የVTOL የሽግግር ሙከራ፡ ቲልትሮተሮች እና ቴይልሲተሮች

አንድ ቋሚ-ክንፍ VTOL አውሮፕላን — ቲልትሮተር (tiltrotor) ወይም ቴይልሲተር (tailsitter) — በሁለት ሙሉ በሙሉ የተለያዩ የአየር ዳይናሚክ ሁኔታዎች ውስጥ መብረር አለበት፡ በሮተር የሚደገፍ ማንዣበብ (hover) እና በክንፍ የሚደገፍ በረራ (cruise)። ከእነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ የትኛውም ቢሆን ለመሞከር አስቸጋሪው ክፍል አይደለም። አስቸጋሪው ክፍል በመካከላቸው ያለው ምዕራፍ ነው፣ የሮተሩ የአየር ፍሰት ከቋሚ እስከ አግድም ባለው በማንኛውም ማዕዘን ክንፉን የሚያቋርጥበት እና አውሮፕላኑ ሄሊኮፕተርም ሆነ መደበኛ አውሮፕላን የማይሆንበት ጊዜ ነው። ይህ ምዕራፍ በኢንዱስትሪው ውስጥ ስም አለው — የልወጣ ኮሪደር (conversion corridor) — እና የራሱ የሆነ የሙከራ ፕሮግራም ይፈልጋል።

1. የልወጣ ኮሪደሩ የተገለጸ እና የተሞከረ የበረራ ክልል ነው

በታሪክ ውስጥ በጣም ግልጽ የሆነው ማሳያ የጋራ NASA/Army XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft ነው፣ ይህ አውሮፕላን በAmes 40 በ 80 ጫማ የንፋስ ቱናል ውስጥ "የአውሮፕላን አፈጻጸምን፣ መረጋጋትን፣ ቁጥጥርን እና መዋቅራዊ ጫናዎችን ከሄሊኮፕተር እስከ ሽግግር እና የአውሮፕላን ሞድ ባሉት የበረራ ሁነታዎች" ለመገምገም ተሞክሯል። ፕሮግራሙ በግልጽ የልወጣ ኮሪደርን ካርታ አውጥቷል — በናሴል (nacelle) ማዕዘን እና በአየር ፍጥነት የተገለጹት የአውሮፕላን አወቃቀሮች፣ በሄሊኮፕተር እና በአውሮፕላን ጽንፎች መካከል ሮተሮች እየሰሩ በደህንነት ለመብረር የሚያስችሉ ናቸው። የናሴል ማዕዘን ራሱ ከፊውዝላጅ አንጻር ይለካል፡ 0° የአውሮፕላን ሞድ ነው፣ 90° የሄሊኮፕተር ሞድ ነው፣ እና በመካከላቸው ያለው እያንዳንዱ ማዕዘን የተለየ የሽግግር አወቃቀር ነው።

