Օդափոխիչների մատրիցայով քամու գեներատորն ընդդեմ աերոդինամիկ թունելի՝ ԱԹՍ-ների փորձարկման համար

Անօդաչու թռչող սարքերի (ԱԹՍ) ծրագիրը հասնում է մի կետի, երբ ինչ-որ մեկը պահանջում է աերոդինամիկ փորձարկումների կայան, և միևնույն բյուջեի շրջանակներում առաջարկվում է երկու միանգամայն տարբեր սարքավորում՝ օդափոխիչների մատրիցայով քամու գեներատոր (առանձին կառավարվող օդափոխիչներից բաղկացած մոդուլային պատ) կամ ավանդական փակ կոնտուրով աերոդինամիկ թունել։

Դրանք միևնույն սարքավորման մրցակցող տարբերակներ չեն։ Դրանք պատասխանում են տարբեր հարցերի։ Օդափոխիչների մատրիցան պատասխանում է «արդյո՞ք թռչող սարքը կդիմանա» հարցին։ Թունելը պատասխանում է «որո՞նք են ցուցանիշները և ի՞նչ ճշգրտությամբ» հարցին։

Ստորև ներկայացված է անկեղծ համեմատություն, ներառյալ այն դեպքերը, երբ մենք հաճախորդին խորհուրդ կտայինք չգնել թունել։

1. Ինչպես է իրականում աշխատում օդափոխիչների մատրիցան

Օդափոխիչների մատրիցան կառուցվում է մոտավորապես 25 × 25 սմ մոդուլներից, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է «քամու պիքսելների» փոքր ցանց՝ սովորաբար հակառակ պտտվող օդափոխիչների զույգեր, որոնք կարող են կառավարվել առանձին-առանձին։ Մոդուլները հավաքվում են ըստ էության կամայական չափի պատի մեջ, և հիերարխիկ կարգավորիչը ղեկավարում է դրանք ըստ մոդուլի կամ ըստ պիքսելի։

Այս ճարտարապետությունն ապահովում է մի բան, որը դասական թունելը չի կարող առաջարկել. հոսքի դաշտը կարող է ձևավորվել տարածության և ժամանակի մեջ ։ Ելքի գրադիենտը, պտտվող հորձանուտը, ուղղության կտրուկ փոփոխությունը, ծրագրավորված շեղման շերտը՝ այս ամենը վերածվում է ծրագրային ապահովման հրահանգների։

Հրապարակված ցուցանիշները գաղափար են տալիս այս դասի մասին։ Յուրաքանչյուր քամու պիքսել՝ հակառակ պտտվող օդափոխիչների զույգ, նախատեսված է մինչև 16 m/s հոսք մղելու համար, իսկ մեկ մոդուլը տեղավորում է դրանցից ինը մոտավորապես 25 × 25 սմ մակերեսի վրա. պատի չափը և ընդհանուր հզորությունը մեծանում են՝ կախված ելքի համար անհրաժեշտ մոդուլների քանակից։ Կոմերցիոն քամու պատերի համար նշվում է մինչև 20 m/s, կամ մինչև մոտ 58 m/s՝ կոնֆուզոր (սեղմման հատված) տեղադրելու դեպքում։ Տուրբուլենտության ինտենսիվությունը կազմում է մոտ 5% և կարող է իջեցվել 1%-ից ցածր՝ լրացուցիչ հոսքի զտիչի օգնությամբ։

Այդ չորս ցուցանիշները՝ մակերեսը, արագությունը, հզորությունը և տուրբուլենտությունը, ամբողջ համեմատության մանրակերտն են։

2. Ինչում է օդափոխիչների մատրիցան իրապես ավելի լավը

Ազատ թռիչք։ Թռչող սարքը թռչում է իր սեփական ավտոպիլոտով, առանց հենարանի, պատի առջև։ Ոչ մի ամրակ, ոչ մի կշեռք, ոչ մի հենարանային միջամտություն. և դուք փորձարկում եք համակարգը, որտեղ էլ հենց առաջանում են քաղաքային պայմաններում խափանումների մեծ մասը։
Ծրագրավորվող խոտորումներ։ Որոշակի իրադարձության վերարտադրումը՝ շենքի հետևում առաջացող աերոդինամիկ ստվեր, ռոտորի վարընթաց հոսքի հատում, ուղղության հանկարծակի 40° փոփոխություն, և դրա նույնական կրկնությունը որոնվածքի (firmware) երկու տարբերակների համար հենց այն է, ինչի համար նախագծվել է մատրիցան։
Մասշտաբայնություն։ Ավելի մեծ հոսքի դա՞շտ է անհրաժեշտ։ Ավելացրեք մոդուլներ։ Թունելի փորձարկման հատվածը ֆիքսվում է բետոնով հենց առաջին օրը։
Հասանելիություն և սպասարկման արագություն։ Փորձարկումների միջև օգտակար բեռի, պրոպելերների կամ մարտկոցների բլոկների փոխարինումը տևում է րոպեներ, իսկ սարքը հասանելի է բոլոր կողմերից։
Համեստ շինարարական աշխատանքներ։ Սա սրահում տեղադրված սարքավորում է, այլ ոչ թե օդատարի շուրջ կառուցված շենք։

