Al desarrollar el tema del
ornitóptero, me gustaría decirle cómo puede resolver tales problemas de ingeniería con un alto grado de incertidumbre sobre el resultado.
Y así, nuestro makholet es el dispositivo más grande de este tipo en el planeta. El vehículo completo más cercano pesa 3 veces menos. ¿Cómo lograron dos jóvenes ingenieros crear un aparato que muchos consideran imposible? Hay un cierto algoritmo para esto, que es una compilación de ingeniería clásica, TRIZ y experiencia personal.
1. Declaración del problema.
La mayoría de los ingenieros involucrados en esta tarea, intentaron repetir el vuelo de pájaros o insectos, o inventaron algunos diseños completamente increíbles, muy lejos de los principios de la aerodinámica. El primer enfoque obviamente está condenado al fracaso, ya que crear un ala adaptativa como un pájaro o un insecto es una tarea de ingeniería extremadamente difícil que no se puede resolver en esta etapa del desarrollo de la tecnología. El segundo enfoque es primitivo, ya que la mayoría de los métodos propuestos para crear fuerzas aerodinámicas no tienen nada que ver con las leyes del medio ambiente.
En este sentido, simplificamos la tarea y la redujimos a lo siguiente: cómo crear las fuerzas aerodinámicas necesarias para un vuelo basado en la teoría aerodinámica existente. Se parte de la teoría clásica, habiéndola estudiado profundamente, se puede llegar a algo nuevo. Con base en las leyes de la aerodinámica subsónica, pudimos derivar la ecuación de vuelo de caoba, que describe el campo de velocidades y masas posibles en las que puede existir dicho aparato. Esto nos permitió pasar a la siguiente etapa: el modelado.
Cx, Su, Cxf son los coeficientes de arrastre, la fuerza de elevación de la resistencia a la fricción, respectivamente (para la franja Sx, es negativa, ya que se trata de tracción)
probabilidades Y - este es el coeficiente de perfección aerodinámica del ala (incluye alargamiento, MAR y la forma de las terminaciones)
vo es la relación entre la velocidad de vuelo y la velocidad de Mach a 0,75 de la consola.
dalta_alfa y alfa_A son los ángulos de diferencia y amplitud del ala (ángulos dinámicos de ataque)
2. Información y modelo energético.
Para pasar de una teoría general del vuelo al diseño de un aparato específico, tuvimos que crear un modelo matemático del movimiento de un segmento de ala, un rango infinito a lo largo de un camino armónico. Suena complicado, pero si lo simplifica, la idea es tratar de simular exactamente qué parámetros debe tener el ala para crear las fuerzas necesarias para el vuelo. Y aquí usamos 2 modelos:
- modelo de ala ideal (este es un modelo de ala, donde cada sección corresponde a los parámetros dados)
- modelo de un ala dura o real.
Estos dos modelos se convirtieron en la base para determinar el campo de posibles combinaciones de parámetros, reduciendo así el grado de incertidumbre para resolver el problema muchas veces.
El modelo en sí, este no es un conjunto de fórmulas escritas en una hoja de papel, es un algoritmo matemático con amplias capacidades que le permite evaluar el rango de parámetros utilizados, para corregir los supuestos existentes de acuerdo con los datos experimentales obtenidos.
De hecho, este modelo tiene la siguiente estructura:
- El modelo energético es un modelo de interacción de las características deseadas con los parámetros del entorno.
- modelo de información: un modelo de la relación de parámetros entre sí.
Dichos modelos fueron creados no solo para la aerodinámica, sino también para la dinámica y el diseño.
De hecho, este es un tipo de "máquina del tiempo", que le permite permanecer simultáneamente en todas las etapas del proyecto. Por lo tanto, todo el problema se reduce al hecho de que, al mejorar el modelo, comienzas a hacer predicciones sobre el comportamiento de un modelo prototipo real.
Cuantos más datos experimentales obtenga, más precisa y mejor será la predicción. Tal modelo dinámico nos permitió traer el modelo de vuelo.
3. Experiencia y análisis.
El mayor misterio de la caoba es su aerodinámica. Dado que en el curso del experimento revelamos discrepancias significativas entre la teoría clásica y los resultados de la prueba.
La aerodinámica de la caoba es extremadamente difícil de entender y describir. En pocas palabras: no está claro cómo vuela en absoluto.
Y aquí está la cosa:
Si consideramos un ala ideal (el ala de un pájaro, como estándar), entonces en cada sección puede tener sus propias características óptimas, lo que les permite gastar energía de manera muy eficiente.
Pero si tomamos alas duras, como en nuestro modelo, entonces comienza la diversión. La mayor parte del ala se encuentra en la zona de pérdida de flujo, que es extremadamente poco rentable desde el punto de vista energético (alta resistencia y poca elevación), pero si observamos las características reales del vuelo (mediciones directas de empuje y elevación), resulta que el tiempo promedio La elevación y la tracción son muy aceptables (calidad aerodinámica 10-12). Por qué
Aquí es donde comienza una aerodinámica completamente diferente. Verá, toda la ciencia de la aviación moderna se basa en que el plano aerodinámico está en un flujo uniformemente acelerado o uniforme y los valores de los coeficientes aerodinámicos son muy estables. Pero ahora, si tomamos un movimiento acelerado de manera desigual, entonces el aire comienza a manifestarse de una manera completamente diferente, el efecto de las masas unidas se manifiesta. ¿Cuál es este efecto? Las masas adjuntas son masas convencionales asignadas a un objeto en movimiento para ajustar sus propiedades dinámicas cuando se mueve en un medio viscoso. Sin embargo, me parece que este fenómeno puede considerarse de manera diferente, que el aire, como el agua, puede exhibir las propiedades de un aumento condicional en la viscosidad durante el movimiento acelerado. Es decir El aire se comporta como un fluido no newtoniano, solo que no se vuelve "sólido", sino que se vuelve más elástico.
Este fenómeno puede revelarnos una dirección completamente diferente de la aerodinámica, que actualmente está poco estudiada (solo en el área de la pala del helicóptero). Puede contener los secretos para aumentar las características aerodinámicas de las aeronaves existentes y la creación de métodos de vuelo fundamentalmente nuevos, como las ondas.
Fue un enfoque estrictamente científico y la creación de un aparato matemático apropiado, así como muchas, muchas horas de eliminar defectos de diseño que nos permitieron realizar el vuelo.
De hecho, este algoritmo es aplicable a absolutamente cualquier problema de ingeniería asociado con la creación de cosas fundamentalmente nuevas.