Bei der Entwicklung des Themas
Ornithopter möchte ich Ihnen sagen, wie Sie solche technischen Probleme mit einem hohen Maß an Unsicherheit des Ergebnisses lösen können.
Und so ist unser Makholet das größte derartige Gerät auf dem Planeten. Das nächste vollwertige Fahrzeug wiegt dreimal weniger. Wie haben zwei junge Ingenieure einen Apparat geschaffen, den viele für unmöglich halten? Hierfür gibt es einen bestimmten Algorithmus, der eine Zusammenstellung von klassischem Engineering, TRIZ und persönlicher Erfahrung darstellt.
1. Erklärung des Problems.
Die meisten Ingenieure, die an dieser Aufgabe beteiligt waren, versuchten, den Flug von Vögeln oder Insekten zu wiederholen, oder erfanden einige völlig unglaubliche Konstruktionen, die weit von den Prinzipien der Aerodynamik entfernt waren. Der erste Ansatz ist offensichtlich zum Scheitern verurteilt, da die Schaffung eines adaptiven Flügels wie eines Vogels oder eines Insekts eine äußerst schwierige technische Aufgabe ist, die in dieser Phase der technologischen Entwicklung nicht gelöst werden kann. Der zweite Ansatz ist primitiv, da die meisten der vorgeschlagenen Methoden zur Erzeugung aerodynamischer Kräfte nichts mit den Gesetzen der Umwelt zu tun haben.
In diesem Zusammenhang haben wir die Aufgabe vereinfacht und auf Folgendes reduziert: Wie werden die für einen Flug erforderlichen aerodynamischen Kräfte auf der Grundlage der vorhandenen aerodynamischen Theorie erzeugt? Es geht von der klassischen Theorie aus, wenn man sie gründlich studiert hat, kann man sich etwas Neues einfallen lassen. Basierend auf den Gesetzen der Unterschallaerodynamik konnten wir die Mahagoni-Fluggleichung ableiten, die das Feld möglicher Geschwindigkeiten und Massen beschreibt, in denen ein solcher Apparat existieren kann. Dies ermöglichte es uns, mit der nächsten Stufe fortzufahren - der Modellierung.
Cx, Su, Cxf sind die Widerstandsbeiwerte bzw. die Hubkraft des Reibungswiderstands (für den Sx-Rand ist er negativ, da dies Traktion ist).
Gewinnchancen Und - dies ist der Koeffizient der aerodynamischen Perfektion des Flügels (einschließlich Dehnung, MAR und Form der Enden).
vo ist das Verhältnis von Fluggeschwindigkeit und Machgeschwindigkeit bei einer Spannweite von 0,75 der Konsole.
dalta_alfa und alfa_A sind die Differenz- und Amplitudenwinkel des Flügels (dynamische Anstellwinkel)
2. Informations- und Energiemodell.
Um von einer allgemeinen Flugtheorie zum Entwurf eines bestimmten Apparats zu gelangen, mussten wir ein mathematisches Modell der Bewegung eines Flügelsegments erstellen - einen unendlichen Bereich entlang eines harmonischen Pfades. Es klingt kompliziert, aber wenn Sie es vereinfachen, besteht die Idee darin, genau zu simulieren, welche Parameter der Flügel haben sollte, um die für den Flug erforderlichen Kräfte zu erzeugen. Und hier haben wir 2 Modelle verwendet:
- ideales Flügelmodell (dies ist ein Flügelmodell, bei dem jeder Abschnitt den angegebenen Parametern entspricht)
- Modell eines harten oder echten Flügels.
Diese beiden Modelle wurden zur Grundlage für die Bestimmung des Feldes möglicher Kombinationen von Parametern, wodurch der Grad der Unsicherheit bei der Lösung des Problems um ein Vielfaches verringert wurde.
Das Modell selbst ist kein Satz von Formeln, die auf ein Blatt Papier geschrieben sind. Es handelt sich um einen mathematischen Algorithmus mit umfangreichen Funktionen, mit dem Sie den Bereich der verwendeten Parameter bewerten und vorhandene Annahmen anhand der erhaltenen experimentellen Daten korrigieren können.
