Գերարագ FPV դրոնների փորձարկումներ աերոդինամիկ թունելում

300–400 km/h-ը հնչում է որպես արագությունների միջակայք, որն ունի մեծ պաշար, նախքան աերոդինամիկ տեսանկյունից որևէ հետաքրքիր բան կսկսվի՝ ձայնի արագությունից նկատելիորեն ցածր, վստահորեն այն տիրույթում, որը ցանկացած դասագիրք անվանում է «ցածր արագությամբ անսեղմելի հոսք»: Պլաների համար ընդհանուր առմամբ դա ճիշտ է: Բայց դրա առջևում պտտվող պտուտակի համար՝ ոչ:

Գերարագ FPV-ների փորձարկումները գոյություն ունեն, քանի որ փոքր ռոտորային ԱԹՍ-ների ամենաարագ աճող հատվածը՝ մրցարշավային դրոնները և, ավելի ու ավելի հաճախ, որսացող դրոնները, որոնք ստեղծված են այլ սարքեր հասնելու համար, աննկատ դուրս են եկել այն ենթադրությունների շրջանակներից, որոնց վրա մինչ օրս հիմնված է փոքր դրոնների մնացած մշակումը:

1. Թիակի ծայրը. ահա թե որտեղ է «մինչձայնայինը» դադարում պարզ լինել

Դրոնի առաջընթաց արագությունը և պտուտակի թիակի ծայրի արագությունը երկու տարբեր թվեր են, և երկրորդը միշտ ավելի մեծ է, հաճախ՝ մեծ տարբերությամբ: Մրցարշավային FPV պտուտակները սովորաբար պտտվում են 25 000–50 000+ պտ/ր արագությամբ, իսկ ամենաարագ հավաքվածքները գերազանցում են 60 000 պտ/ր-ը լրիվ քարշի դեպքում:

Հաշվարկենք տիպիկ 5 դյույմանոց մրցարշավային պտուտակի վրա (տրամագիծը՝ 127 mm, թիակի շառավիղը՝ 63,5 mm) 50 000 պտ/ր արագության դեպքում. թիակի ծայրի արագությունը միայն պտույտից կազմում է մոտ 330 m/s ՝ ծովի մակարդակում ձայնի արագության մի քանի տոկոսի սահմաններում: Գումարեք սարքի սեփական 300–400 km/h (83–111 m/s) արագությունը, որն ուղղակիորեն գումարվում է սկավառակի առաջընթաց կողմին, ինչպես հորիզոնական թռիչքի ցանկացած ռոտորի դեպքում, և տեղային հոսքը, որն իրականում տեսնում է թիակի առաջընթաց ծայրը, վատագույն դեպքում կարող է գերազանցել Մախի 1 թիվը, իսկ լավագույն դեպքում միևնույն է հայտնվում է խորը տրանսձայնային տիրույթում:

Սա կարևոր է, քանի որ պտուտակի ՕԳԳ-ն սահուն չի նվազում տրանսձայնային տիրույթով տեղային Մախի թվի աճին զուգահեռ. այն կտրուկ ընկնում է հայտնի աերոդինամիկ էֆեկտի պատճառով, որը ծանոթ է պտուտակի կամ ռոտորի ցանկացած կառուցվածքից. թիակի վրա հարվածային ալիքների առաջացում, դիմադրության կտրուկ աճ և աղմուկի թռիչքաձև աճ, և այս ամենը կենտրոնացած է թիակի վերջին սանտիմետրերի վրա, որոնք նախագծված են հոսքի շատ ավելի մեղմ ռեժիմի համար:

2. Դիմադրությունն այլևս չի մասշտաբավորվում այնպես, ինչպես սիրողական արագությունների դեպքում