Կառավարման ալգորիթմների մշակման, ավտոպիլոտի կարգաբերման, պոռթկումներին արձագանքելու ցուցադրությունների և հաճախորդների համար նախատեսված փորձարկումների համար սա հաճախ ճիշտ գնում է։

3. Որտեղ են ավարտվում օդափոխիչների մատրիցայի հնարավորությունները

Սահմանափակումները ֆիզիկական են, ոչ թե կոմերցիոն, և ազնիվ մատակարարները նշում են դրանք։

Հոսքի որակ։ Մոտ 5% տուրբուլենտության ինտենսիվությունը լավ է կայունության փորձարկման համար և անօգուտ է մաքուր աերոդինամիկ դիմադրության բևեռային կորի համար։ Զտիչներն օգնում են, բայց արագության և հզորության հաշվին։ Սերտիֆիկացման մակարդակի աերոդինամիկ գործակիցներն այս միջավայրում չեն ստացվում։
Բաց շիթի վարքագիծ։ Հոսքը լքում է պատը և անմիջապես սկսում է ներքաշել սենյակի օդը՝ տարածվելով և մարելով։ Օգտագործելի, համասեռ միջուկը զգալիորեն փոքր է ելքի մակերեսից և հեռավորության հետ փոքրանում է։
Արագության առաստաղ՝ մեկ միավոր մակերեսի հաշվով։ Հզորությունը մեծանում է արագության խորանարդին համամասնորեն։ Մեծ ելքի վրա բարձր արագություն ստանալն այն կետն է, որտեղ մատրիցայի էլեկտրաէներգիայի ծախսը գերազանցում է թունելինը. բաց շիթն արագացնում է սենյակի անշարժ օդը իր աշխատանքի յուրաքանչյուր վայրկյանին։
Միջավայրի վերահսկողության բացակայություն։ Ջերմաստիճանը, խոնավությունը և օդի խտությունը կախված են սրահի պայմաններից։ Հուլիսին կրկնել այն չափումը, որն արել եք հունվարին, այնքան էլ հեշտ չէ։
Ուժերը ենթադրվում են, ոչ թե չափվում։ Առանց աերոդինամիկ կշեռքի, աերոդինամիկ գործակիցները ստացվում են ինքնաթիռային հեռաչափությունից և մոդելներից, այլ ոչ թե ուժի անմիջական չափումից։

Մի դեպք արագության առաստաղը դարձնում է կոնկրետ, այլ ոչ թե վերացական.

high-speed FPV interceptor and racing drones

այժմ թռչում են 300–400 km/h արագությամբ, մի սեգմենտ, որն այնքան արագ է աճում, որ մեզ ուղղակիորեն հարցնում են դրա մասին։ Շուկայում առկա ոչ մի օդափոխիչների մատրիցա չի հասնում այդ արագությանը. կոմերցիոն առաստաղը կազմում է մոտ 58 m/s (մոտավորապես 209 km/h) նույնիսկ կոնֆուզորի տեղադրման դեպքում, ինչը փոքր-ինչ ավելին է, քան որսիչին անհրաժեշտ արագության կեսը։ Այս արագության դասի համար փակ կոնտուրով թունելը պրեմիում տարբերակ չէ. այն միակն է, որը ֆիզիկապես աշխատում է։

4. Ինչն է այլ կերպ անում փակ կոնտուրով թունելը

Փակ կոնտուրը վերաշրջանառում է նույն օդը անկյունային ուղղորդիչ թիակների, մեղրաբջջային ուղղիչով և ուղղիչ ցանցերով հոսքի հանգստեցման խցիկի և սեղմման հատվածի միջով, որը և՛ արագացնում է հոսքը, և՛ նվազեցնում տուրբուլենտությունը։ Այս երկրաչափությունն ապահովում է երեք բան.

