Auftriebs- und Luftwiderstandsbeiwerte auf anderen Planeten

Die Physik sollte auf anderen Planeten nicht anders sein, daher gelten die gleichen Gesetze wie auf der Erde. Lediglich die Ergebnisse einer Optimierung können ungewohnt aussehen. Siehe hier für eine Antwort auf Aviation SE auf einem Mars-Solarflugzeug.

Die von Ihnen gefundene Auftriebsneigungsgleichung gilt nur für schlanke Körper wie Rümpfe und Kraftstofftanks, und sobald die Flügelspannweite zu einem beträchtlichen Bruchteil der Länge wird, werden kompliziertere Gleichungen benötigt, und auch Machzahleffekte müssen berücksichtigt werden. Siehe hier für eine ausführlichere Antwort .

Generell würde Fliegen wie auf der Erde bedeuten, dass das Verhältnis von Staudruck und Masse gleich ist. Dann würden Sie das gleiche Flugzeug wie auf der Erde verwenden (vorausgesetzt, die Atmosphäre des anderen Planeten enthält genug, aber nicht zu viel Sauerstoff, damit der Motor funktioniert).

Dynamischer Druck$q$ist das Produkt des Quadrats der Fluggeschwindigkeit$v$und Luftdichte$\rho$:

Der Auftrieb ist dynamischer Druck mal Flügelfläche$S$und Auftriebskoeffizient$c_L$und muss gleich dem Gewicht sein, also dem Produkt der Masse$m$und die lokale Erdbeschleunigung$g$:

Der Auftriebsbeiwert ist ein Maß dafür, wie viel Auftrieb durch eine gegebene Flügelfläche erzeugt werden kann und kann bei einem landenden Verkehrsflugzeug Werte bis zu 3 erreichen. Dann verwendet der Flügel alle Arten von Hochauftriebsvorrichtungen (Vorflügel, Schlitzklappen), und wenn diese weggelegt sind, liegt der Auftriebsbeiwert eines Verkehrsflugzeugs bei etwa 0,5. Für Beobachtungsflugzeuge ist eine geringere Geschwindigkeit erforderlich, und ein normaler Auftriebskoeffizient für sie wäre 1,2. Ich sehe keinen Grund, warum diese Zahl anders sein sollte, nur weil die Atmosphäre anders ist.

Die wichtigste Zahl wäre die Reynolds-Zahl $Re$. Es ist das Verhältnis von Trägheits- zu viskosen Kräften in einer Strömung und wird von den Abmessungen Ihres Flugzeugs beeinflusst (auf der Erde verwenden wir die Flügelsehne$l$) und die Dichte und dynamische Viskosität$\mu$der Atmosphäre eures Planeten.

Niedrigere Reynolds-Zahlen führen zu einem höheren Reibungswiderstand, der das maximal erreichbare Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand verringert. Segelflugzeuge fliegen mit Reynolds-Zahlen zwischen 1.000.000 und 3.000.000 und Verkehrsflugzeuge können leicht 50.000.000 erreichen. Wenn Sie für eine klebrigere Atmosphäre optimieren müssen, werden Ihre Flügel weniger schlank als auf der Erde, weil Sie die Flügelsehne vergrößern$l$behalten$Re$hoch.

Sobald Sie Geschwindigkeit brauchen, um das Gewicht zu heben, die Machzahl $Ma$könnte wichtig werden. Im Allgemeinen ist der Unterschallflug am effizientesten und hat eine natürliche Grenze bei$Ma^2 \cdot c_L = 0.4$. Dies ist mit der heutigen Technologie möglich. Die Schallgeschwindigkeit in einem Gas ist hauptsächlich eine Funktion der Temperatur – Mach 1 auf dem Mars beträgt 238 m/s.

Der erste Teil eines Flugzeugs, der an eine Machgrenze stößt, sind die Propellerspitzen. Vielleicht brauchen Sie mehrere langsam drehende, kleine Propeller als einen großen, hupenden Propeller, der den besten Wirkungsgrad bietet, solange seine Spitzen weit unter Mach 1 liegen.

Zuletzt müssen Sie die Anzahl der Atome pro Gasmolekül kennen. Die Luft wird von zweiatomigen Molekülen dominiert, aber vielleicht hat Ihr Planet eine Atmosphäre wie die der frühen Erde mit viel Kohlendioxid. Dies wirkt sich auf das Verhältnis der spezifischen Wärmen aus$\kappa$- das bedeutet, dass die Erwärmungs- und Abkühlungsrate bei Kompression und Expansion des Gases anders sein kann als auf der Erde. Dies wird ins Spiel kommen, wenn Sie sich Mach 1 nähern oder es überschreiten.

Diese Seite ist eine großartige Ressource.

Nach meinem eigenen Wissen können Flugzeuge mit einem breiten Gewichtsbereich (Schwerkraft), in einem weiten Höhenbereich (Dichte) und mit einem weiten Geschwindigkeitsbereich fliegen.

Eine Sache, der Sie sich bewusst sein sollten, ist die Sarg-Ecke , in der sich die Stallgeschwindigkeit (die Mindestgeschwindigkeit, bei der ein Flügel die darauf aufgebrachte Last tragen kann) der kritischen Machzahl nähert. (Die Schallgeschwindigkeit nimmt mit der Temperatur ab.) Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, ist der Übergang zum Überschallflug.

Die Oberfläche des Mars beträgt 0,095 PSI. Die höchste fliegende Drohne der Erde flog mit spezialisierten Propellern in 13000 Fuß Höhe. Der PSI von 13000 Fuß auf der Erde beträgt 2,39 PSI. Die Temperatur von 5,5 F. Die Temperatur wurde bei 13000 Fuß gefunden. Dies ist der Rechner, den ich verwendet habe.

https://www.mide.com/air-pressure-at-altitude-calculator

Der Rechner stoppt bei 20000 Metern. Oder 20 km hoch. Temperatur minus 50 Grad. Behalten Sie immer noch einen PSI von 0,25 bei. Dies liegt weit unter der Höhe, die der Mars der Erde entspricht. Das heißt, 20 km tief in der Erdatmosphäre hat die Luftdichte eine viel größere Luftdichte als die Atmosphäre auf der Marsoberfläche.

Der NASA-Rechner für Auftrieb, den ich sah, war nur eine lästige Gleichung. Dieser Rechner ist viel vollständiger. https://www.omnicalculator.com/physics/lift-coefficient

Es ist unwahrscheinlich, dass Ingenuity auf dem Mars heben kann. Ich habe noch nicht alle meine Berechnungen abgeschlossen. Selbst mit 0,89 Erdanziehungskraft. 4x2×2 ft Kohlefaserblätter. 1,4kg schwer. Mit 2500 U/min.