Könnte das Seitenleitwerk bei der NASA X-57 entfernt werden?

Ich habe diesen Artikel darüber gelesen , wie die NASA dieses neue X-57-X-Flugzeug entwickeln wird, bei dem viele winzige Elektromotoren am Flügel montiert sind.

X-57

Jetzt frage ich mich: Wie kommt es, dass dieses Flugzeug immer noch ein Seitenleitwerk hat? Ich dachte, dass einer der Punkte der vielen winzigen Elektromotoren darin besteht, dass Sie sich keine Sorgen über einen Motorausfall machen müssen (ein Motor fällt aus, Sie schalten den auf der gegenüberliegenden Seite aus; Sie haben noch 12 in Betrieb, keine große Sache). Sie müssen sich wahrscheinlich auch keine Sorgen um die seitliche Stabilität machen, da diese Motoren wahrscheinlich leicht Seitenschlupfschwingungen stabilisieren können (ein bisschen wie bei einem Quadrotor, wo Sie dank Beschleunigungsmessern und schnellem Steuerfeedback eine stabile Schwebeposition beibehalten können).

Übersehe ich etwas?? Wenn ja, gibt es keine Möglichkeit, den Stabilisator etwas zu verkleinern? Wie würdet ihr das berechnen?

BEARBEITEN: Mir ist das Problem des Stromausfalls bekannt, aber könnte es nicht einfach vermieden werden, indem man viele unabhängige Batteriepacks (anstelle eines zentralen großen) mit sich führt, damit man sicher sein kann, dass man statistisch gesehen nie die Kontrolle über alle seine Motoren verliert?

Nun, während eines vollständigen Stromausfalls (vollständiger Batterieausfall) wäre das Flugzeug ein Segelflugzeug, das von einem vertikalen Stabilisator profitieren könnte.
Es wurden nur sehr wenige flossenlose Flugzeuge gebaut, die Triebwerksschub (und möglicherweise Spoiler) verwenden, um das Gieren zu steuern. Sie waren auch alle Militärs, denke ich. Eine Heckflosse ist wirklich eine einfache und zuverlässige Möglichkeit, die meisten "normalen" Flugzeuge zu steuern, einschließlich dieses. Es wird auch ohne Motoren funktionieren, wie Steve H gerade sagte.
Ich stimme zu, die Flosse ist eine großartige Lösung; aber auch ein schweres und schleppendes ... Ich dachte nur, die NASA könnte in ihrem Design etwas ehrgeiziger sein :-)
Wenn Sie ambitioniert sein wollen, schauen Sie sich den B-2 Spirit an . Aber wenn die Steuerung ausfällt, muss man aussteigen – was passiert ist .
Viele Ersatzbatterien, redundante Elektronik und Steuersysteme sind also besser als nur ein Ruder?
Die Batterien müssen keine Ersatzteile sein, sondern nur isoliert (wie verschiedene Kraftstofftanks). Elektronik sollte aus Sicherheitsgründen ohnehin redundant sein. Die Tatsache, dass Sie das Ruder entfernen können, ist eine Folge einer klugen Wahl der Antriebsarchitektur ...
Tatsächlich möchten Sie bei einem Batterieausfall vielleicht zwei der Triebwerke in Ram Air Turbinen verwandeln. Mit Elektromotoren geht das recht einfach.

Antworten (2)

Differentialschub ist kein guter Weg, um das Gieren eines Flugzeugs zu steuern. Zum einen muss die Schubsteuerung extrem schnell sein, wenn es zwischen einer Steuereingabe und der Schubantwort auch nur eine Sekunde dauert, haben Sie keine ausreichende Kontrolle über das Flugzeug. Zum anderen sind Sie für die Stabilität vollständig darauf angewiesen, dass Motorleistung zur Verfügung steht. Wenn Sie Ihr elektrisches System verlieren oder Ihre Batterie leer ist, dann sind Sie es auch!