Աերոդինամիկ դիմադրությունը հաղթահարելու հզորությունն աճում է արագության խորանարդով : Հանգիստ 100 km/h-ից 400 km/h-ի անցումը արագության 4 անգամ աճ է, իսկ միայն դիմադրությունը հաղթահարելու համար պահանջվող հզորության աճը (նախքան ուժային կայանքի կատարած մնացած բոլոր գործառույթները)՝ 64 անգամ : Կառուցվածքի բոլոր ենթադրությունները, որոնք աշխատում էին օպերատորական կամ առաքման դրոնների արագությունների դեպքում՝ շարժիչի չափը, մարտկոցի C-վարկանիշը, ջերմային պաշարը, կառուցվածքային ծանրաբեռնվածությունները, որոնք հաշվարկված են թռիչքի «նորմալ» արագության համար, կառուցված էին այս կորի բոլորովին այլ կետի համար:

Օպերատորական և բեռնատար հարթակները, որոնց վրա դեռևս ուղղված է FPV-ների մշակման մեծ մասը, թռչում են 0–100 km/h արագությամբ: Կորի այս ծայրում աերոդինամիկ դիմադրությունը երկրորդական խնդիր է՝ զիջելով զանգվածին և կախման ՕԳԳ-ին: 300–400 km/h արագության դեպքում այն դառնում է գլխավորը:

3. Ծանրաբեռնվածություններն աճում են արագության քառակուսիով՝ դրա համար չնախատեսված կառուցվածքի վրա

Արագության ճնշումը՝ մեծություն, որը որոշում է աերոդինամիկ ծանրաբեռնվածությունները շրջանակի, թևերի և շրջահոսիչի վրա, աճում է արագության քառակուսիով: Մրցարշավային պլաները, որը կառուցված է 3D տպագրված պլաստիկից և կարբոնից հանուն նվազագույն քաշի, այլ ոչ թե ծանրաբեռնվածության պաշարի, 400 km/h արագության դեպքում կրում է մոտ 16 անգամ ավելի մեծ աերոդինամիկ ծանրաբեռնվածություն , քան 100 km/h-ի դեպքում: Այս ծանրաբեռնվածությունն ընկնում է թևերի, շարժիչների ամրակների և շրջահոսիչի վրա, որոնք օպտիմիզացված են լինելու այնքան թեթև, որքան թույլ է տալիս շրջանակը, այլ ոչ թե դիմանալու այն արագությունից չորս անգամ բարձր ծանրաբեռնվածությանը, որի համար հարթակն ընդհանրապես փորձարկվել է նախագծման ժամանակ:

Նրանք, ովքեր արդեն յուրացնում են այս միջակայքը, արձագանքում են դրան՝ վերաբերվելով ամբողջ պլաներին որպես աերոդինամիկ խնդրի, այլ ոչ միայն ուժային կայանքին: Կվադրոկոպտերի արագության Գինեսի գործող համաշխարհային ռեկորդը՝ 657,59 km/h, որը սահմանվել է հատուկ կառուցված մեքենայի վրա՝ 6 դյույմանոց պտուտակներով, 900 kV հզորացված շարժիչներով և 3D տպիչով մեկ ամբողջական դետալով տպված իրանով, մշակվել է արտաքին ձևով, որն օպտիմիզացվել է աերոդինամիկ մոդելավորման մեջ հենց դիմադրությունը նվազեցնելու, այլ ոչ միայն արագընթաց տեսք ունենալու համար:

4. Ինչու է այս հատվածը գոյություն ունի կոմերցիոն տեսանկյունից, այլ ոչ միայն որպես ռեկորդային թռիչք

Ամենաակնհայտ իրական շարժիչ ուժը պաշտպանականն է. ուկրաինական FPV որսացող դրոնները, որոնք ստեղծված են հետախուզական դրոններին հասնելու և ոչնչացնելու համար, հրապարակայնորեն զեկուցել են մոտ 325 km/h արագությունների մասին: Տրամաբանությունն ուղիղ է. տիպային հետախուզական հարթակը, որը թռչում է մոտ 110 km/h կրեյսերային արագությամբ և ունի մոտ 150 km/h առավելագույն արագություն, պետք է բռնվի նախքան որսացողի մարտկոցի նստելը, և որսացողի արագության յուրաքանչյուր հավելյալ km/h ուղղակիորեն կրճատում է այդ հետապնդումը: Սա նեղ սիրողական զբաղմունք չէ. սա ակտիվ, արագ զարգացող կատեգորիա է, որի հետևում կան բնութագրերի նկատմամբ խիստ պահանջներ:

