Upimaji wa Mpito wa VTOL: Tiltrotors na Tailsitters

Ndege ya VTOL ya bawa-zisizohamishika — tiltrotor au tailsitter — inapaswa kuruka katika mifumo miwili tofauti kabisa ya aerodinamiki: kuelea kwa kutumia rota na kusafiri kwa kutumia bawa. Hakuna kati ya mifumo hiyo iliyo sehemu ngumu kupima. Sehemu ngumu ni hatua iliyo katikati yake, ambapo msukosuko wa rota unavuka bawa katika kila pembe kuanzia wima hadi ulalo na ndege inakuwa si helikopta wala ndege ya kawaida. Hatua hiyo ina jina katika tasnia — ukanda wa ubadilishaji — na inahitaji programu yake yenyewe ya upimaji.

1. Ukanda wa ubadilishaji ni bahasha ya urukaji iliyofafanuliwa na kupimwa

Mfano ulio wazi zaidi kwenye rekodi ni ndege ya utafiti ya pamoja ya NASA/Jeshi, XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft , iliyopimwa katika handaki la upepo la Ames la Futi 40 kwa 80 hasa kutathmini "utendaji wa ndege, uthabiti, udhibiti na mizigo ya kimuundo kwa njia za urukaji kuanzia helikopta kupitia mpito hadi njia ya ndege ya kawaida." Programu hiyo ilichora wazi ukanda wa ubadilishaji — miundo ya ndege, iliyofafanuliwa na pembe ya nacelle na kasi ya hewa, ambayo ni salama kuruka huku rota zikiwa zimewashwa kati ya ukomo wa helikopta na ndege ya kawaida. Pembe ya nacelle yenyewe hupimwa kulingana na kiwiliwili cha ndege: 0° ni njia ya ndege ya kawaida, 90° ni njia ya helikopta, na kila pembe iliyo katikati ni muundo tofauti wa mpito.

Baadhi ya matokeo mahususi ya mpito kutoka kwa programu hiyo:

Msukosuko wa rota uliweka mzigo moja kwa moja kwenye mkia. Katika mwisho wa kasi ndogo wa bahasha ya ubadilishaji, karibu pembe ya nacelle ya 60°, muundo wa mkia ulipata mizigo mikubwa ya mtikisiko — mikubwa kiasi kwamba mhimili wa ulalo ulizidi kikomo chake cha muundo wa maisha yasiyo na kikomo. Chanzo kilitambuliwa kwa uonyeshaji wa mtiririko kwa nyuzi: kimbunga chenye nguvu kilichozunguka ncha ya bawa na kufagia kwa ndani kuelekea kwenye mkia katika pembe hiyo mahususi ya nacelle. Hakuna suluhisho moja la aerodinamiki (wing fences, nacelle strakes, vortex generators) lililotatua tatizo hili katika masafa yote kuanzia kuelea hadi ndege ya kawaida — mizigo ilipaswa kudhibitiwa kama tatizo halisi mahususi la mpito, na si kutatuliwa kwa suluhisho moja la jumla.
Vimbunga vya ncha ya rota vilisisimua mkia katika kasi ya hewa mahususi ya mpito. Katika njia ya helikopta, mizigo ya mtetemo kwenye viungio vya mkia wa ulalo iliongezeka kulingana na kasi ya hewa hadi takriban noti 40, kisha ikashuka kwa kasi juu ya hapo — vimbunga vya ncha ya rota, vinavyomwagika chini wakati wa kuelea, hufagia nyuma kuelekea kwenye njia ya mkia hasa karibu na kasi hiyo wakati urukaji wa mbele unapoanza, kisha huondoka kabisa kwenye mkia katika kasi ya juu zaidi.
Upimaji wa modeli ya kipimo unapanua kazi hiyo hiyo ya ukanda kwa ndege za kisasa. Programu ya NASA na Jeshi ya Tilt Rotor Aeroacoustic Model (TRAM) — modeli ya kipimo cha 1/4, yenye rota mbili ya Bell/Boeing V-22 Osprey — imeendeleza mfululizo huu wa upimaji wa tiltrotor wa bahasha kamili katika National Full-Scale Aerodynamics Complex, miongo kadhaa baada ya programu ya XV-15 kufafanua ukanda huo kwa mara ya kwanza.
Bahasha ya usalama yenyewe inategemea pembe ya nacelle. Kazi ya uigaji iliyofanywa kwa ajili ya programu iligundua kuwa kufeli kwa injini mbili juu ya pembe ya nacelle ya 85° (ndani kabisa ya njia ya helikopta/mpito) ilikuwa hali moja ya kufeli ambayo ingeweza kusababisha kupigapiga kwa vile na mizigo hatari — inayoweza kurekebishwa tu kwa kupunguza pembe ya nacelle ndani ya sekunde 5. Ubadilishaji kamili kutoka 95° hadi 0° ungeweza kutekelezwa ndani ya sekunde 11. Chini ya 85°, hakuna hatua maalum ya uokoaji iliyohitajika kabisa. Kwa maneno mengine, mfumo wa mpito una mipaka yake ya usalama ambayo kuelea na kusafiri hazishiriki.

