ducted fanlar hava çerçeveye daha yakın yerleştirmeye izin veriyor ancak ek ağırlık ve dükleri yüklendiğinde onları kullanın. sadece zemin izin veya gürültü kısıtlamaları talep ettiğinde kullanın.
  • [FONT:0) Bıçak ipucu için hesap:[Dönetici: 0) Havalimanları için, rotor yarının en az% 5'inin bir ipucu, aşırı gürültü artışından ve ilişkili gürültü artışından kaçınmak için gereklidir.

Optimizasyon algoritmaları bugün, düşük bir uygulama için birleştirilmiş bir hedef değerlendirirken otomatik olarak değişken olarak değişebilir.Engelli esneklik oranı, yapısal dinamiklere gerekli minimum güç, ve strüktürel dinamiklere karşı kısıtlamalara neden olur. Birçok tasarım ekibi artık düşük sadakatle çiftleşmiştir, rotor yerleştirme seviyeleri ile takip eder - giderek daha önemli bir sertifika gereksinimi ile doğrulanır.

Endüstri olgunları olarak, aktif akış kontrolü ve morfing yapıları, iç nozullar yoluyla yönlendirme kısıtlamaları daha da rahatlatabilir.Aksiyel yönlendirmeli fanlar yerel ayrımlardan kaçınmak için doğrudan akışlar haline gelebilir, yüksek dinamik aerodinamik hataları olmadan, daha önceden riskli yerleştirme seçeneklerine yol açan elektrik kanallarını dağıtmaya olanak sağlar.

Elektrikli tahrik birimlerine devam et, yüksek performanslıM açık-rotor propulsors’u hafif kalkanlarla yeniden konumlandıracak, yerleştirme kombinleri tekrar tekrar tekrar tekrar tekrar tekrar yükseltebilecektir.Eğer bu özel yapılandırma VTOL'ye entegre edilebilir olsa da, aracın genel olarak yüklenmesi için temel bir fikir olarak belirlenebilir.

Diğer bir yükselen trend, disk yükleme ve nacelle sürüklenmeleri arasındaki değişken geometri rotorları kullanıyor, ölçümler gibi malzemeler ve hareketleyiciler geliştirilebilir. Ek olarak, 12 pervaneli mimarilerin yükselmesine ve geri çekilmeye devam etmesi, ticarete en uygun şekilde, dönüşüm modellerinin doğasında daha iyi bir şekilde optimize edilmesine izin veren bir dizin için en uygun şekilde optimize edilmesi için, Stanford Üniversitesi öğrenme modellerinin daha uygun hale getirilmesi için kullanılan 16.000'den fazla mikro-konomiksel tasarıma uygun şekilde optimize edilmesine izin veriyor.

[FONT:0]Active tümeviasyona yük verir[[Dönetici: 1) CG'den uzaklara yerleştirilen daha ağır yapılar, uçuşta ölçülen kanat kök bükme anlarına yanıt vererek, mühendisler, yapısal destek patlamalarını ve pylonları azaltabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

VTOL araçlarındaki pervane ve rotorların yerleştirilmesi, yükleme ve yüksek hızlı verimlilikle mücadele ediyor; çiftlerin asansör nesil, sürüklenme, stabilite ve yapısal ağırlık ve kontrol karmaşıklığına izin veren ilk sipariş tasarım değişkeni. Merkezileştirilmiş yapılandırmalar basitliği ve daha düşük müdahaleler sunar, ancak hızlı bir şekilde optimize edilmiş sistemler, yüksek hızlı verimlilikle mücadele edebilir.Detaylı sistemler, dinamik bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde, otomatik olarak sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenme yöntemin kullanılmasıdır.