5. Ինչու օդափոխիչների մատրիցան ֆիզիկապես չի կարող փորձարկել այս հատվածը

Օդափոխիչների մատրիցայի կոմերցիոն առավելագույն սահմանը մոտ 58 m/s է, մոտավորապես 209 km/h , նույնիսկ տեղադրված սեղմման հատվածի դեպքում, որը կենտրոնացնում է հոսքը: Սա մի փոքր ավելին է, քան այն, ինչ անհրաժեշտ է որսացողին 300–400 km/h արագության դեպքում: Բանն այն չէ, որ մատրիցան ավելի էժան է կամ պակաս ունակ. մոտ 200 km/h-ից բարձր արագությունների դեպքում այն ընդհանրապես տարբերակ չէ: Փակ կոնտուրով աերոդինամիկ թունելը, որը հաշվարկված է դիմանալու բարձր արագության ճնշմանը փոքր, լավ կոնդիցիոնավորված աշխատանքային հատվածում, ստենդերի միակ դասն է, որը հասնում է արագությունների այս միջակայքին՝ պիտանի տվյալների համար բավարար հոսքի որակով:

6. Ինչ է իրականում անհրաժեշտ փորձարկումների արշավին այս արագության դեպքում

Կշեռքներ, որոնք հաշվարկված են ծանրաբեռնվածության, այլ ոչ միայն քաշի համար: Մրցարշավային պլաները թեթև է, բայց դրա վրա աերոդինամիկ ծանրաբեռնվածությունները 400 km/h արագության դեպքում՝ ոչ. կշեռքին և ամրակին անհրաժեշտ է արագության ճնշման պաշար, այլ ոչ միայն ստատիկ քաշի:
Պտուտակի բնութագրերի քարտեզ թռիչքի իրական արագության դեպքում, այլ ոչ թե էքստրապոլացված ստենդից: Առաջխաղացման գործակցի և թիակների ծայրերում սեղմելիության էֆեկտները դրսևորվում են միայն այն ժամանակ, երբ պտուտակն իրականում գտնվում է 300–400 km/h հոսքի մեջ, ինչը սեղանի վրա գտնվող քարշի ստենդը չի կարող վերարտադրել:
Կառուցվածքի և վիբրացիաների մոնիթորինգ՝ ուժային տվյալներին զուգահեռ: Նման արագության ճնշման դեպքում թևի և շրջահոսիչի ֆլատերը իրական, այլ ոչ թե տեսական խափանում է, և այն պետք է ներառել փորձարկումների պլանում սարքերի միջոցով, այլ ոչ թե հայտնաբերել դետալի կոտրվելու փաստով:
Ջերմաստիճանի և հոսանքի մոնիթորինգ տևական բարձր հզորության դեպքում: 100-ից 400 km/h-ի անցնելիս հզորության 64 անգամ աճի տույժը պետք է ինչ-որ տեղ գնա, և շարժիչի ու կարգավորիչի ջերմային սահմանները հաճախ դառնում են կայուն արագության գործնական առավելագույն սահմանը, այլ ոչ միայն աերոդինամիկան ինքնին:
Արագության բավականաչափ փոքր քայլ՝ սեղմելիության «անկյունը» որսալու համար , այլ ոչ թե հազվադեպ կետեր, որոնց միջով կարող է սպրդել հենց այն արագությունը, որտեղ պտուտակի ՕԳԳ-ն սկսում է կտրուկ ընկնել:

7. Ինչ է սա նշանակում ձեր ծրագրի համար

Նշեք մեզ նպատակային արագությունը և պտուտակի դասը , և մենք կնախագծենք հատվածը և սարքերի փաթեթն այս արագությունների միջակայքի համար, այլ ոչ թե հարմարեցված այն ստենդից, որը հաշվարկված է ավելի դանդաղ հարթակների համար: Հարակից նյութեր.