Հոսքի որակ՝ ի հաշիվ կառուցվածքի։ Ցածր տուրբուլենտության պայմաններ և արագության համասեռ պրոֆիլ հատվածի ողջ լայնքով. սա այն բազային պայմանն է, որն անհրաժեշտ է կրկնվող գործակիցների և ձեր կողմից միտումնավոր ներմուծված խոտորումների ուսումնասիրման համար։
Միջավայրի վերահսկողություն։ Քանի որ օդը մեկուսացված է, ջերմաստիճանը կարող է պահպանվել։ Հենց սա է ամառային և ձմեռային տվյալները դարձնում համեմատելի, և դա նախապայման է կլիմայական և սառցակալման մոդուլների համար։
Շահագործման ծախսեր։ Օդափոխիչը վերօգտագործում է կոնտուրում արդեն առկա կինետիկ էներգիան՝ անշարժ օդն արագացնելու փոխարեն։ Նույն չափի և արագության դեպքում դա խնայում է էլեկտրաէներգիայի ծախսի մոտ 60–70%-ը՝ բաց կոնտուրով համակարգի համեմատ. թվաբանությունը ներկայացված է

closed-circuit vs open-circuit wind tunnels

-ում։

Դրա գինը կոշտությունն է. հատվածի չափը որոշվում է նախագծման փուլում, մոդելը սովորաբար ամրացվում է հենարանի վրա, գործում են արգելափակման սահմանափակումներ, իսկ շենքը սարքավորման մի մասն է։

5. Առաջադրանքների և կայանների համապատասխանեցում

Ինչ է անհրաժեշտ անել	Օդափոխիչների մատրիցա	Փակ կոնտուրով թունել
Ավտոպիլոտի կարգաբերում քամու պոռթկումների նկատմամբ	Այո — ազատ թռիչք, ծրագրավորվող խոտորումներ	Հնարավոր է, բայց սահմանափակ
Հաճախորդին կայունության ցուցադրում	Այո — տեսանելի, արագ սպասարկում	Պակաս տպավորիչ
Շենքի հետևում առաջացող աերոդինամիկ ստվերի վերարտադրում	Այո — տարածական և ժամանակային վերահսկողություն	Միայն մոդելային մասշտաբի քաղաքային սիմուլյացիայի դեպքում
Աերոդինամիկ դիմադրության բևեռային կորի և ռոտորի արդյունավետության չափում	Ոչ	Այո — աերոդինամիկ կշեռք, ցածր տուրբուլենտություն
Սերտիֆիկացման մակարդակի գործակիցների ստացում	Ոչ	Այո
Սառցակալման, խորը սառեցման, բարձր ջերմաստիճանի և բարձրության փորձարկում	Ոչ	Այո , կլիմայական մոդուլով
Ակուստիկ չափումներ	Բարդ է — գերիշխում է մատրիցայի աղմուկը	Այո , անարձագանք կամ ակուստիկ մշակված հատվածում
Հետագայում ավելի մեծ պլաների մասշտաբավորում	Այո — ավելացրեք մոդուլներ	Միայն եթե նախագծվել է ի սկզբանե
Տարիներ շարունակ օրական 8 ժամ աշխատանք	Ծախսատար է բարձր արագության դեպքում	Այո — սա արդյունավետ տարբերակն է

6. Հիբրիդային լուծումը և դրա փուլային իրականացումը

Լուրջ ծրագրերի մեծ մասն ի վերջո ունենում է երկուսն էլ, և հաջորդականությունը սովորաբար ավելի կարևոր է, քան ընտրությունը։

Պրագմատիկ ուղի. սկսեք մատրիցայից , քանի դեռ կառավարման ալգորիթմները հասուն չեն, իսկ պլաները դեռ փոխվում է. դա այն ժամանակն է, երբ ձեզ անհրաժեշտ են բազմաթիվ արագ, էժան և ճկուն իտերացիաներ։ Ավելացրեք թունել , երբ հարցերը վերածվում են թվերի. արդյունավետություն, դիմացկունություն, ռոտորների փոխազդեցություն, աղմուկ, սերտիֆիկացման ապացույցներ, շահագործման պայմանների տիրույթ։

Սխալ է նախ թունել գնելը՝ այնպիսի չափով, որը հարմարեցված է մի պլաների, որը 18 ամիս անց գոյություն չի ունենա։

Գոյություն ունի նաև միջին ճանապարհ, որը մենք կանոնավոր կերպով կառուցում ենք. փակ կոնտուրով թունել՝ բաց շիթով փորձարկման հատվածով , որը վերականգնում է մատրիցայի հասանելիության և ազատ թռիչքի բնույթի մեծ մասը՝ միաժամանակ պահպանելով կոնտուրի հոսքի որակը և ջերմային վերահսկողությունը։ Այն արժե ավելին, քան քամու պատը, և պակաս, քան սխալ ընտրված կայանը։

