Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Образование V из мигрирующих птиц

Постановочный полет - это согласованный полет нескольких объектов.

Введение [ править ]

Становление полетов в авиации зародилось во время Первой мировой войны, когда истребители были назначены для сопровождения самолетов-разведчиков. [1] Было обнаружено, что пары самолетов были более боеспособными, чем одиночные самолеты, и поэтому военные самолеты всегда летали группами по крайней мере из двух человек. [1]  К началу Второй мировой войны пилоты открыли для себя другие стратегические преимущества группового полета, такие как повышенная стабильность и оптимальная видимость. [2] Однако, согласно аэродинамической теории Визельсбергера в 1914 году, птицы получали выгоду от группового полета более века. [2] [3] Сегодня было проведено множество исследований, посвященных преимуществам летательных аппаратов. летят строем.[2]

Механизм уменьшения сопротивления [ править ]

Распространенное заблуждение - связывать уменьшение лобового сопротивления при организованном полете с уменьшением лобового сопротивления на чертеже . Однако механистически они совершенно разные.

Уменьшение лобового сопротивления при вытяжке происходит из-за уменьшения скорости потока в следе за ведущим транспортным средством, уменьшения количества ускорения потока, необходимого для движения вокруг тела, снижения давления перед ведомым транспортным средством. Это приводит к меньшему перепаду давления между передней и задней выступающими поверхностями корпуса и, следовательно, меньшему сопротивлению. Это также можно понять несколько тавтологически через обычное уравнение сопротивления для тела , где - экспериментально полученное безразмерное число,  - плотность текучей среды, через которую движется объект,  - площадь поперечного сечения, нормальная к среднему направлению потока, а также - скорость среднего потока. При осмотре можно увидеть, что уменьшение средней скорости приведет к уменьшению силы сопротивления, как в случае с вытяжкой. [ необходима цитата ]

В сопоставлении, уменьшение сопротивления, ощущаемое движущимися агентами в полете формации, может больше рассматриваться как «серфинг» движущихся агентов по вихрям, сбрасываемым крыльями ведущих агентов [4], уменьшая количество силы, необходимой для того, чтобы оставаться в воздухе. Эта сила известна как подъемная сила и действует перпендикулярно направлению потока набегающего потока и сопротивлению. Эти вихри известны как вихри на концах крыльев.и образуются текучей средой, протекающей вокруг законцовок крыла из области высокого давления, которая является нижней частью крыла, в область низкого давления, которая является верхней частью крыла. Поток отделяется от аэродинамического профиля и вращается вокруг следа низкого давления, образующего ядро ​​вихря. Этот вихрь действует, чтобы изменить направление потока для ведомого самолета, увеличивая подъемную силу над сегментом крыла и позволяя уменьшить индуцированное сопротивление за счет уменьшения его угла атаки. [5]

Это также можно показать с помощью уравнения сопротивления и аналогичной подъемной силы . Разница теперь в том, что  и  изменяется линейно с углом атаки , который представляет собой угол, образованный нейтральной осью самолета и набегающим потоком. Поскольку локальный поток входит под более высоким углом атаки из-за вихря, как подъемная сила, так и силы сопротивления вращаются таким образом, что вектор подъемной силы создает прямую тягу, а вектор силы сопротивления создает увеличение подъемной силы. При таком увеличении подъемной силы угол атаки может быть уменьшен для поддержания целевой подъемной силы, необходимой для поддержания высоты во время крейсерского полета, что вызывает уменьшение индуцированного сопротивления, поскольку лобовое сопротивление и подъемная сила зависят от коэффициентов и . [цитата необходима ]

Мигрирующие птицы [ править ]

Птицы обычно летают в V-образных формациях или J-образных формациях, где J-образные образования обычно известны как эшелоны. Первым исследованием, в котором была предпринята попытка количественно оценить энергосбережение большой стаи птиц, было исследование Lissaman & Schollenberger [6], которые предоставили первую, хотя и весьма ошибочную [2] оценку для стаи из 25 особей. Сообщается о наиболее впечатляющем увеличении дальности полета на 71% по сравнению с полетом одной птицы. Эти заявленные расширения обычно связаны с использованием приближения неподвижного крыла. Хаффнер (1977) экспериментировал с птицами, летающими в аэродинамических трубах, и рассчитал расширение диапазона более консервативного значения 22%. [7] [2]