ከዚህ ፕሮግራም የተገኙ አንዳንድ ከሽግግር ጋር የተያያዙ ግኝቶች፡

የሮተር አየር ፍሰት በቀጥታ ጅራቱ ላይ ጫና አሳድሯል። በልወጣ ክልሉ ዝቅተኛ ፍጥነት መጨረሻ ላይ፣ በግምት 60° የናሴል ማዕዘን አካባቢ፣ የጅራት መዋቅሩ ከፍተኛ የንቀጥቀጥ ጫናዎች አጋጥመውታል — አግድም ስፓር ማለቂያ የሌለው-የህይወት ዲዛይን ገደቡን እስኪያልፍ ድረስ ከፍተኛ ነበር። መንስኤው በtuft flow visualization ተለይቷል፡ በዚያ የተወሰነ የናሴል ማዕዘን ላይ በክንፉ ጫፍ ላይ የሚሽከረከር እና ወደ ውስጥ ወደ ጅራቱ የሚጠርግ ጠንካራ ቮርቴክስ። ምንም አይነት ነጠላ የአየር ዳይናሚክ ማስተካከያ (የክንፍ አጥሮች፣ የናሴል ስትሬኮች፣ የቮርቴክስ ማመንጫዎች) ከማንዣበብ እስከ አውሮፕላን ባለው ሙሉ ክልል ውስጥ ችግሩን አልፈታውም — ጫናዎቹ እንደ እውነተኛ የሽግግር-ተኮር ችግር መተዳደር ነበረባቸው እንጂ በአንድ-መፍትሄ የሚጠገኑ አልነበሩም።
የሮተር ጫፍ ቮርቴክሶች በተወሰነ የሽግግር የአየር ፍጥነት ጅራቱን አነቃቅተዋል። በሄሊኮፕተር ሞድ ውስጥ፣ በአግድም ጅራት ማያያዣዎች ላይ የሚፈጠሩ ተለዋዋጭ ጫናዎች ከአየር ፍጥነት ጋር እስከ 40 ኖት ገደማ ጨምረዋል፣ ከዚያም ከዛ በላይ በፍጥነት ወድቀዋል — በማንዣበብ ጊዜ ወደ ታች የሚለቀቁት የሮተር ጫፍ ቮርቴክሶች፣ ወደ ፊት በረራ ሲጀምር በተለይ በዚያ ፍጥነት አካባቢ ወደ ጅራቱ መንገድ ወደ ኋላ ይጠረጋሉ፣ ከዚያም በከፍተኛ ፍጥነት ጅራቱን ሙሉ በሙሉ ይለቃሉ።
የስኬል-ሞዴል ሙከራ ተመሳሳይ የኮሪደር ስራን ወደ ዘመናዊ አውሮፕላኖች ያሰፋዋል። የNASA እና የArmy Tilt Rotor Aeroacoustic Model (TRAM) ፕሮግራም — የBell/Boeing V-22 Osprey 1/4-ስኬል፣ ባለሁለት-ሮተር ሞዴል — የXV-15 ፕሮግራም ኮሪደሩን ለመጀመሪያ ጊዜ ከገለጸ ከአስርት ዓመታት በኋላ በNational Full-Scale Aerodynamics Complex ውስጥ ይህንን የሙሉ-ክልል ቲልትሮተር ሙከራ መስመር ቀጥሏል።
የደህንነት ክልሉ ራሱ የናሴል ማዕዘን ውጤት ነው። ለፕሮግራሙ የተሰራው የሲሙሌሽን ስራ እንዳረጋገጠው ከ85° የናሴል ማዕዘን በላይ (በሄሊኮፕተር/የሽግግር ሞድ ውስጥ ጠለቅ ብሎ) የሁለት-ሞተር ብልሽት አደገኛ የብሌድ መወዛወዝ እና ጫናዎችን ሊፈጥር የሚችል ብቸኛው የብልሽት ሁኔታ ነበር — ይህም በ5 ሰከንዶች ውስጥ የናሴል ማዕዘንን በመቀነስ ብቻ ሊስተካከል የሚችል ነው። ከ95° ወደ 0° ሙሉ ልወጣ በ11 ሰከንዶች ውስጥ ሊፈጸም ይችላል። ከ85° በታች፣ ምንም አይነት ልዩ የማገገሚያ እርምጃ አያስፈልግም ነበር። በሌላ አነጋገር የሽግግር ስርዓቱ ማንዣበብ እና በረራ የማይጋሯቸው የራሱ የደህንነት ድንበሮች አሉት።