7. Հինգ սխալ, որոնք մենք տեսնում ենք

Առավելագույն արագությունների համեմատում։ Պատից եկող 20 m/s-ը և թունելում 20 m/s-ը նույն 20 m/s-ը չեն։ Համեմատեք համասեռ միջուկը, տուրբուլենտության ինտենսիվությունը և ջերմաստիճանի կայունությունը։
Սրահի անտեսում։ Բաց շիթը փոխազդում է սենյակի հետ։ Փոքր սրահում ռեցիրկուլյացիան աննկատ աղավաղում է յուրաքանչյուր փորձարկում։
Արգելափակման անտեսում։ Թունելում չափազանց մեծ մոդելն անվավեր է դարձնում տվյալները շատ ավելի շուտ, քան տեսողականորեն նեղ կթվա։
Ենթադրություն, որ ակուստիկան անվճար է տրվում։ Օդափոխիչների մատրիցաներն ի սկզբանե աղմկոտ են. պրոպելերի աղմուկի հետ աշխատանքը պահանջում է ակուստիկ մշակված հատված։
Չափերի ընտրություն այսօրվա պլաների համար։ Երկու կայաններն էլ ավելի երկար են ծառայում, քան այն սարքը, որն արդարացրել է դրանց ստեղծումը։ Տեխնիկական պահանջները սահմանեք սարքերի ընտանիքի, այլ ոչ թե նախատիպի համար։

8. Որոշման կայացում ձեր սեփական փորձարկումների մատրիցայով

Անկեղծ ամփոփում. եթե ձեր բաց հարցերը վերաբերում են վարքագծին , գնեք մատրիցան։ Եթե դրանք վերաբերում են թվերին , գնեք թունելը։ Եթե դրանք վերաբերում են սերտիֆիկացմանը և արտադրանքի տնտեսագիտությանը, ի վերջո ձեզ անհրաժեշտ կլինեն երկուսն էլ. պլանավորեք հաջորդականությունը գիտակցաբար, այլ ոչ թե բացահայտեք այն ընթացքում։

Մենք նախագծում և կառուցում ենք պատվերով փակ կոնտուրով թունելներ, ներառյալ բաց շիթով հատվածներ՝ ազատ թռիչքի աշխատանքների համար, և մենք պարզ կասենք, երբ նախագծին այն դեռ պետք չէ։ Մեկնարկային կետը երկու դեպքում էլ նույնն է. ի՞նչ պետք է չափվի, ի՞նչ անորոշությամբ, ի՞նչ արագությամբ, ո՞ր պլաների վրա։ Հարակից ընթերցանություն.

eVTOL crosswind and gust testing

և մեր

comparison of wind tunnel types

Ուղարկեք մեզ ձեր փորձարկումների մատրիցան , և մենք կասենք ձեզ, թե դրա որ մասերի համար է անհրաժեշտ թունել, և որոնց համար՝ ոչ։

Աղբյուրներ և նշումներ

Օդափոխիչների մատրիցայի ճարտարապետություն (մոտ 25 × 25 սմ մոդուլներ, հակառակ պտտվող օդափոխիչների ինը քամու պիքսելներ, անհատական կառավարվող, հիերարխիկ կառավարում). How a WindShaper Works, Tyto Robotics:
Մեկ պիքսելի համար 16 m/s անվանական արագություն և մոդուլի ճարտարապետություն. Custom Wind Tunnel Datasheet, Tyto Robotics/WindShape:
Օդափոխիչների մատրիցայով քամու գեներատորների ակտիվ բջջային կառավարում և տուրբուլենտության բնութագրում, որպես տեխնոլոգիական դասի ընդհանուր տեղեկանք. Turbulence enhancement of a fan array wind generator, arXiv և Aerodynamic Characterization of a Fan Array Wind Generator, arXiv:
Նշված կոմերցիոն սահմանափակումներ՝ մինչև 20 m/s, մինչև մոտ 58 m/s կոնֆուզորով, տուրբուլենտության ինտենսիվությունը մոտ 5% և 1%-ից ցածր՝ հոսքի զտիչով. How WindShaper fan arrays enhance drone testing, Dantec Dynamics:
Իրական մասշտաբի մթնոլորտային քամու և տուրբուլենտության վերարտադրում օդափոխիչների մատրիցաներով՝ ԱԹՍ-ների և AAM-ի վավերացման համար. AIAA SciTech 2023-0812:
Փակ և բաց կոնտուրների միջև էներգիայի համեմատությունը (60–70%) TunnelTech-ի նախագծային տվյալներն են, որոնք համապատասխանում են կոնտուրի ընտրության վերաբերյալ մեր հրապարակած հոդվածին։
Կոնկրետ կոմերցիոն ապրանքների ցուցանիշները մեջբերված են դրանց մատակարարներից և պետք է վերստուգվեն ընթացիկ տեխնիկական անձնագրերով նախքան առաջարկում օգտագործելը։

Օդափոխիչների մատրիցայով քամու գեներատորներն ընդդեմ փակ կոնտուրով աերոդինամիկ թունելների. ԱԹՍ-ների փորձարկման կայանի ընտրություն