Исследования были выполнены на фазе взмахов и обнаружили, что птицы, которые летают V-образными формациями, координируют свои взмахи, а птицы в эшелоне - нет. Уиллис и др. (2007) обнаружили, что оптимальная фазировка закрылков обеспечивает 20% экономии энергии, предполагая, что позиционирование важнее, чем точное кэширование встречного вихря. [8] [2]

Исследования птиц показали, что V- образная форма может значительно повысить общую аэродинамическую эффективность за счет уменьшения лобового сопротивления и, таким образом, увеличения дальности полета. [9]

Насекомые [ править ]

Стаи насекомых - это коллективное поведение животных, которое является областью активных исследований с целью применения дронов. Уникальной особенностью стай насекомых является их организованный полет без лидера. В исследовании PIV 10 мошек, проведенном Келли и Уэллетт (2013), границы стаи статистически согласованы, даже несмотря на то, что полет насекомых в стае практически асинхронен. Есть также некоторые предположения о кластеризации, подразумевающие, что может иметь место самоорганизующееся поведение. [10]

Военная авиация [ править ]

Морские луни в строю эшелона над облаками

В военной авиации групповой полет - это дисциплинированный полет двух или более самолетов под командованием командира полета. [11] Военные летчики используют соединения для взаимной защиты и сосредоточения огневой мощи. [12]

Полет беспилотного летательного аппарата [ править ]

Проблема обеспечения безопасного группового полета беспилотных летательных аппаратов широко исследовалась в 21 веке с помощью систем самолетов и космических аппаратов. Для летательных аппаратов преимущества выполнения группового полета включают экономию топлива [13], повышенную эффективность управления воздушным движением и совместное распределение задач. Для космических аппаратов точное управление полетом группировки может позволить будущие космические телескопы с большой апертурой, космические интерферометры с изменяемой базой , автономное сближение и стыковку, а также роботизированную сборку космических конструкций. [14] Одно из самых простых используемых построений - это когда автономный самолет поддерживает строй с ведущим самолетом, который сам может быть автономным. [15]

Гражданская авиация [ править ]

Мы летим! Команда из Fly Синтез техасцев на авиашоу

В гражданской авиации предлагается использовать полеты в формациях для уменьшения расхода топлива за счет уменьшения лобового сопротивления. [16] Формовочные полеты выполняются на авиашоу или для отдыха .

В начале 2000-х годов в программе автономных полетов НАСА использовалась пара F / A-18 . В 2013 году лаборатория ВВС Research «s Surfing самолетов Вихри для проекта Energy показали 10-15% в экономии топлива, установленных на двух Boeing C-17 Globemaster IIIs . В 2017 году НАСА зафиксировало снижение расхода топлива на 8-10% у двух самолетов Gulfstream III во время тестовых полетов по вейсерфингу. В 2018 году EcoDemonstrator , грузовой самолет Boeing 777F от FedEx Express , сократил расход топлива на 5-10%, а автопилот поддерживал дистанцию ​​4000 футов (1,2 км) на основе информации ADS-B и TCAS .[17]

Airbus считает, что за счет использования восходящего потока в спутном следе, подобного перелетным птицам ( биомимикрия ), самолет может сэкономить 5-10% топлива, пролетая на 1,5–2 мили (2,8–3,7 км) позади предыдущего. После испытаний А380, показавших 12% -ную экономию, в ноябре 2019 года он запустил свой проект «fello'fly» для тестовых полетов в 2020 году с двумя А350 перед трансатлантическими полетными испытаниями с авиакомпаниями в 2021 году. Сертификация для более короткого эшелонирования разрешена ADS-B в океане воздушное пространство, и единственной необходимой модификацией будут системы управления полетомпрограммное обеспечение. Комфорт не будет затронут, и испытания будут ограничены двумя самолетами, чтобы уменьшить сложность, но концепция может быть расширена, чтобы включить больше. Коммерческие операции могут начаться в 2025 году после корректировки расписания авиакомпаний и включения самолетов других производителей. [18]

См. Также [ править ]

  • Высший пилотаж
  • Палец-четыре
  • Flypast
  • Спутниковая формация в полете
  • Формирование Вик
  • Формирование Свет