2. Tailsitters hubeba tatizo linalohusiana lakini tofauti

Tailsitter hufanya mpito kwa kuinua kiwiliwili kizima cha ndege kutoka wima hadi ulalo, ambayo inamaanisha bawa lake na kiwiliwili hupitia pembe za mashambulizi za juu sana — mbali zaidi ya pale ambapo ndege ya bawa-zisizohamishika ingekwama kwa kawaida — kabla ya ndege kubebwa na bawa. Kazi iliyochapishwa ya handaki la upepo kuhusu aerodinamiki ya tailsitter imelenga hili mahususi: kupima ndege kamili (bawa, kiwiliwili na kiimarishaji kwa pamoja, si tu umbo la bawa lililotengwa) katika masafa kamili ya pembe ya mashambulizi ambayo ujanja wa mpito hupitia, kwa sababu nguvu za aerodinamiki katika mfumo huu ni ngumu kutabiri kutokana na nadharia pekee na modeli za mienendo ya urukaji zinazotumika kubuni kidhibiti cha mpito zinategemea moja kwa moja data hiyo ya handaki la upepo.

Mwingiliano wa propela na bawa unachanganya hili: katika pembe ya mashambulizi ya juu na kasi ya hewa ya chini, nguvu ambayo propela husababisha kwa wima kwenye mhimili wake wa msukumo inategemea pembe ya mashambulizi, kasi ya hewa, mchepuko wa flap na msukumo kwa wakati mmoja na kwa njia isiyo ya mstari — si uhusiano ambao vipimo tofauti vya propela pekee na bawa pekee vitafichua.

3. Kile ambacho kampeni ya upimaji wa mpito inahitaji hasa

Ufagiaji wa kweli wa ubadilishaji, si tu ncha mbili za mwisho. Data ya kuelea na kusafiri haitabiri kile kinachotokea katika pembe za kati za nacelle au mitazamo ya mwinuko — mizigo mibaya zaidi ya programu ya XV-15 ilionekana katika pembe ya nacelle ya 60°, mbali kabisa na ukomo wowote.
Uonyeshaji wa mtiririko katika makutano ya bawa-nacelle au bawa-kiwiliwili. Tatizo la mzigo wa mkia la XV-15 lilitambuliwa tu kwa kuweka nyuzi kwenye nacelle ya ndani na kufuatilia ambapo kimbunga kilichotokea kilienda hasa — data ya nguvu pekee haikuelezea mizigo hiyo.
Ufuatiliaji wa mzigo wa kimuundo kwenye mkia na kiwiliwili cha nyuma , si tu bawa — kwa tiltrotor, msukosuko wa rota unaovuka mkia katika pembe mahususi za mpito ni hali ya kufeli iliyorekodiwa, na isiyo dhahiri.
Ufikiaji wa masafa kamili ya pembe ya mashambulizi ambayo ujanja wa mpito wa tailsitter hupitia , ikiwa ni pamoja na mbali zaidi ya kukwama kwa kawaida, kwa kuwa huo ndio mfumo hasa ambao kidhibiti cha mpito kinapaswa kuruka kupitia.
Usukumaji uliojumuishwa katika kila nukta ya data ya mpito — nguvu za nje ya mhimili zinazosababishwa na propela wakati wa mpito zinategemea pembe ya mashambulizi, kasi ya hewa na msukumo kwa pamoja, zisizoweza kutenganishwa na jaribio la aerodinamiki.

