In einer Geschichte, an der ich arbeite, brauchen die Charaktere eine Starrflügler-Drohne, die sich mit einem Zeppelin treffen kann, wobei ich mit "Rendezvous" meine, "bei geringer relativer Fluggeschwindigkeit auf sehr kurze Distanz zu kommen". Die Herausforderung besteht darin, dass das Luftschiff normalerweise durch starke Böen und abrupte Windscherungen fliegt – idealerweise orkanähnliche Bedingungen oder schlimmer. Die Charaktere haben die Zeit und die Ressourcen, um zu diesem Zweck eine benutzerdefinierte Drohne zu entwerfen und zu bauen, und obwohl mir klar ist, dass ich wahrscheinlich irgendwann die Leichtgläubigkeit dehnen muss, möchte ich, dass das Design der Drohne zumindest plausibel erscheint. Daher meine Frage: Wie würde eine speziell für solche Missionen gebaute Drohne aussehen?
Hier ist, was ich bisher gefunden habe (und was ich hoffe, ist korrekt):
Die Flächenbelastung ist der größte Einzelfaktor bei der Reaktion auf Böen. Wenn es nur um den Wind ginge, hätte die Drohne so viel Flächenbelastung wie möglich. Allerdings muss das Rendezvous auch bei niedriger (Luftschiff-relativer) Fluggeschwindigkeit stattfinden.
Eine lange Flügelspannweite ist eine Belastung bei Windscherung, erhöht die Wahrscheinlichkeit eines asymmetrischen Strömungsabrisses und erhöht das Rollmoment, selbst wenn kein Strömungsabriss vorliegt. Die Drohne sollte wahrscheinlich ihre Flügel fest an ihren Körper gesteckt haben.
Angesichts des Risikos für plötzliche Strömungsabrisse sollten die Flügel mit erheblicher Auswaschung konstruiert werden. Sie werden wahrscheinlich nicht gefegt (in beide Richtungen), sowohl weil die Reduzierung des Luftwiderstands keine treibende Überlegung ist, als auch weil gepfeilte Flügel dazu neigen würden, die Drohne in einem Stall mit der Nase nach oben zu drücken.
Anhedral-Flügel sind zwar weniger gut für die Stabilität, würden jedoch dazu führen, dass sich die Drohne in Seitenwind neigt, was angesichts der Rückkopplungsverzögerung, mit der der Drohnenpilot fertig werden muss, nützlich sein könnte, und ein Teil der Stabilität könnte durch eine hohe Platzierung der Flügel wiederhergestellt werden ein Pendeleffekt. Aber vielleicht ist die Stabilität hier der wichtigere Faktor.
Ein umgekehrtes Heck führt dazu, dass die Drohne bei Seitenwind sowohl rollt als auch giert. Ich bin mir nicht sicher, ob ein umgekehrtes T oder umgekehrtes V sinnvoller wäre.
Ich habe auch einige Flugzeuge gefunden, die absichtlich in Hurrikans geflogen sind: die Lockheed WC-130, die Lockheed WP-3D Orion, die Gulfstream IV, die Douglas DC-8, die ER-2 der NASA (ein Derivat der Lockheed U-2) und die AAI Aerosonde, die einzige Drohne auf meiner Liste. Zumindest das letzte unterstützt einige der Ideen, die ich oben habe.
Erstmal großes Lob für die gut recherchierte Frage! Sie haben sicherlich Ihre Hausaufgaben gemacht, bevor Sie hierher gekommen sind.
Wie Sie selbst festgestellt haben, ist Ihre Anforderung ziemlich widersprüchlich. Ich frage mich auch, welches Luftschiff in Hurrikans geflogen werden würde, aber das lasse ich für den Moment beiseite.
Um die Böenanfälligkeit zu reduzieren, wäre eine variable Konfiguration eine Option. Gerade wenn Sie jedoch bei böigen Bedingungen einen stabilen Flug wünschen, werden Sie auch langsam fliegen, sodass eine variable Flügelauslenkung oder ausgefeilte Flügelklappen nicht helfen. Die nächste Option, die niedrige Fluggeschwindigkeit und hohe Flächenbelastung kombiniert, wäre etwas direkter Auftrieb, wie in den VTOL-Designs der 1960er Jahre. Da der direkte Auftrieb für kurze Zeit und bei geringen Vortriebsanforderungen benötigt wird, würde ein Motor wie der Rolls-Royce Pegasus es ermöglichen, einen Auftrieb hinzuzufügen, der weniger von Böen beeinflusst wird als der Flügel.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Design ausreichend Zapfluft ansaugt, um das Reaktionssteuerungssystem und möglicherweise eine Kreiselplattform zur Steuerung dieses Systems zu speisen, und der Widerspruch kann gelöst werden.
Stalls sollten jetzt auch weniger Anlass zur Sorge geben. Ein Großteil des Auftriebs, der in einem Strömungsabriss verloren geht, hängt von der Wahl der Flügel ab, und wenn Sie einen mit guten Strömungsabrisseigenschaften verwenden, können Strömungsabrisse toleriert werden.
Anhedral ist jedoch eine schlechte Idee, besonders wenn Sie nicht gepfeilte Flügel verwenden. Nur wenn Sie einen hohen Flügel auf einem großen Rumpf haben, kann Anhedral gerechtfertigt werden. Beispiele sind der Harrier -Sprungjet und der F-104 Starfighter , bei denen das große T-Leitwerk einen anhedrischen Flügel erforderlich machte. Sie möchten eine moderate V -Form, um das Flugzeug in einem Seitenschlupf rollen zu lassen. Diese Rollbewegung wird den Auftriebsvektor seitwärts neigen und das Flugzeug aus dem Seitenschlupfzustand wegziehen.
Überlegen Sie bitte auch noch einmal, ob es wirklich so etwas wie einen Pendeleffekt gibt .
Bezüglich des Hecks: Das Beste ist so symmetrisch wie praktisch .
Betrachten Sie das „Freewing“-Konzept – jeder Flügel kann sich in Neigungsrichtung frei drehen – wie hier beschrieben https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19700014919.pdf – google "freewing böenlinderung" für vieles mehr - leider ist "freewing" mittlerweile auch der Name eines bekannten Herstellers von ferngesteuerten Modellflugzeugen, was die Suche erschwert.
Die flexible Natur der Flügelstruktur, die in Hängegleitern und "Trikes" (angetriebene Hängegleiter mit Rädern) verwendet wird, hat auch einige natürliche Lastabwurfeigenschaften. Neben den durch Flexibilität geschaffenen Eigenschaften können diese Flugzeuge in gewisser Weise auch als „Freewings“ bezeichnet werden, obwohl sich die linke und rechte Tragfläche bis auf wenige Ausnahmen nicht unabhängig voneinander bewegen.
(Ein bisschen spät jetzt – ist das Buch schon fertig?)
Vase1987
Eduard
Robert DiGiovanni