Tatsächlich hat dieses Modell die folgende Struktur:
- Das Energiemodell ist ein Modell für die Wechselwirkung der gewünschten Eigenschaften mit den Parametern der Umgebung
- Informationsmodell - ein Modell der Beziehung von Parametern zueinander.
Solche Modelle wurden nicht nur für die Aerodynamik, sondern auch für die Dynamik und das Design entwickelt.
Tatsächlich ist dies eine Art "Zeitmaschine", mit der Sie in allen Phasen des Projekts gleichzeitig bleiben können. Das ganze Problem läuft also darauf hinaus, dass Sie durch die Verbesserung des Modells Vorhersagen über das Verhalten eines echten Prototypmodells treffen.
Je mehr experimentelle Daten Sie erhalten, desto genauer und besser ist die Vorhersage. Ein solches dynamisches Modell ermöglichte es uns, das Flugmodell mitzubringen.
3. Erfahrung und Analyse.
Das größte Geheimnis des Mahagonis ist seine Aerodynamik. Da wir im Verlauf des Experiments signifikante Diskrepanzen zwischen der klassischen Theorie und den Testergebnissen festgestellt haben.
Die Aerodynamik des Mahagonis ist äußerst schwer zu verstehen und zu beschreiben. Einfach gesagt - es ist nicht klar, wie er überhaupt fliegt.
Und hier ist die Sache:
Wenn wir den idealen Flügel betrachten (Vogelflügel als Standard), kann er in jedem Abschnitt seine eigenen optimalen Eigenschaften aufweisen, wodurch er sehr effizient Energie verbrauchen kann.
Aber wenn wir wie bei unserem Modell harte Flügel nehmen, beginnt der Spaß. Der größte Teil des Flügels befindet sich in der Zone des Strömungsabrisses, die aus energetischer Sicht äußerst unrentabel ist (hoher Widerstand und geringer Auftrieb). Wenn wir jedoch die tatsächlichen Eigenschaften des Fluges betrachten (direkte Messungen von Schub und Auftrieb), stellt sich heraus, dass die durchschnittliche Zeit Auftrieb und Traktion sind sehr akzeptabel (aerodynamische Qualität 10-12). Warum so?
Hier beginnt eine völlig andere Aerodynamik. Sie sehen, alle modernen Luftfahrtwissenschaften gehen davon aus, dass sich die aerodynamische Ebene in einem gleichmäßig beschleunigten oder gleichmäßigen Fluss befindet und die Werte der aerodynamischen Koeffizienten sehr stabil sind. Wenn wir nun aber eine ungleichmäßig beschleunigte Bewegung ausführen, beginnt sich die Luft auf völlig andere Weise zu manifestieren, und die Wirkung der anhaftenden Massen manifestiert sich. Was ist dieser Effekt? Anhaftende Massen sind herkömmliche Massen, die einem sich bewegenden Objekt zugewiesen werden, um seine dynamischen Eigenschaften beim Bewegen in einem viskosen Medium anzupassen. Es scheint mir jedoch, dass dieses Phänomen anders betrachtet werden kann, dass Luft wie Wasser die Eigenschaften einer bedingten Erhöhung der Viskosität während einer beschleunigten Bewegung aufweisen kann. Das heißt, Luft verhält sich wie eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit, nur wird sie nicht „fest“, sondern elastischer.
Dieses Phänomen kann uns eine völlig andere Richtung der Aerodynamik aufzeigen, die derzeit nur unzureichend untersucht wird (nur im Bereich des Hubschrauberblatts). Es kann die Geheimnisse der Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften bestehender Flugzeuge und der Schaffung grundlegend neuer Flugmethoden wie dem Winken enthalten.
Es war ein streng wissenschaftlicher Ansatz und die Schaffung eines geeigneten mathematischen Apparats sowie viele, viele Stunden der Beseitigung von Konstruktionsfehlern, die es uns ermöglichten, den Flug zu realisieren.
Tatsächlich ist dieser Algorithmus auf absolut jedes technische Problem anwendbar, das mit der Schaffung grundlegend neuer Dinge verbunden ist.