Как можно спроектировать низкоскоростной дрон с неподвижным крылом, чтобы уменьшить воздействие порывов ветра и сдвига ветра?

В истории, над которой я работаю, персонажам нужен беспилотник с неподвижным крылом, который может сближаться с дирижаблем, где под «свиданием» я имею в виду «приближаться к очень короткому расстоянию на низкой относительной воздушной скорости». Проблема заключается в том, что дирижабль, как правило, будет лететь в условиях сильных порывов ветра и резкого сдвига ветра — в идеале в условиях, подобных ураганам, или хуже. У персонажей есть время и ресурсы, чтобы спроектировать и построить собственный дрон для этой цели, и хотя я понимаю, что в какой-то момент мне, вероятно, придется проявить доверчивость, я бы хотел, чтобы дизайн дрона, по крайней мере, казался правдоподобным. Отсюда мой вопрос: как будет выглядеть дрон, созданный специально для таких миссий?

Вот что я нашел до сих пор (и что, я надеюсь, точно):

  • Нагрузка на крыло является самым большим фактором реакции на порывы ветра. Если бы единственной проблемой был ветер, дрон имел бы максимально возможную нагрузку на крыло. Однако мне также нужно, чтобы рандеву происходило на низкой (относительно дирижабля) скорости полета.

  • Большой размах крыла является помехой при сдвиге ветра, увеличивая вероятность асимметричного сваливания и увеличивая момент качения, даже если сваливания нет; у дрона, вероятно, должны быть плотно прижаты крылья к корпусу.

  • Учитывая риск внезапного сваливания, крылья должны быть спроектированы с учетом значительного вымывания. Они, вероятно, не будут сметены (в любом направлении), как потому, что снижение лобового сопротивления не является движущей силой, так и потому, что стреловидные крылья будут иметь тенденцию толкать дрон носом вверх в сваливании.

  • Квадратные крылья, хотя и менее хороши для устойчивости, заставят дрон крениться против бокового ветра, что может быть полезно, учитывая задержку обратной связи, с которой приходится иметь дело пилоту дрона. эффект маятника. Но, может быть, стабильность здесь важнее.

  • Перевернутый хвост заставит дрон как катиться, так и рыскать против бокового ветра. Я не уверен, будет ли больше смысла перевернутая буква T или перевернутая буква V.

Я также обнаружил несколько самолетов, которые намеренно попадали в ураганы: Lockheed WC-130, Lockheed WP-3D Orion, Gulfstream IV, Douglas DC-8, NASA ER-2 (производная Lockheed U-2) и AAI Aerosonde, единственный беспилотник в моем списке. Последнее, по крайней мере, поддерживает некоторые идеи, которые у меня есть выше.

Если вы уберете требование для самолета с неподвижным крылом, я бы посоветовал вам попробовать дрон-дирижабль.
@ vasin1987 Я согласен, что это имело бы гораздо больше смысла, но также потребовало бы переработки сюжета, поэтому я хотел хотя бы посмотреть, есть ли у меня шанс размахивать чем-то с неподвижным крылом.
В таких условиях у дирижабля было бы гораздо больше проблем. Но отличным источником дизайна были бы чайки, так как они имеют гораздо меньшее отношение веса к площади поверхности, чем самолеты. Чайки при ветре со скоростью 30 миль в час были бы отличной моделью. У них есть угловые законцовки крыльев, чтобы уменьшить крен при боковых порывах ветра, и точные настройки, контролируемые «мозговым компьютером», чтобы удерживать их устойчивыми в полете.

Ответы (2)

Во-первых, спасибо за хорошо изученный вопрос! Вы, конечно, сделали свою домашнюю работу, прежде чем прийти сюда.

Как вы сами поняли, ваше требование весьма противоречиво. Мне также интересно, какой дирижабль попадет в ураган, но я пока оставлю это в стороне.

Чтобы уменьшить восприимчивость к порывам ветра, одним из вариантов может быть переменная конфигурация . Однако, когда вы хотите устойчивый полет в порывистых условиях, вы также будете лететь медленно, поэтому переменная стреловидность крыла или сложные закрылки не помогут. Следующим вариантом, который сочетает в себе низкую скорость полета и высокую нагрузку на крыло, будет некоторая прямая подъемная сила, как в проектах вертикального взлета и посадки 1960-х годов. Поскольку прямая подъемная сила необходима на короткое время и когда требования к тяге невелики, двигатель, подобный Rolls-Royce Pegasus , позволит добавить подъемную силу, на которую порывы ветра меньше влияют, чем на крыло.