4. Makosa matano tunayoyaona

Kupima tu kuelea na kusafiri na kukadiria kati yake. Data ya XV-15 inaonyesha mizigo mibaya zaidi inaweza kuonekana katikati ya ukanda, si katika ncha yoyote ya mwisho — ukadiriaji ungekosa kabisa.
Kuruka uonyeshaji wa mtiririko kwa sababu seli za mzigo "zinaonyesha nambari." Timu ya XV-15 ilipata tu chanzo cha mizigo ya mkia — kimbunga mahususi cha ncha ya bawa katika pembe mahususi ya nacelle — kupitia uwekaji wa nyuzi; data ya nguvu pekee iliwaambia kulikuwa na tatizo, si kwa nini.
Kuchukulia mpito wa tailsitter kama "ufagiaji mkubwa tu wa pembe ya mashambulizi" kwenye bawa lililotengwa. Mwingiliano wa kiwiliwili, kiimarishaji na propela yote ni muhimu katika pembe hizi — bawa lililotengwa halitazalisha tabia kamili ya ndege ambayo kidhibiti cha mpito kinahitaji.
Kudhani suluhisho moja (strakes, fences, vortex generators) litasafisha mizigo katika ukanda wote. Kwenye programu ya XV-15, masuluhisho yaliyosaidia mkia wa ulalo yalifanya mizigo ya pezi la wima kuwa mbaya zaidi — masuluhisho ya ukanda wa mpito yanahitaji kutathminiwa katika bahasha nzima, si katika hali moja.
Kutopima bahasha ya kufeli, bali ile ya kawaida tu. Mpaka wa usalama unaotegemea pembe ya nacelle uliopatikana kwenye XV-15 (85° kama kizingiti cha kufeli kwa injini mbili kunakoweza kurekebishwa) ulitokana na uchambuzi maalum wa mfumo wa mpito hasa — haungeonekana katika upimaji wa hali ya kawaida pekee.

5. Hii inamaanisha nini kwa programu yako

Tuambie utaratibu wako wa mpito — tiltrotor au tailsitter — na ukanda wako lengwa wa ubadilishaji , na tutapanga kampeni ya upimaji inayofagia bahasha kamili ya mpito, si tu ncha zake za mwisho za kuelea na kusafiri. Usomaji unaohusiana: makala yetu kuu kuhusu

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

Vyanzo na maelezo

Programu ya handaki la upepo ya XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft (Ames 40- by 80-Foot Wind Tunnel, malengo ya upimaji yakijumuisha helikopta kupitia mpito hadi njia ya ndege ya kawaida hadi uwezo wa handaki wa noti 170, dhana ya ukanda wa ubadilishaji, utaratibu wa pembe ya nacelle wa 0° ndege ya kawaida / 90° helikopta, mzigo wa mkia kutoka kwa vimbunga vya ncha ya bawa katika pembe ya nacelle ya 60° uliotambuliwa kupitia uonyeshaji wa nyuzi, msisimko wa mkia wa kimbunga cha ncha ya rota ukifikia kilele karibu na noti 40 katika njia ya helikopta, kizingiti cha usalama cha kufeli kwa injini mbili katika pembe ya nacelle ya 85° na dirisha la uokoaji la sekunde 5, na ubadilishaji kamili wa 95° hadi 0° ndani ya sekunde 11): 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).
Kipimo na msingi wa programu ya Tilt Rotor Aeroacoustic Model (TRAM) (kipimo cha 1/4 cha Bell/Boeing V-22 Osprey, rota iliyotengwa iliyopimwa katika German-Dutch Wind Tunnel, modeli ya rota mbili ya upana kamili iliyopimwa katika sehemu ya futi 40 kwa 80 ya National Full-Scale Aerodynamics Complex huko NASA Ames): NASA Ames Research Center, "Tiltrotor Aeroacoustic Model".
Aerodinamiki ya mpito ya Tailsitter (upimaji wa handaki la upepo wa ndege kamili katika masafa ya pembe ya mashambulizi yaliyofagiwa na ujanja wa mpito, na muunganisho usio wa mstari wa nguvu ya nje ya mhimili inayosababishwa na propela na pembe ya mashambulizi, kasi ya hewa, mchepuko wa flap na msukumo) inawiana kwa upana na utafiti uliochapishwa wa handaki la upepo wa tailsitter; uainishaji wa TunnelTech wa mbinu ya upimaji unaonyesha mazoezi yetu wenyewe ya uhandisi kwa darasa hili la ndege.
Mwongozo wa mbinu ya upimaji (ufagiaji kamili wa ubadilishaji, uonyeshaji wa mtiririko wa makutano, ufuatiliaji wa kimuundo wa mkia, tathmini ya suluhisho la bahasha kamili) ni mazoezi ya uhandisi ya TunnelTech, yaliyofahamishwa moja kwa moja na matokeo yaliyorekodiwa ya XV-15 hapo juu.

Upimaji wa Mpito wa VTOL ya Bawa-Zisizohamishika: Tiltrotors na Tailsitters