En développant le sujet de l'
ornithoptère, je voudrais vous dire comment vous pouvez résoudre de tels problèmes d'ingénierie avec un degré élevé d'incertitude du résultat.
Et donc, notre makholet est le plus grand appareil de ce type sur la planète. Le véhicule à part entière le plus proche pèse 3 fois moins. Comment deux jeunes ingénieurs ont-ils réussi à créer un appareil que beaucoup considèrent impossible? Il existe un certain algorithme pour cela, qui est une compilation d'ingénierie classique, de TRIZ et d'expérience personnelle.
1. Énoncé du problème.
La plupart des ingénieurs impliqués dans cette tâche, ont cherché à répéter le vol des oiseaux ou des insectes, ou ont inventé des conceptions complètement incroyables, très loin des principes de l'aérodynamique. La première approche est évidemment vouée à l'échec, car la création d'une aile adaptative comme un oiseau ou un insecte est une tâche d'ingénierie extrêmement difficile qui ne peut être résolue à ce stade du développement de la technologie. La deuxième approche est primitive, car la plupart des méthodes proposées pour créer des forces aérodynamiques n'ont rien à voir avec les lois de l'environnement.
À cet égard, nous avons simplifié la tâche et l'avons réduite à ce qui suit: comment créer les forces aérodynamiques nécessaires pour un vol sur la base de la théorie aérodynamique existante. C'est à partir de la théorie classique, après l'avoir étudiée en profondeur, on peut trouver quelque chose de nouveau. Sur la base des lois de l'aérodynamique subsonique, nous avons pu dériver l'équation de vol en acajou, qui décrit le domaine des vitesses et des masses possibles dans lesquelles un tel appareil peut exister. Cela nous a permis de passer à l'étape suivante - la modélisation.
Cx, Su, Cxf sont les coefficients de traînée, la force de levage de la résistance au frottement, respectivement (pour la frange Sx, elle est négative, car c'est la traction)
les cotes Et - c'est le coefficient de perfection aérodynamique de l'aile (il comprend l'allongement, MAR et la forme des terminaisons)
vo est le rapport entre la vitesse de vol et la vitesse de Mach à 0,75 portée de la console.
dalta_alfa et alfa_A sont les angles de différence et d'amplitude de l'aile (angles d'attaque dynamiques)
2. Modèle d'information et d'énergie.
Pour passer d'une théorie générale du vol à la conception d'un appareil spécifique, nous avons dû créer un modèle mathématique du mouvement d'un segment d'aile - une plage infinie le long d'un chemin harmonique. Cela semble compliqué, mais si vous le simplifiez, l'idée est d'essayer de simuler exactement les paramètres que l'aile devrait avoir afin de créer les forces requises pour le vol. Et ici, nous avons utilisé 2 modèles:
- modèle d'aile idéal (il s'agit d'un modèle d'aile, où chaque section correspond aux paramètres donnés)
- maquette d'une aile dure ou réelle.
Ces deux modèles sont devenus la base pour déterminer le domaine des combinaisons possibles de paramètres, réduisant ainsi le degré d'incertitude dans la résolution du problème à plusieurs reprises.
Le modèle lui-même, ce n'est pas un ensemble de formules écrites sur un morceau de papier, c'est un algorithme mathématique avec de larges capacités qui vous permet d'évaluer la gamme de paramètres utilisés, de corriger les hypothèses existantes en fonction des données expérimentales obtenues.
En fait, ce modèle a la structure suivante:
- le modèle énergétique est un modèle d'interaction des caractéristiques souhaitées avec les paramètres de l'environnement
- modèle d'information - un modèle de la relation des paramètres entre eux.
De tels modèles ont été créés non seulement pour l'aérodynamique, mais aussi pour la dynamique et le design.
En fait, c'est une sorte de "machine à remonter le temps", qui vous permet de rester simultanément à toutes les étapes du projet. Ainsi, tout le problème se résume au fait qu'en améliorant le modèle, vous commencez à faire des prédictions sur le comportement d'un vrai modèle prototype.
Plus vous obtenez de données expérimentales, plus la prévision est précise et meilleure. Un tel modèle dynamique nous a permis d'apporter le modèle de vol.
3. Expérience et analyse.
Le plus grand mystère de l'acajou est son aérodynamisme. Étant donné qu'au cours de l'expérience, nous avons révélé des écarts importants entre la théorie classique et les résultats des tests.
L'aérodynamique de l'acajou est extrêmement difficile à comprendre et à décrire. Autrement dit - on ne sait pas du tout comment il vole.
Et voici le truc:
Si nous considérons l'aile idéale (l'aile d'un oiseau, comme standard), alors dans chaque section, elle est capable d'avoir ses propres caractéristiques optimales, ce qui leur permet de dépenser l'énergie très efficacement.
Mais si nous prenons des ailes dures, comme sur notre modèle, le plaisir commence. La majeure partie de l'aile est située dans la zone de décrochage d'écoulement, ce qui est extrêmement peu rentable d'un point de vue énergétique (haute résistance et faible portance), mais si l'on regarde les caractéristiques réelles du vol (mesures directes de la poussée et de la portance), il s'avère que le temps moyen la portance et la traction sont très acceptables (qualité aérodynamique 10-12). Pourquoi
C'est là que commence une aérodynamique complètement différente. Vous voyez, toute la science aéronautique moderne part du principe que le plan aérodynamique est dans un écoulement uniformément accéléré ou uniforme et que les valeurs des coefficients aérodynamiques sont très stables. Mais maintenant, si nous prenons un mouvement inégalement accéléré, alors l'air commence à se manifester d'une manière complètement différente, l'effet des masses attachées se manifeste. Quel est cet effet? Les masses attachées sont des masses conventionnelles attribuées à un objet en mouvement afin d'ajuster ses propriétés dynamiques lors d'un déplacement dans un milieu visqueux. Cependant, il me semble que ce phénomène peut être considéré différemment, que l'air, comme l'eau, peut présenter les propriétés d'une augmentation conditionnelle de la viscosité lors d'un mouvement accéléré. C'est-à-dire l'air se comporte comme un fluide non newtonien, seulement il ne devient pas «solide», mais devient plus élastique.
Ce phénomène peut nous révéler une direction complètement différente de l’aérodynamique, qui est actuellement mal étudiée (uniquement dans le domaine de la pale de l’hélicoptère). Il peut contenir les secrets de l'augmentation des caractéristiques aérodynamiques des aéronefs existants et de la création de méthodes de vol fondamentalement nouvelles, comme l'ondulation.
C'était une approche strictement scientifique et la création d'un appareil mathématique approprié, ainsi que de nombreuses heures d'élimination des défauts de conception qui nous ont permis de réaliser le vol.
En fait, cet algorithme est applicable à absolument tout problème d'ingénierie associé à la création de choses fondamentalement nouvelles.