Можно ли снять вертикальный стабилизатор на NASA X-57?

Я читал эту статью о том, как НАСА будет разрабатывать этот новый X-57 X-самолет с множеством крошечных электродвигателей, установленных на крыле.

Х-57

Теперь я задаюсь вопросом: почему у этого самолета все еще есть вертикальный стабилизатор? Я думал, что одним из преимуществ наличия большого количества крошечных электродвигателей является то, что вам не нужно беспокоиться об отказе двигателя (отказывается один двигатель, вы выключите другой на противоположной стороне; у вас все еще есть 12 работающих, ничего страшного). Вам, вероятно, также не нужно беспокоиться о боковой устойчивости, потому что эти двигатели, вероятно, могут легко стабилизировать колебания бокового скольжения (немного похоже на квадрокоптер, где вы можете поддерживать стабильное положение зависания благодаря акселерометрам и быстрой обратной связи управления).

Я что-то пропустил?? Если да, то нельзя ли немного уменьшить размер стабилизатора? Как бы вы это вычислили?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я понимаю проблему сбоя питания, но нельзя ли просто избежать этого, нося много независимых батарейных блоков (вместо центрального большого), чтобы вы могли быть уверены, что статистически никогда не потеряете контроль над всеми своими двигателями?

Ну, а при полном отключении питания (полном отказе батареи) самолет был бы планером, которому мог бы помочь вертикальный стабилизатор.
Было построено очень мало самолетов без оперения, использующих тягу двигателя (и, возможно, спойлеры) для управления рысканием; они все тоже были военными, я думаю. Хвостовой стабилизатор — это действительно простой и надежный способ управления большинством «обычных» самолетов, в том числе и этим. Он будет работать даже без двигателей, как только что сказал Стив Х.
Согласен, плавник — отличное решение; но тяжелый и неуклюжий тоже... Я просто подумал, что НАСА может быть немного более амбициозным в своем дизайне :-)
Если вам нужны амбициозные планы, обратите внимание на B-2 Spirit . Но если управление выйдет из строя, вам придется катапультироваться , что и произошло .
Так много запасных аккумуляторов, избыточная электроника и системы управления лучше, чем просто руль направления?
Аккумуляторы не обязательно должны быть запасными, просто изолированными (как разные топливные баки). Электроника в любом случае должна быть избыточной для безопасности. Тот факт, что вы можете убрать руль направления, является следствием разумного выбора архитектуры силовой установки...
На самом деле, во время отказа батареи вы можете захотеть превратить два двигателя в турбины Ram Air. Это довольно легко с электрическими двигателями.

Ответы (2)

Дифференциальная тяга — не лучший способ контролировать рыскание самолета. Во-первых, управление тягой должно быть очень быстрым, если между управляющим сигналом и ответной реакцией тяги проходит даже секунда, тогда у вас не будет адекватного контроля над самолетом. Во-вторых, вы полностью зависите от наличия мощности двигателя для стабильности, если вы выйдете из строя электрической системы или разрядится аккумулятор, то и вы тоже!

Другая причина, по которой дифференциальная тяга не является хорошей идеей, заключается в том, что при полной мощности единственный способ создать дифференциальную тягу — уменьшить мощность на одной стороне. Если я набираю высоту и мне нужно отклониться от курса, я потеряю способность набора высоты, это означает, что мне придется уменьшить угол траектории полета, чтобы сохранить скорость полета. Если я близок к скорости сваливания, внезапное снижение мощности может дать мне достаточную скорость для сваливания. Не хорошо. Единственный способ действительно смягчить это — увеличить мощность двигателя и ограничить максимальную мощность, которую может получить пилот. Это лишний вес и стоимость.

Наконец, у X-57 двигатели расположены на всех крыльях, это означает, что когда двигатели работают, они будут создавать воздушный поток над крылом. Дифференциальная тяга означает, что двигатели нагнетают больше воздуха на одно крыло, чем на другое, крыло, получающее больший воздушный поток, создает большую подъемную силу, это имеет следующие нежелательные характеристики:

  • Ввод рыскания должен быть скоординирован с обратным элероном для поддержания горизонтального полета, сильный ввод рыскания потребует более сильного изменения элеронов. Это означает плохо скоординированное управление и будет не очень интуитивным.
  • На больших углах атаки, например, близких к скорости сваливания, внезапное снижение тяги на одном крыле может остановить его, в то время как другое крыло продолжает полет, что приведет к резкому крену и возможной потере управления. Короче опасно.

Сравнивать технологии квадрокоптеров с технологиями X-57 немного неправильно:

  • Двигатели квадрокоптера маленькие, а лопасти маленькие по сравнению с теми, что будут использоваться на X-57, двигатели на самолете будут намного больше и в результате будут иметь гораздо большее время отклика из-за более длинного рычага момента.
  • Квадроцикл имеет более высокое отношение тяги к весу, чем X-57, поэтому для дифференциальной тяги доступно меньше мощности.
Вам не кажется, что крошечные электродвигатели действительно могут быть очень реактивными (вероятно, намного быстрее, чем за секунду)? Гирометры также мгновенно определяют скорость рыскания... (как на квадрокоптере)
Эти двигатели и пропеллеры немного больше, чем у среднего квадрокоптера потребительского класса, и даже у большого коптера, используемого для теле- и киносъемок, поэтому у них немного больше инерции, чем у этих крошечных двигателей. Даже если электрические импульсы и вычисления занимают миллисекунды, изменение фактической скорости вращения пропеллера может занять секунду или больше просто из-за физики. Как мы все знаем, физика всегда побеждает.
@HughKeller также имейте в виду, что реакция квадрокоптеров на рыскание не контролируется тягой роторов - она ​​контролируется изменением углового момента роторов. Это как иметь реактивное колесо . Мгновенный отклик (ограничен только ускорением двигателя+ротора).

Еще одна очень веская причина для того, чтобы вообще не менять хвостовое оперение, заключается в том, что это исследовательский самолет, а не идеально оптимизированный самолет. Основываясь на фюзеляже Tecnam без каких-либо изменений, НАСА может получить базовое число для снижения лобового сопротивления, обеспечиваемого этим небольшим крылом с большим удлинением, по сравнению с исходным, гораздо большим крылом на двухдвигательном самолете Tecnam. Они намеренно изолируют эту единственную переменную. Действительно, в статье, написанной кем-то из участников этого проекта, дается оценка снижения лобового сопротивления планера в 1,5 раза по сравнению с базовым самолетом; они считают, что оптимизированная конструкция может еще больше снизить сопротивление.