2. ቴይልሲተሮች ተዛማጅ ግን የተለየ ችግር ይዘዋል

አንድ ቴይልሲተር ሙሉውን የአውሮፕላን አካል ከቋሚ ወደ አግድም በማዘንበል ይሸጋገራል፣ ይህ ማለት አውሮፕላኑ በክንፍ ከመደገፉ በፊት ክንፉ እና ፊውዝላጁ በጣም ከፍተኛ በሆኑ የጥቃት ማዕዘኖች (angles of attack) ውስጥ ያልፋሉ — መደበኛ ቋሚ-ክንፍ አውሮፕላን ከሚቆምበት (stall) በጣም አልፎ ማለት ነው። በቴይልሲተር አየር ዳይናሚክስ ላይ የታተሙ የንፋስ ቱናል ስራዎች በተለይ ይህንን ኢላማ አድርገዋል፡ ሙሉውን አውሮፕላን (ክንፍ፣ ፊውዝላጅ እና ማረጋጊያ በአንድ ላይ፣ የተነጠለ ኤርፎይል ብቻ ሳይሆን) የሽግግር እንቅስቃሴው በሚያልፍበት ሙሉ የጥቃት ማዕዘን ክልል ውስጥ መሞከር፣ ምክንያቱም በዚህ ስርዓት ውስጥ ያሉት የአየር ዳይናሚክ ኃይሎች ከንድፈ ሀሳብ ብቻ ለመተንበይ አስቸጋሪ ስለሆኑ እና የሽግግር መቆጣጠሪያውን ለመንደፍ የሚያገለግሉት የበረራ-ዳይናሚክስ ሞዴሎች በቀጥታ በዚያ የንፋስ ቱናል መረጃ ላይ ስለሚመሰረቱ ነው።

የፕሮፔለር-ክንፍ መስተጋብር ይህንን ያወሳስበዋል፡ በከፍተኛ የጥቃት ማዕዘን እና በዝቅተኛ የአየር ፍጥነት፣ ፕሮፔለሩ ከግፊት ዘንጉ ጋር ቀጥ ብሎ የሚፈጥረው ኃይል በጥቃት ማዕዘን፣ በአየር ፍጥነት፣ በፍላፕ መታጠፍ እና በግፊት ላይ በአንድ ጊዜ እና ቀጥተኛ ባልሆነ መንገድ የተመሰረተ ነው — ይህ የተለየ የፕሮፔለር-ብቻ እና የክንፍ-ብቻ ሙከራዎች ሊያሳዩት የሚችሉት ግንኙነት አይደለም።

3. የሽግግር ሙከራ ዘመቻ በእርግጥ ምን ይፈልጋል

እውነተኛ የልወጣ ቅኝት፣ ሁለቱን የመጨረሻ ነጥቦች ብቻ አይደለም። የማንዣበብ እና የበረራ መረጃዎች በመካከለኛ የናሴል ማዕዘኖች ወይም የፒች አቀማመጦች ላይ ምን እንደሚፈጠር አይተነብዩም — የXV-15 ፕሮግራም በጣም መጥፎ ጫናዎች የታዩት በ60° የናሴል ማዕዘን ላይ ነው፣ ከሁለቱም ጽንፎች አጠገብ አልነበረም።
በክንፍ-ናሴል ወይም በክንፍ-ፊውዝላጅ መጋጠሚያ ላይ የፍሰት እይታ። የXV-15 የጅራት-ጫና ችግር የታወቀው የውስጠኛውን ናሴል በtufting በማድረግ እና የተፈጠረው ቮርቴክስ በእርግጥ የት እንደሄደ በመከታተል ብቻ ነው — የኃይል መረጃ ብቻ ጫናዎቹን አላብራራም።
በጅራቱ እና በኋለኛው ፊውዝላጅ ላይ የመዋቅር ጫና ክትትል ፣ በክንፉ ላይ ብቻ አይደለም — ለቲልትሮተር፣ በተወሰኑ የሽግግር ማዕዘኖች ላይ ጅራቱን የሚያቋርጠው የሮተር የአየር ፍሰት በሰነድ የተረጋገጠ እና ግልጽ ያልሆነ የብልሽት ሁነታ ነው።
የቴይልሲተር የሽግግር እንቅስቃሴ የሚያልፍበትን ሙሉ የጥቃት ማዕዘን ክልል መሸፈን ፣ ከተለመደው መቆም በጣም ያለፈውን ጨምሮ፣ ምክንያቱም የሽግግር መቆጣጠሪያው ማለፍ ያለበት ትክክለኛው ስርዓት ይህ ስለሆነ ነው።
በእያንዳንዱ የሽግግር መረጃ ነጥብ ውስጥ የተካተተ ግፊት — በሽግግር ወቅት በፕሮፔለር የሚፈጠሩ ከዘንግ-ውጭ ኃይሎች የጥቃት ማዕዘን፣ የአየር ፍጥነት እና የግፊት ጥምር ውጤቶች ናቸው፣ ከአየር ዳይናሚክ ሙከራው ሊነጠሉ አይችሉም።