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б «Энциклопедия» . ДЖАМА . 279 (17): 1409. 1998-05-06. DOI : 10,1001 / jama.279.17.1409-jbk0506-6-1 . ISSN  0098-7484 .
  2. ^ Б с д е е Bajec, Iztok Lebar; Хеппнер, Фрэнк Х. (октябрь 2009 г.). «Организованный полет птиц» . Поведение животных . 78 (4): 777–789. DOI : 10.1016 / j.anbehav.2009.07.007 . ISSN 0003-3472 . S2CID 53180059 .  
  3. ^ Béjeuhr (1914), "Bericht де Prüfungsausschusses цур Beurteilung фон Erfindungen" , Jahrbuch дер Wissenschaftlichen Gesellschaft für Flugtechnik , Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, стр. 190-192, DOI : 10.1007 / 978-3-642-52151-5_17 , ISBN 978-3-642-52141-6, получено 2021-03-16
  4. ^ Flanzer, Tristan C .; Бенявски, Стефан Р. (10 января 2014 г.). «Оперативный анализ для программы группового полета для получения аэродинамических преимуществ» . 52-е совещание по аэрокосмическим наукам . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. DOI : 10.2514 / 6.2014-1460 . ISBN 978-1-62410-256-1.
  5. ^ Рэй, Рональд; Кобли, Брент; Vachon, M .; Сент-Джон, Клинтон (25 июня 2002 г.). «Методы летных испытаний, используемые для оценки преимуществ во время группового полета» . Конференция и выставка AIAA по механике атмосферного полета . Рестон, Виригина: Американский институт аэронавтики и астронавтики. DOI : 10.2514 / 6.2002-4492 . ISBN 978-1-62410-107-6.
  6. ^ Лиссаман, PBS; Шолленбергер, Калифорния (1970-05-22). «Формирование полета птиц» . Наука . 168 (3934): 1003–1005. Bibcode : 1970Sci ... 168.1003L . DOI : 10.1126 / science.168.3934.1003 . ISSN 0036-8075 . PMID 5441020 . S2CID 21251564 .   
  7. ^ Хаффнер, Джон. Модель машущего крыла для полета формации птиц (диссертация). Университет Род-Айленда. DOI : 10,23860 / Тезис-Haffner-джон-1977 .
  8. ^ Уиллис, Дэвид; Перайр, Хайме; Брейер, Кеннет (15.06.2007). "Вычислительное исследование полета биоинспекционных образований и влияния земли" . 25-я конференция AIAA по прикладной аэродинамике . Рестон, Виригина: Американский институт аэронавтики и астронавтики. DOI : 10.2514 / 6.2007-4182 . ISBN 978-1-62410-006-2.
  9. ^ "Влияние положения и формы лидера на аэродинамические характеристики V Flight Formation"
  10. ^ Келли, Дуглас Х .; Уэллетт, Николас Т. (15 января 2013 г.). «Эмерджентная динамика стай лабораторных насекомых» . Научные отчеты . 3 (1): 1073. Bibcode : 2013NatSR ... 3E1073K . DOI : 10.1038 / srep01073 . ISSN 2045-2322 . PMC 3545223 . PMID 23323215 .   
  11. ^ Руководство по полету формирования ассоциации Т-34
  12. ^ Руководство пилота Фундаментальных летной подготовки, Royal Canadian Air Force TC-44, 1962 г.
  13. ^ Алькоуз, Бальзам; Бугеттайя, Атман (7–9 декабря 2020 г.). «Выбор на основе формации услуг Drone Swarm». 17-я Международная конференция EAI по мобильным и повсеместным системам: вычисления, сети и услуги . arXiv : 2011.06766 .
  14. ^ Гу, Ю; и другие. (2011). «Построение управления полетом» . Международный журнал аэрокосмической техники . 2011 : 1-2. DOI : 10.1155 / 2011/798981 .
  15. ^ "3 Эксперимент по управлению формированием БПЛА YF-22" . 2004 .
  16. ^ Кого Илан. «Воздушный транспорт будущего и окружающая среда» . Семинар по энергии леса . Стэнфордский университет . Проверено 13 марта 2011 года .
  17. ↑ Гай Норрис (10 декабря 2019 г.). «Испытания Boeing и FedEx 777F подтверждают выгоду от сжигания топлива после пробуждения» . Сеть Aviation Week .
  18. ^ Jens Flottau (18 ноября 2019). «Airbus стремится сэкономить до 10% топлива на совместных полетах самолетов» . Сеть Aviation Week .