вентиляторная матрица против замкнутой трубы

стенды тяги винтомоторной группы

Աղբյուրներ և նշումներ

Մրցարշավային FPV պտուտակների պտույտների միջակայքերը (25 000–50 000 պտ/ր նորմալ ռեժիմում, 35 000–60 000+ պտ/ր առավելագույն քարշի դեպքում 5 դյույմանոց մրցարշավային պտուտակների համար). How Fast Do Drone Propellers Spin? RPM Ranges Explained, DroneNestle:
Թիակի ծայրի արագությունը 50 000 պտ/ր դեպքում 5 դյույմանոց (127 mm) պտուտակի համար, որը հաշվարկվել է որպես շառավիղ × անկյունային արագություն ընդդեմ ծովի մակարդակում ձայնի արագության (~340 m/s), TunnelTech-ի սեփական ցուցադրական հաշվարկն է՝ հիմնված պտույտների վերոնշյալ թվերի վրա, այլ ոչ թե մեջբերում հրապարակումից:
Աերոդինամիկ մոդելավորման ենթադրությունները (քարշը և դիմադրության մոմենտը համեմատական են պտույտների քառակուսուն), որոնք դադարում են աշխատել մրցարշավային արագությունների դեպքում, և հաշվի չառնված էֆեկտները (ռոտորի գծային դիմադրություն, դինամիկ ամբարձիչ ուժ, ռոտոր-ռոտոր և ռոտոր-իրան փոխազդեցություն, իրանի աերոդինամիկ դիմադրություն). Hanover, D., Loquercio, A., Bauersfeld, L., Romero, A., Penicka, R., Song, Y., Cioffi, G., Kaufmann, E., Scaramuzza, D., «Autonomous Drone Racing: A Survey», IEEE Transactions on Robotics, հատոր 40, 2024 (arXiv:2301.01755), որտեղ նշված է, որ մրցարշավային արագությունները և արագացումները «գերազանցում են 80 km/h-ը և 4g-ն»:
Կվադրոկոպտերի արագության Գինեսի գործող համաշխարհային ռեկորդը (657,59 km/h, Peregreen V4, Luke և Mike Bell), տեխնիկական մանրամասները (6 դյույմանոց պտուտակներ, 900 kV շարժիչներ, 3D տպիչով մեկ ամբողջական դետալով տպված իրան, աերոդինամիկ ձևի օպտիմիզացիա մոդելավորման մեջ). «Watch: World's fastest drone hits 408 mph to reclaim speed record», New Atlas:
Ուկրաինական FPV որսացող դրոնի արագության ռեկորդը (մոտ 325 km/h, Wild Hornets, հայտարարվել է 2024 թվականի սեպտեմբերին) և շահագործման հիմնավորումը հետախուզական դրոնների դեմ, որոնք թռչում են մոտ 110 km/h կրեյսերային արագությամբ և ունեն մոտ 150 km/h առավելագույն արագություն. Defence Express, «325 km/h: While Ukraine Breaks New Speed Record For Armed FPV Drone...»:
Օդափոխիչների մատրիցայի արագության կոմերցիոն առավելագույն սահմանը (~58 m/s / ~209 km/h սեղմման հատվածով) համաձայնեցված է մեր հրապարակված հոդվածի հետ, որը համեմատում է օդափոխիչների մատրիցաները և փակ կոնտուրով աերոդինամիկ թունելները:
Փորձարկումների մեթոդաբանության վերաբերյալ առաջարկությունները (կշեռքներ ծանրաբեռնվածության համար, կառուցվածքի և վիբրացիաների մոնիթորինգ, ջերմաստիճանային սարքեր, արագության քայլի ճշտություն) TunnelTech-ի ինժեներական պրակտիկան են:

Գերարագ FPV դրոնների փորձարկումներ. ի՞նչ է փոխվում 300–400 km/h արագության դեպքում