4. እኛ የምናያቸው አምስት ስህተቶች

ማንዣበብን እና በረራን ብቻ መሞከር እና በመካከላቸው ኢንተርፖሌት ማድረግ። የXV-15 መረጃ እንደሚያሳየው በጣም መጥፎዎቹ ጫናዎች በኮሪደሩ መሃል ላይ ሊታዩ ይችላሉ፣ በየትኛውም የመጨረሻ ነጥብ ላይ አይደለም — ኢንተርፖሌሽን ይህንን ሙሉ በሙሉ ያጣው ነበር።
የሎድ ሴሎች "ቁጥር ስለሚያሳዩ" የፍሰት እይታን መዝለል። የXV-15 ቡድን የጅራት ጫናዎችን መንስኤ — በተወሰነ የናሴል ማዕዘን ላይ ያለ የተወሰነ የክንፍ ጫፍ ቮርቴክስ — ያገኘው በtufting ብቻ ነው፤ የኃይል መረጃው ብቻ ችግር እንዳለ ነገራቸው እንጂ ለምን እንደሆነ አልነገራቸውም።
የቴይልሲተር ሽግግርን በተነጠለ ክንፍ ላይ "እንደ ትልቅ የጥቃት ማዕዘን ቅኝት ብቻ" አድርጎ መቁጠር። በእነዚህ ማዕዘኖች ላይ የፊውዝላጅ፣ የማረጋጊያ እና የፕሮፔለር መስተጋብር ሁሉም አስፈላጊ ናቸው — የተነጠለ-ክንፍ ፖላር የሽግግር መቆጣጠሪያው የሚፈልገውን የሙሉ-አውሮፕላን ባህሪ መልሶ አያመጣም።
አንድ ነጠላ ማስተካከያ (ስትሬኮች፣ አጥሮች፣ የቮርቴክስ ማመንጫዎች) በጠቅላላው ኮሪደር ላይ ጫናዎችን ያጸዳል ብሎ ማሰብ። በXV-15 ፕሮግራም ላይ፣ አግድም ጅራቱን የረዱ ማስተካከያዎች የቋሚ ፊን ጫናዎችን አባብሰዋል — የሽግግር-ኮሪደር ማስተካከያዎች በአንድ ሁኔታ ላይ ብቻ ሳይሆን በጠቅላላው ክልል ውስጥ መገምገም አለባቸው።
የብልሽት ክልሉን አለመሞከር፣ መደበኛውን ብቻ መሞከር። በXV-15 ላይ የተገኘው በናሴል-ማዕዘን ላይ የተመሰረተ የደህንነት ድንበር (85° ሊስተካከል ለሚችል የሁለት-ሞተር ብልሽት እንደ መነሻ) የመጣው በተለይ የሽግግር ስርዓቱን ከተወሰነ ትንታኔ ነው — በመደበኛ-ሁኔታ ሙከራ ብቻ አይታይም ነበር።

5. ይህ ለፕሮግራምዎ ምን ማለት ነው

የእርስዎን የሽግግር ዘዴ — ቲልትሮተር ወይም ቴይልሲተር — እና የታለመውን የልወጣ ኮሪደር ይንገሩን ፣ እና የማንዣበብ እና የበረራ የመጨረሻ ነጥቦቹን ብቻ ሳይሆን ሙሉውን የሽግግር ክልል የሚቃኝ የሙከራ ዘመቻ እናዘጋጃለን። ተዛማጅ ንባብ፡ የእኛ ማዕከላዊ ጽሑፍ በ

