عند تطوير موضوع
ornithopter ، أود أن أخبرك كيف يمكنك حل مثل هذه المشاكل الهندسية بدرجة عالية من عدم اليقين بشأن النتيجة.
وهكذا ، مخلتنا هو أكبر جهاز من هذا النوع على الكوكب. أقرب مركبة كاملة تزن 3 مرات أقل. كيف تمكن مهندسان شابان من إنشاء جهاز يعتبره الكثيرون مستحيلاً؟ هناك خوارزمية معينة لذلك ، وهي عبارة عن تجميع للهندسة الكلاسيكية و TRIZ والخبرة الشخصية.
1. بيان المشكلة.
سعى معظم المهندسين المشاركين في هذه المهمة إلى تكرار رحلة الطيور أو الحشرات ، أو اخترعوا بعض التصاميم التي لا تصدق تمامًا ، بعيدًا جدًا عن مبادئ الديناميكا الهوائية. من الواضح أن النهج الأول محكوم عليه بالفشل ، لأن إنشاء جناح متكيف مثل طائر أو حشرة هو مهمة هندسية صعبة للغاية لا يمكن حلها في هذه المرحلة من تطوير التكنولوجيا. النهج الثاني بدائي ، لأن معظم الطرق المقترحة لإنشاء قوى ديناميكية هوائية لا علاقة لها بقوانين البيئة.
في هذا الصدد ، قمنا بتبسيط المهمة وخفضناها إلى ما يلي: كيفية إنشاء القوى الديناميكية الهوائية اللازمة للرحلة بناءً على نظرية الديناميكية الهوائية الموجودة. إنها تبدأ من النظرية الكلاسيكية ، بعد دراستها بعمق ، يمكن للمرء أن يأتي بشيء جديد. استنادًا إلى قوانين الديناميكا الهوائية دون سرعة الصوت ، تمكنا من اشتقاق معادلة طيران الماهوجني ، التي تصف مجال السرعات والكتل المحتملة التي يمكن أن يوجد بها هذا الجهاز. هذا سمح لنا بالانتقال إلى المرحلة التالية - النمذجة.
Cx ، Su ، Cxf هي معاملات السحب ، قوة رفع مقاومة الاحتكاك ، على التوالي (بالنسبة للهامش Sx ، فهي سلبية ، لأن هذا هو الجر)
احتمالات و - هذا هو معامل الكمال الديناميكي الهوائي للجناح (يشمل الاستطالة ، MAR وشكل النهايات)
vo هي نسبة سرعة الطيران وسرعة Mach عند نطاق 0.75 من وحدة التحكم.
dalta_alfa و alfa_A هما زوايا الفرق والسعة للجناح (زوايا ديناميكية للهجوم)
2. نموذج المعلومات والطاقة.
للانتقال من النظرية العامة للطيران إلى تصميم جهاز معين ، كان علينا إنشاء نموذج رياضي لحركة جزء الجناح - مدى لا نهائي على طول مسار متناسق. يبدو الأمر معقدًا ، ولكن إذا قمت بتبسيطه ، فإن الفكرة هي محاولة محاكاة المعلمات التي يجب أن يمتلكها الجناح بالضبط من أجل إنشاء القوى المطلوبة للرحلة. وهنا استخدمنا نموذجين:
- نموذج الجناح المثالي (هذا هو نموذج الجناح ، حيث يتوافق كل قسم مع المعلمات المعطاة)
- نموذج لجناح صلب أو حقيقي.
أصبح هذان النموذجان الأساس لتحديد مجال التوليفات المحتملة من المعلمات ، وبالتالي تقليل درجة عدم اليقين في حل المشكلة مرات عديدة.
النموذج نفسه ، هذه ليست مجموعة من الصيغ المكتوبة على قطعة من الورق ، إنها خوارزمية رياضية ذات إمكانات واسعة تسمح لك بتقييم نطاق المعلمات المستخدمة ، لتصحيح الافتراضات الموجودة وفقًا للبيانات التجريبية التي تم الحصول عليها.
في الواقع ، هذا النموذج له البنية التالية:
- نموذج الطاقة هو نموذج لتفاعل الخصائص المرغوبة مع معلمات البيئة
- نموذج المعلومات - نموذج لعلاقة المعلمات مع بعضها البعض.