Удостоверьтесь, что ваша конструкция будет втягивать достаточное количество отбираемого воздуха для питания системы управления реакцией и, возможно, гироскопической платформы для управления этой системой, и противоречие может быть разрешено.

Киоски теперь тоже должны вызывать меньше беспокойства. Большая часть того, сколько подъемной силы теряется при сваливании, зависит от выбора аэродинамического профиля, и если вы используете профиль с благоприятными характеристиками сваливания, сваливание можно допустить.

Однако Anhedral — плохая идея, особенно если вы используете крылья без стреловидности. Только при высоком крыле на большом фюзеляже может быть оправдан крен. Примерами могут служить прыжковый реактивный самолет Harrier и истребитель F-104 Starfighter , где большое Т-образное хвостовое оперение делало необходимым угол наклона крыла. Вам нужен умеренный поперечный угол , чтобы заставить самолет катиться в боковом скольжении. Это вращательное движение будет наклонять вектор подъемной силы в сторону и выводить самолет из состояния бокового скольжения.

Кроме того, пожалуйста, подумайте, существует ли на самом деле такая вещь, как эффект маятника .

Что касается хвоста: лучший из них должен быть симметричным и практичным .

Дорогой Питер, большая разница между угловатыми законцовками крыльев и прямыми углами. Кроме того, когда площадь поверхности по отношению к весу намного больше, как у птицы по сравнению с 747, очевидно, что аэродинамические эффекты будут более доминирующими. Посмотрите на чайку. Крылья двухгранные/ангедральные. Очень эффективно справляется с креном при боковом порыве ветра. Чем-то похожие на «Уши Липпиша». Что касается маятника (когда НЕ поворачивается), да, высокие крылья имеют тенденцию к самовыравниванию. Но поскольку это приятно академично и интересно, многое можно узнать из всех мнений.
Согласен с симметричным хвостом. Возможно, современный Таубе не так уж и плох.
@RobertDiGiovanni: Отлично, вы знаете, что такое Lippisch Ears! Но тогда вы должны знать, что они были добавлены к Не-162 в качестве кладжа, когда было уже слишком поздно уменьшать угол наклона крыла. Поэтому мне интересно, в чем большая разница между ними и крылом. А вы уверены, что высокие крылья лучше склонны к самовосстановлению? Я не думаю, что они имеют большое значение .
Был свидетелем 10-страничного обсуждения этого в другой ветке, так что я скажу, посмотрите на чаек. Что касается высоких крыльев, то это фактически «двойной» маятник. Любое смещение Клифта и ЦТ от ориентации небо/земля создает восстанавливающий момент для его восстановления, мало чем отличающийся от балласта парусного корабля. Подъем идет вверх, вес идет вниз. Объедините это с балансом площади выше и ниже ЦТ от боковых сил (чтобы предотвратить качение от боковых сил), и вы получите стабильный тренажер с высоким крылом. Ангедрирование также наблюдается в горизонтальных стабилизаторах для улучшения характеристик поворота.
Нет большой разницы между кладжем и ангедралом. Мы знаем, что наклон крыла помогает при боковом ветре.
Мы смешиваем и сочетаем по мере необходимости.
И позвольте мне поблагодарить вас за невероятное количество информации, которую вы предоставили на этом сайте. Я так многому научился у вас и у других писателей. Я хотел бы обсудить «маятник» или эффект самовыравнивания, а также еще один важный параметр, отношение веса к площади крыла. Я не думаю, что 747 сильно скользит, он просто откатывается на уровень. Бумажный самолетик, скорее промах/правда. Но именно это делает (грави)аэродинамику лучше ракетостроения. Давайте еще немного поработаем над этим 162!

Рассмотрим концепцию «свободного крыла» — каждое крыло может свободно поворачиваться по тангажу — как описано здесь https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19700014919.pdf — погуглите "свободное крыло порыва ветра" и многое другое - к сожалению, "свободное крыло" теперь также является названием популярного производителя радиоуправляемых моделей самолетов, так что это усложнит ваш поиск.

Гибкий характер конструкции крыла, используемой в дельтапланах и «дельталетах» (механизированные дельтапланы с колесами), также имеет некоторые естественные характеристики сброса нагрузки. В дополнение к свойствам, создаваемым гибкостью, эти самолеты также можно считать в некотором роде «свободнокрылыми», хотя левая и правая панели крыла не двигаются независимо во всех случаях, кроме очень немногих.

(Немного поздно — книга уже закончена?)

Как можно спроектировать низкоскоростной дрон с неподвижным крылом, чтобы уменьшить воздействие порывов ветра и сдвига ветра?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v