[Article not found: long-range-fixed-wing-uas-wind-tunnel-testing]

ላይ።

ምንጮች እና ማስታወሻዎች

የXV-15 Tilt Rotor Research Aircraft የንፋስ ቱናል ፕሮግራም (Ames 40- በ 80-ጫማ የንፋስ ቱናል፣ ከሄሊኮፕተር እስከ ሽግግር ወደ አውሮፕላን ሞድ እስከ 170 ኖት የቱናል አቅም የሚሸፍኑ የሙከራ ዓላማዎች፣ የልወጣ ኮሪደር ጽንሰ-ሀሳብ፣ የናሴል ማዕዘን ስምምነት 0° አውሮፕላን / 90° ሄሊኮፕተር፣ በ60° የናሴል ማዕዘን ላይ ከክንፍ ጫፍ ቮርቴክሶች የሚመጣ የጅራት ጫና በtuft እይታ የታወቀ፣ የሮተር-ጫፍ-ቮርቴክስ የጅራት ማነቃቂያ በሄሊኮፕተር ሞድ ውስጥ በ40 ኖት አካባቢ ከፍተኛ ደረጃ ላይ የደረሰ፣ የሁለት-ሞተር-ብልሽት የደህንነት መነሻ በ85° የናሴል ማዕዘን ከ5-ሰከንድ የማገገሚያ መስኮት ጋር፣ እና ሙሉ ከ95° ወደ 0° ልወጣ በ11 ሰከንዶች ውስጥ)፡ Weiberg, J.A., Maisel, M.D., "Wind-Tunnel Tests of the XV-15 Tilt Rotor Aircraft," NASA Technical Memorandum 81177 / AVRADCOM Technical Report TR-80-A-3, 1980 (NASA Technical Reports Server, document 19800015802).
የTilt Rotor Aeroacoustic Model (TRAM) ፕሮግራም ስኬል እና መሰረት (የBell/Boeing V-22 Osprey 1/4 ስኬል፣ የተነጠለ ሮተር በGerman-Dutch የንፋስ ቱናል ውስጥ የተሞከረ፣ ሙሉ-ስፋት ባለሁለት-ሮተር ሞዴል በNASA Ames በሚገኘው የNational Full-Scale Aerodynamics Complex 40- በ 80-ጫማ ክፍል ውስጥ የተሞከረ)፡ NASA Ames Research Center, "Tiltrotor Aeroacoustic Model".
የቴይልሲተር የሽግግር አየር ዳይናሚክስ (በሽግግር እንቅስቃሴው በሚጠረገው የጥቃት ማዕዘን ክልል ውስጥ የሙሉ-አውሮፕላን የንፋስ ቱናል ሙከራ፣ እና በፕሮፔለር የሚፈጠር ከዘንግ-ውጭ ኃይል ከጥቃት ማዕዘን፣ የአየር ፍጥነት፣ የፍላፕ መታጠፍ እና ግፊት ጋር ያለው ቀጥተኛ ያልሆነ ውህደት) ከታተሙ የቴይልሲተር የንፋስ ቱናል ምርምሮች ጋር በሰፊው ይጣጣማል፤ የTunnelTech የሙከራ አቀራረብ መግለጫ ለዚህ የአውሮፕላን ክፍል የራሳችንን የምህንድስና ልምድ ያንጸባርቃል።
የሙከራ-ዘዴ መመሪያ (ሙሉ የልወጣ ቅኝቶች፣ የመጋጠሚያ ፍሰት እይታ፣ የጅራት መዋቅራዊ ክትትል፣ የሙሉ-ክልል ማስተካከያ ግምገማ) ከላይ በተመዘገቡት የXV-15 ግኝቶች በቀጥታ የተደገፈ የTunnelTech የምህንድስና ልምድ ነው።

ቋሚ-ክንፍ VTOL የሽግግር ሙከራ፡ ቲልትሮተሮች እና ቴይልሲተሮች