Распределенное движение

В Aeronautics распределенная движущая сила - это расположение, в котором движущие и связанные с ними воздушные потоки распределяются по аэродинамическим поверхностям самолета. Цель состоит в том, чтобы улучшить аэродинамическую, движущую и/или структурную эффективность ремесленного ремесла по сравнению с эквивалентным обычным дизайном.

Ожидаемые преимущества включают повышенную топливную эффективность , выбросы, шум, длину посадки и обработку.

Распределенное движение может быть достигнуто путем промежуточного распределения частично или полностью встроенных нескольких небольших двигателей или вентиляторов вдоль крыла. В качестве альтернативы, это может включать в себя протоки выхлопных газов вдоль всего заднего края крыла.

Принципы дизайна

Определение

Распределенное движение на самолет обычно характеризуется не только распределенным характером движущей силы, но и путем использования эффекта, которое это оказывает на аэродинамику самолета. ^{[ 1 ]} Проточки двигателя воздуха распределяются по аэродинамическим поверхностям ремесла, обычно простирающееся над фиксированным крылом. Эти потоки могут взаимодействовать с другим воздухом, текущим через крыло и существенно влиять на аэродинамику . Однако нет принятого формального определения. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Были идентифицированы три широких класса распределенной двигательной системы: ^{[ 3 ]}

Распределенный выхлоп, такой как струи.
Многочисленные дискретные движения (вентиляторы, пропеллеры или самолеты), которые могут работать индивидуально или путем удаленного движения от меньшего количества двигателей.
Вентиляторы перекрестного потока , которые являются типом ротора горизонтальной оси .

Аэродинамические функции

В дополнение к обеспечению движения, распределенные механизмы двигателя были изучены с целью обеспечения различных аэродинамических функций. К ним относятся: ^{[ 4 ]}

Прямое повторное сгоревание пограничного слоя
Управление разделением потока
Управление подъемом/циркуляцией
Сокращение вязкого сопротивления
Вихрел/вихревой контроль
Управление транспортным средством/направленность

Потенциальные преимущества

Было выявлено несколько областей, в которых распределенная движущая сила может предлагать преимущества по сравнению с обычными проектами. ^{[ 1 ]} К ним относятся эффективность использования топлива, снижение шума, крутое восхождение на короткое съемку и посадку (STOL), новые подходы управления (в частности, устраняют контрольные поверхности для моментов рулона, высоты и рыскания) и высоких коэффициентов шунтирования. Также было высказано предположение, что небольшие движители будут дешевле в производстве и легче обрабатывать во время сборки и технического обслуживания. ^{[ 2 ]}

Распределенные полномочия

Стратегия множественной движительной единицы включает в себя три или более модулей. Эти единицы расположены в конфигурациях лидера или последователя. Они классифицируются на пять классов интенсивности (A-E) и три категории соотношения тяги к весу (I-III). Они могут быть расположены внутри/выше/вокруг или через крыло (ы)/фюзеляж (ы) или планер. ^{[ Цитация необходима ]}

Лидерские договоренности используют движущие устройства для непосредственного генерирования тяги, то есть распределенных двигателей. Расположение последователя использует вторичную двигательную часть (ы), такие как несколько вентиляторов, которые оснащены одним двигателем. В последнем случае передача мощности между вентиляторами и двигателями может быть связана с помощью протока горячего газа, механических шестерни или линий электрических электропередач. ^{[ Цитация необходима ]}

Распределенное электрическое движение

Распределенное электрическое движение (DEP) включает в себя несколько небольших вентиляторов или пропеллеров, управляемых электродвигателями. Как правило, каждый отдельный двигатель прямо приводится в движение своим относительно небольшим и легким электродвигателем. Электрическая мощность может быть предоставлена любым подходящим источником. ^{[ 5 ]}

Преимущества распределенного движения для легкого, высокого соотношения с высоким соотношением сторон Солнечного питания иллюстрируются в проектах Aeroverment Halsol / Pathfinder / Helios , начатых в 1983 году, и в Университете Мичиганского Университета X-Hale , пролетавших примерно с 2012 года. ^{[ 6 ]} Распределение электродвигателей вдоль пролета могло контролировать, как планер сгибался при полете, что позволило структуре быть намного легче, чем обычный жесткий эквивалент. ^{[ 3 ]}

Аэроупругость

Когда вдоль крыла распределяются вдоль крыла, это позволяет сделать структуру крыла более легкой. Однако их вес и тяга могут взаимодействовать с естественной тенденцией крыла сгибаться при различных нагрузках ( аэроупругость ). Это может вызвать проблемы, например, это была основной причиной аварии с участием исследовательского самолета NASA Helios . Одним из исследованных решений является использование активных аэроупругочных элементов управления для исправления или даже использования сгибания крыла во время полета. ^{[ 7 ]}

История

Многомоторные инсталляции стали особенностью самолетов с момента введения Sikorsky Ilya Muromets незадолго до Первой мировой войны. Однако большинство не изменяют поток воздуха над крыльями и не всегда рассматриваются как распределенное движение.