Ein weiterer Grund, warum Differentialschub keine gute Idee ist, besteht darin, dass bei voller Leistung der einzige Weg, Differentialschub zu erzeugen, darin besteht, die Leistung auf einer Seite zu reduzieren. Wenn ich im Steigflug bin und gieren muss, verliere ich die Steigleistung, was bedeutet, dass ich meinen Flugbahnwinkel reduzieren müsste, um die Fluggeschwindigkeit beizubehalten. Wenn ich nahe an der Strömungsabrissgeschwindigkeit bin, könnte eine plötzliche Reduzierung der Leistung dazu führen, dass ich genügend Fluggeschwindigkeit zum Abwürgen bekomme. Nicht gut. Die einzige Möglichkeit, dem wirklich entgegenzuwirken, besteht darin, die Motorleistung zu erhöhen und die maximale Leistung, die ein Pilot erreichen kann, zu begrenzen. Dies ist zusätzliches Gewicht und zusätzliche Kosten.

Schließlich hat die X-57 die Triebwerke ganz unten in den Flügeln, was bedeutet, dass sie, wenn die Triebwerke laufen, einen Luftstrom über den Flügel erzeugen. Differenzialschub bedeutet, dass die Triebwerke mehr Luft über einen Flügel als über den anderen drücken, der Flügel, der mehr Luftstrom erhält, erzeugt mehr Auftrieb, dies hat die folgenden unerwünschten Eigenschaften:

  • Eine Giereingabe muss mit dem umgekehrten Querruder koordiniert werden, um einen Horizontalflug aufrechtzuerhalten, eine starke Giereingabe würde eine stärkere Querruderänderung erfordern. Das bedeutet schlecht abgestimmte Steuerung und wäre wenig intuitiv
  • Bei hohen Anstellwinkeln, zum Beispiel nahe der Strömungsabrissgeschwindigkeit, könnte eine plötzliche Reduzierung des Schubs über einen Flügel ihn abwürgen, während der andere Flügel weiterfliegt, dies würde zu einer schnellen Rolle und einem möglichen Kontrollverlust führen. Kurz gesagt, es ist gefährlich.

Der Vergleich von Quadcopter-Technologien mit der Technologie des X-57 ist ein wenig irreführend:

  • Quadcopter-Motoren sind klein und die Blätter sind klein im Vergleich zu denen, die beim X-57 verwendet werden. Die in einem Flugzeug werden viel größer sein und aufgrund des längeren Hebelarms eine viel längere Reaktionszeit haben
  • Ein Quad hat ein höheres Schub-Gewichts-Verhältnis als der X-57, daher steht weniger Leistung für Differenzialschub zur Verfügung
Glauben Sie nicht, dass winzige Elektromotoren tatsächlich sehr reaktiv sein könnten (wahrscheinlich viel schneller als eine Sekunde)? Gyrometer geben Ihnen auch sofort die Gierrate ... (wie bei einem Quadrocopter)
Diese Motoren und Propeller sind um einiges größer als die eines durchschnittlichen Quad-Copters für Verbraucher, und selbst die eines großen Copters, der für Fernseh- / Filmaufnahmen verwendet wird, haben daher ein bisschen mehr Trägheit als diese winzigen Motoren. Auch wenn die elektrischen Impulse und Berechnungen Millisekunden dauern, kann die Änderung der tatsächlichen Drehzahl des Propellers/der Propeller einfach aus physikalischen Gründen eine Sekunde oder länger dauern. Wie wir alle wissen, gewinnt die Physik immer.
@HughKeller Denken Sie auch daran, dass die Gierreaktion von Quadrocoptern nicht durch den Schub der Rotoren gesteuert wird - sie wird durch Ändern des Drehimpulses der Rotoren gesteuert. Es ist, als hätte man ein Reaktionsrad . Sofortige Reaktion (nur begrenzt durch Motor- und Rotorbeschleunigung).

Ein weiterer sehr guter Grund, das Leitwerk überhaupt nicht zu verändern, ist, dass es sich um ein Forschungsflugzeug handelt – es handelt sich nicht um ein ideal optimiertes Flugzeug. Indem es ohne Änderungen auf dem Tecnam-Rumpf basiert, kann die NASA eine Basiszahl für die Widerstandsreduzierung erhalten, die durch diesen kleinen Flügel mit hohem Seitenverhältnis im Vergleich zum ursprünglichen, viel größeren Flügel des zweimotorigen Tecnam-Flugzeugs ermöglicht wird. Sie isolieren absichtlich diese einzelne Variable. In der Tat gibt ein von jemandem zu diesem Projekt verfasstes Papier eine geschätzte Verringerung des Luftwiderstands der Flugzeugzelle von 1,5-mal im Vergleich zum Mutterflugzeug an; Sie glauben, dass ein optimiertes Design den Luftwiderstand weiter reduzieren könnte.

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