Прандтль-Д
Прандтль-Д
РольЭкспериментальный планер
Тип самолета
Национальное происхождениеСоединенные Штаты
Первый полет28 октября 2015 г.
Основной пользовательНАСА
Значок проекта

Предварительный исследовательский аэродинамический проект для снижения сопротивления , или Prandtl-D, представлял собой серию беспилотных экспериментальных планеров-самолетов, разработанных NASA под руководством аэродинамика Альбиона Боуэрса. [1] Аббревиатура является отсылкой к раннему немецкому инженеру-аэрокосмосу Людвигу Прандтлю , чья теория колоколообразного распределения подъемной силы оказала глубокое влияние на Боуэрса. [2]

Модели Prandtl-D1 и Prandtl-D3 хранятся в Национальном музее авиации и космонавтики и Калифорнийском научном центре соответственно. [3]

Происхождение

Проект Prandtl-D был призван минимизировать сопротивление и, таким образом, максимизировать аэродинамическую эффективность, оставаясь при этом стабильным и управляемым. Он был вдохновлен полетом птиц, которые поворачивают и накреняются без вертикальных хвостов, которые требуются для таких маневров на традиционных самолетах. [4] Он был предназначен для обеспечения будущих экспериментальных конструкций самолетов с низким сопротивлением, которые ранее имели проблемы с управляемостью. Программа была основана на теоретических исследованиях крыла Людвига Прандтля в начале 1930-х годов. Проекты Prandtl-D также основывались на концепциях планера немецких братьев Хортен Реймара и Вальтера и включают выводы пионеров аэродинамики НАСА Р. Т. Джонса и Ричарда Т. Уиткомба . [4]

Альбион Боуэрс, главный научный сотрудник NASA Armstrong и менеджер проекта Prandtl-D, объединил эти теории и возглавил проект с помощью студентов-стажеров. [4] Он считает, что с концепциями, проверенными в рамках Prandtl-D, «возможно, наступает время для новой парадигмы в авиации». [5]

Дизайн

Была выбрана конфигурация летающего крыла без хвоста , поскольку она предлагает наибольший потенциал для снижения сопротивления и получения высокой аэродинамической эффективности. Стреловидность крыла назад также дает возможность обеспечить устойчивость и управляемость, не влияя чрезмерно на эффективность.

Первые два самолета Prandtl-D имели размах крыльев 12,5 футов и были построены из обработанного пенопластового сердечника, обернутого в оболочку из углеродного волокна. [4] Prandtl-D No.3 имеет размах крыльев 25 футов, вес 28 фунтов, максимальную скорость полета 18 узлов и максимальную высоту 220 футов. [6] Самолет также имеет систему управления полетом Arduino, используемую во второй модели Prandtl-D, и построен из углеродного волокна, стекловолокна и пены. Ключевым отличием полномасштабной модели Prandtl-D является добавление Системы сбора данных (DAC), разработанной Университетом Миннесоты . [4]

В марте 2016 года Боуэрс опубликовал технический документ под названием «О крыльях минимального индуцированного сопротивления: последствия нагрузки на размах для самолетов и птиц», NASA/TP – 2016-219072. Подробно описывая аэродинамические свойства и математику, связанную с проектом, Боуэрс подробно обсуждает науку, лежащую в основе изменения распределения нагрузки на размах крыльев самолета, и данные, собранные в ходе экспериментов, которые продемонстрировали обоснованность ее критических принципов. [4] [6]

Разработка

Менеджер проекта Эл Бауэрс с PRANDTL-D № 2

Первая полноразмерная модель, которая полетела, была обозначена как «Prandtl-D No. 3» и была запущена в серию испытаний 28 октября 2015 года в Исследовательском центре полетов Армстронга в Эдвардсе, Калифорния . Самолет сосредоточен на испытании рыскания без вертикального стабилизатора. Менеджер проекта, Альбион Боуэрс, сказал, что самолет основан на полете птицы. [5]

Планер Prandtl-D № 3 впервые поднялся в воздух 28 октября 2015 года, имея в два раза больший размах крыльев, чем предыдущие версии [4] , однако в ходе разработки команде удалось снизить сопротивление конечного планера на 11%.

Первоначально каждый самолет управлялся по радио с помощью любительского контроллера и запускался с помощью системы троса-резинки . Позже летные испытания перешли от метода запуска с помощью троса-резинки к буксируемой системе запуска . [4]

Первые два аппарата программы продемонстрировали закручивание аэродинамического профиля, обеспечивающего колоколообразное распределение подъемной силы вместо эллиптического. Эта особенность дала повышение эффективности и снизила нагрузку на крылья.

Более поздняя версия транспортного средства с использованием системы запуска на резинке

Производные конструкции

Prandtl-D привел к программе Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars (Prandtl-M), разработанной для исследования Марса. Он был испытан в верхних слоях атмосферы Земли и предназначен для топографической съемки поверхности Марса.

Он также предоставил ценную платформу для радиозонда WHAATRR (Технология оповещения об опасных погодных условиях), который будет использоваться для атмосферных погодных испытаний на Земле. [7] [6]

Уцелевшие самолеты

В 2019 году два самолета, D1 и D3, были переданы в Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия, и Калифорнийский научный центр в Лос-Анджелесе соответственно для их демонстрации после успешного обзора программы. [8] Смитсоновский институт специально запросил самолет из-за его инновационной конструкции proverse-yaw. [9]

Варианты

Было построено четыре экземпляра и две производные конструкции; все они представляли собой безмоторные планеры.

  • Прандтль-D1
  • Прандтль-D2
  • Прандтль-D3
  • Прандтль-D3c
  • Prandtl-M: испытательный аппарат для полетов на Марс в атмосфере, созданный на базе серии Prandtl-D.
  • WHAATRR: Радиационный радиозонд с технологией оповещения и осведомленности об опасных погодных условиях, созданный на основе Prandtl-M.

Ссылки

  1. ^ Гиббс, Ивонн (2015-09-21). «Предварительное исследование аэродинамического дизайна для снижения сопротивления: обзор». NASA . Получено 2019-07-06 .
  2. ^ Боуэрс, Альбион; Мурильо, Оскар (март 2016 г.). «О крыльях с минимальным индуцированным сопротивлением: последствия размаха нагрузки для самолетов и птиц» (PDF) . NASA .
  3. ^ Коннер, Монро (2019-08-06). «Модели Прандтля-Д направляются в Смитсоновский институт и Калифорнийский научный центр». NASA . Получено 2019-11-10 .
  4. ^ abcdefgh "Самолет Прандтль-Д" (PDF) . НАСА.gov . НАСА. 2016 . Проверено 10 ноября 2019 г. . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  5. ^ ab Conner, Monroe (2016-03-21). "Subscale Glider Validating New Wing Design Method". NASA . Получено 2019-11-10 .
  6. ^ abc Гиббс, Ивонн (2017-05-11). "Самолёт Прандтль-Д". NASA . Получено 2019-07-06 .
  7. ^ Коннер, Монро (29.03.2017). «Возобновляется полет потенциального марсианского самолета». NASA . Получено 10.11.2019 .
  8. ^ О'Коннор, Кейт (2019-08-12). "NASA прощается с моделями Прандтля-Д". AVweb . Получено 2021-12-06 .
  9. ^ "Следующая миссия Prandtl-D: Смитсоновский институт, Калифорнийский научный центр". Aerotech News & Review . 2019-08-14 . Получено 2021-12-06 .
  • «О крыльях с минимальным индуктивным сопротивлением: последствия размаха нагрузки для самолетов и птиц», NASA/TP – 2016-219072.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Prandtl-D&oldid=1230269227"