В 1963 году был построен исследовательский самолет Hunting H.126, чтобы исследовать прямое использование струйного клапана для движения, в то время как летающая лодка US-2 Shinmaywa 2003 года использовала взорванные клапаны для улучшения коротких взлетов и посадки (STOL) и впоследствии вступила в производство. Полем ^{[ 3 ]}

Fanwing начал разработку вентилятора Crossflow в качестве комбинированной системы подъема и движения в 1997 году и в течение следующих нескольких лет пролетел несколько моделей и исследовательских дронов. Последующие исследования в США были сосредоточены на использовании вставки вентилятора Crossflow в верхний край крыла, в качестве основного фактора для управления пограничным слоем и движения струйного клапана. ^{[ 2 ]}

Совсем недавно несколько проектов беспилотных летательных аппаратов (БПК) изучили потенциал распределенного движения, чтобы обеспечить снижение шума, эффективность использования топлива и производительность короткого поля. По состоянию на 2022 год пилотируемый X-плоскость , X-57 Maxwell находится в разработке в НАСА, и несколько прототипов легкого самолета, лилиевого самолета , летали в Германии.

Список самолетов с распределенным движением

Aurora XV-24 Lightningstrike : распределенные электрические вентиляторы. Исследовательский беспилотник. Полетел в 2016 году.
Fanwing : поклонник кросс-потока. Серия исследовательских беспилотников.
Охота H.126 : Jet-Flap. Пилотируемый исследовательский самолет. Вылетел с 1963 года.
Lilium Jet : распределенные электрические вентиляторы. Серия пилотируемых прототипов.
НАСА X-57 MAXWELL (SCEPTOR): Распределенные электрические вентиляторы. Пилотируемый исследовательский самолет. Развитие остановилось.
Electra EL-2 Goldfinch : распределенные электрические вентиляторы. Пилотируемый демонстратор. Под разработкой.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Эпштейн, А.Х. (2007) «Распределенное движение: новые возможности для старой концепции» . Грань (Получено 16 июня 2022 года).
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ким, Хён Дэ. (2010) «Распределенные движительные машины» , 27 -й Международный конгресс аэронавитических наук, ICAS 2010, с. 1–11. (Получено 16 июня 2022 г.)
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Burston et al. «Принципы проектирования и цифровое управление передовыми распределенными двигателями» . В: Karakoç et al. (Ed). Специальный выпуск энергии по новым энергетическим технологиям и альтернативным видам топлива для авиации , том 241, 15 февраля 2022 года.
^ Gohardani, As (2013) «Синергетический взгляд на перспективы технологии распределенного движения и концепции электрических самолетов для будущих беспилотных воздушных транспортных средств и коммерческой/военной авиации». Прогресс в аэрокосмических науках , том 57. Февраль 2013 г. Страницы 25-70. ( Ссылка : заплатить)
^ Ким, Хён Д. (2020-06-22). Обзор распределенных концепций электрического двигателя для технологии воздушных автомобилей (PDF) (отчет). НАСА.
^ Джонс, Джессика X-Hale: летный тестирование очень гибкого беспилотника для нелинейных аэроупругого испытаний , Мичиганский университет. (Получено 17 июня 2022 г.)
^ Нхан Т. Нгуен, Нхан Т. др. ал. (2018) «Распределенные движительные самолеты с аэроупругим управлением формированием крыла для повышения аэродинамической эффективности» , НАСА. (Получено 26 июня 2022 г.)

[epstein-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Эпштейн, А.Х. (2007) «Распределенное движение: новые возможности для старой концепции» . Грань (Получено 16 июня 2022 года).

[kim2010-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ким, Хён Дэ. (2010) «Распределенные движительные машины» , 27 -й Международный конгресс аэронавитических наук, ICAS 2010, с. 1–11. (Получено 16 июня 2022 г.)

[burston-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Burston et al. «Принципы проектирования и цифровое управление передовыми распределенными двигателями» . В: Karakoç et al. (Ed). Специальный выпуск энергии по новым энергетическим технологиям и альтернативным видам топлива для авиации , том 241, 15 февраля 2022 года.

[4] Gohardani, As (2013) «Синергетический взгляд на перспективы технологии распределенного движения и концепции электрических самолетов для будущих беспилотных воздушных транспортных средств и коммерческой/военной авиации». Прогресс в аэрокосмических науках , том 57. Февраль 2013 г. Страницы 25-70. ( Ссылка : заплатить)

[5] Ким, Хён Д. (2020-06-22). Обзор распределенных концепций электрического двигателя для технологии воздушных автомобилей (PDF) (отчет). НАСА.

[6] Джонс, Джессика X-Hale: летный тестирование очень гибкого беспилотника для нелинейных аэроупругого испытаний , Мичиганский университет. (Получено 17 июня 2022 г.)

[7] Нхан Т. Нгуен, Нхан Т. др. ал. (2018) «Распределенные движительные самолеты с аэроупругим управлением формированием крыла для повышения аэродинамической эффективности» , НАСА. (Получено 26 июня 2022 г.)

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]