تم إنشاء هذه النماذج ليس فقط للديناميكا الهوائية ، ولكن أيضًا للديناميكيات والتصميم.
في الواقع ، هذا هو نوع من "آلة الزمن" ، والتي تسمح لك بالبقاء في وقت واحد في جميع مراحل المشروع. وبالتالي ، فإن المشكلة برمتها تتلخص في حقيقة أنه من خلال تحسين النموذج ، تبدأ في وضع تنبؤات حول سلوك نموذج أولي حقيقي.
كلما حصلت على بيانات تجريبية أكثر ، كان التنبؤ أكثر دقة وأفضل. سمح لنا هذا النموذج الديناميكي بإحضار نموذج الرحلة.
3. الخبرة والتحليلات.
أكبر لغز الماهوجني هو الديناميكا الهوائية. منذ كشفنا في أثناء التجربة اختلافات كبيرة بين النظرية الكلاسيكية ونتائج الاختبار.
من الصعب للغاية فهم الديناميكا الهوائية للماهوجني ووصفها. ببساطة - ليس من الواضح كيف يطير على الإطلاق.
وهنا الشيء:
إذا اعتبرنا جناحًا مثاليًا (جناح طائر ، كمعيار) ، فإنه في كل قسم يكون قادرًا على الحصول على خصائصه المثالية الخاصة به ، والتي تسمح لهم بإنفاق الطاقة بكفاءة عالية.
ولكن إذا أخذنا أجنحة قاسية ، كما هو الحال في نموذجنا ، فإن المتعة تبدأ. يقع معظم الجناح في منطقة كشك التدفق ، وهو غير مربح للغاية من وجهة نظر الطاقة (مقاومة عالية ورفع منخفض) ، ولكن إذا نظرنا إلى الخصائص الحقيقية للرحلة (القياسات المباشرة للدفع والرفع) ، فقد اتضح أن مؤشرات متوسط الوقت الرفع والجر مقبولان جدًا (الجودة الديناميكية الهوائية 10-12). لماذا؟
هنا يبدأ ديناميكا هوائية مختلفة تمامًا. ترى ، كل علم الطيران الحديث يقف على أساس أن المستوى الأيروديناميكي في تدفق متسق أو موحد بشكل موحد وقيم المعاملات الديناميكية الهوائية مستقرة للغاية. ولكن الآن إذا اتخذنا حركة متسارعة بشكل غير متساوٍ ، فعندئذ يبدأ الهواء في إظهار نفسه بطريقة مختلفة تمامًا ، يتجلى تأثير الكتل المرفقة. ما هذا التأثير؟ الكتل المرفقة هي كتل تقليدية مخصصة لجسم متحرك من أجل تعديل خصائصه الديناميكية عند التحرك في وسط لزج. ومع ذلك ، يبدو لي أن هذه الظاهرة يمكن اعتبارها بشكل مختلف ، حيث أن الهواء ، مثل الماء ، يمكن أن يُظهر خصائص زيادة مشروطة في اللزوجة أثناء الحركة المتسارعة. على سبيل المثال يتصرف الهواء مثل السائل غير النيوتوني ، إلا أنه لا يصبح "صلبًا" ، ولكنه يصبح أكثر مرونة.
يمكن أن تكشف لنا هذه الظاهرة عن اتجاه مختلف تمامًا للديناميكا الهوائية ، والذي يتم دراسته حاليًا بشكل سيئ (فقط في منطقة شفرة المروحية). قد تحتوي على أسرار زيادة الخصائص الديناميكية الهوائية للطائرة الحالية وإنشاء طرق جديدة بشكل أساسي للطيران ، مثل التلويح.
كان نهجًا علميًا بحتًا وإنشاء جهاز رياضي مناسب ، بالإضافة إلى ساعات عديدة من إزالة العيوب التصميمية التي سمحت لنا بتحقيق الرحلة.
في الواقع ، هذه الخوارزمية قابلة للتطبيق على أي مشكلة هندسية مرتبطة بإنشاء أشياء جديدة بشكل أساسي.