Soru:
Bir helikopter Mars'ta uçabilir mi?
Coomie
2016-07-13 10:50:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Helikopter uçakları dünyada çok eğlencelidir, peki ya ... birini Mars'a götürürsek? Bu, Randall Munroe için iyi bir soru gibi görünüyor. Ancak Mars 2020 ile Mars'a bir helikopter uçağı (MHS) gönderme önerisini okudum.

Mars Heli-drone

Mars atmosferi, Dünya'nın yüzde bir kısmının (ortalama % 0,6 ASL) bir kısmıdır. İnanılmaz hesaplamalarım, böyle bir insansız hava aracının dünyaya bağlı kuzenlerinden 200 kat daha güçlü olması gerektiğini söylüyor.

Bu gerçekçi bir teklif mi?

Bu sayıya nasıl ulaştınız? İki şey: Rotor boyutunu artırarak kaldırma kuvvetini artırabiliriz
200 kat daha fazla güce sahip olmanıza gerek yok. Kaldırma oluşturmak için çok daha hızlı dönmeniz ve daha büyük rotor kanatlarına sahip olmanız gerekir, ancak sürece daha fazla enerji eklemeniz gerekmez.
Bir hızlandırılmış kurs için [xkcd what-if: Interplanetary Cessna] 'yı (https://what-if.xkcd.com/30/) öneriyorum (kelime oyunu değil). Ayrıca bkz. NASA'nın [Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars veya Prandtl-m] (https://www.nasa.gov/centers/armstrong/features/mars_airplane.html) (evet, buna gerçekten denir).
Küçük bir drone benzeri helikopterin (yaklaşık 1 metre genişliğinde) Mars'ın ince atmosferinde havalanabileceğini ve uçabileceğini kanıtlayan testler yaptılar.
Rotor boyutunu artırmak yalnızca bir noktaya kadar işe yarar. Çapı yeterince artırın ve rotor uçlarınız süpersonik hale gelecek ve bu da kaldırmaya yardımcı olmaz.
@Hobbes:, kalınlığı ortaya doğru artırmayı veya kendi kendine parçalamayı asla önemsemez. Ancak, bıçak genişliğini nispeten zararsız bir şekilde artırabilirsiniz.
Daha büyük derken daha geniş bir şekli kastetmiştim, daha uzun @Hobbes değil. Uzunluk, istifleme için zaten bir sorundur.
@aCVn NASA'nın kısaltmalarını seviyorum :)
Beş yanıtlar:
Mark Adler
2016-07-13 20:36:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sorunuzu yanıtlamak için onu Mars yoğunluklu bir odada uçarken görmek gibisi yoktur:

Çılgın Mühendislik: Mars Helikopteri

Gerçekten odadaki kontrollü uçuşta güzel bir video, ancak bunu henüz internette bulamıyorum.

İki yıl sonra güncelleme:

Bu güzel video bağlantısı için teşekkürler SF.

SF.
2016-07-13 13:32:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Yerçekimi, Dünya'nın yaklaşık üçte biri ve rekabetçi aerobasyon helikopter modellerinin gerçekten aşırı bir güç fazlası var. Şuna bakın.

İnsanlı helikopter uçuşu olmayacak. Helikopter gücü boyuta göre zayıf bir şekilde ölçekleniyor - VTOL Jumbo Jetlerimizin olmamasının bir nedeni var. Ancak aynı ölçek büyütme sorunu, ölçek küçültürken arkadaşımızdır. 6 kg'lık bir helikopter 30 kg yük kaldırabilir, bu nedenle Dünya'da TWR = 6 eşdeğerine sahibiz.

Sürükleme ve kaldırma, hava hızıyla aynı (kuadratik olarak) orantılıdır, bu nedenle aynı kaldırma kaybı, helikopterin birincil sınırlayıcı kuvveti olan kanatlar üzerindeki hava sürüklenmesinin kaybına neden olur. Geriye kalan mekanik kayıplar (rulmanların sürtünmesi) ve yapının mekanik dayanıklılığıdır, ancak bunlar çok fazla fazlalıkla inşa edilebilir - ayrıca daha büyük rotor kanatları, aşırı RPM ihtiyacını karşılayacaktır.

Elbette başka şeyler de gerekir. dikkate alınmalıdır. Bu uçuşlar daha çok "atlama" gibi olacak - kısa bir uçuş segmenti ve ardından uzun bir şarj süresi olacak. Ve dronun küçük olması gerekecek - ve bu çok fazla bilimsel ekipman anlamına gelmez. Ne yazık ki, bu aynı zamanda, Dünya'ya ve hatta uydulara ulaşmak için iyi bir radyo ve anteni sığdırmak için yeterli yer olmayacağı için tam olarak otonom olmayacağı anlamına da geliyor. Ancak büyük bir gezici için kesinlikle bir "keşif aracı" işlevi görebilir, küçük numuneler alabilir, geçerken zemin yüzeyinin sertliğini test edebilir ve en iyi rotayı planlayabilir.

Sorulan soru olan cevabınızda 100 atmosferik yoğunluk farkını ele almanız gerekiyor. Aynı asansörü elde etmek için, kanat profillerinin 10 kat daha hızlı hareket etmesine ihtiyacınız var.
@Mark:, azaltılmış hava sürtünmesi nedeniyle - hava direncinin neden olduğu aynı tork. Hız ve basınçtan bağımsız olarak, tork-kaldırma oranı aynı kalır. (eksi güç fazlalığıyla giderilen diğer dirençler ve ayrıca düşük yerçekimi sayesinde azaltılmış kaldırma gereksinimleri.) Hava direnci yükselmez; diğer sürtünmeler ~ 60 (x200 yoğunluk / 3 yerçekimi) faktörü ile artar, ancak bunların orijinal kayıpların% 10'undan daha azını oluşturduğuna inanıyorum, bu nedenle 6x güç fazlası bunların üstesinden gelmek için yeterli.
Hayır, Mach 0.6'dan başlayarak Mach 1'e yaklaştıkça boyutsuz sürükleme katsayısının önemli ölçüde arttığı hava sürüklemesi yükselir. Yani iddia ettiğiniz kadar düşük yoğunluğa ölçeklenmiyor.
@MarkAdler: Bu amaca yönelik tasarlanmış bıçaklarla ne kadar artış bekleyebiliriz?
Bu, büyük ölçüde kanadın detaylarına ve üzerinde sahip olduğunuz diğer kısıtlamalara bağlıdır. 3 faktör olabilir, 10 faktör olabilir. Örnek için bkz. Https://mhmaberry.files.wordpress.com/2014/04/2.jpg. Sürüklemedeki bu ani artış, neden bir "ses engeli" olduğudur, çünkü sürükleme tekrar Mach 1'in üzerine düşer. Durumun genel resmi için buna bakın: http://history.nasa.gov/SP-367/f86 .htm
@MarkAdler: Eh, şu anda a) sadece eğimin kenarını itelemek için hızı yaklaşık 2-2.5x artırabilirler - model helikopter kanatları yaklaşık 90 m / s gider, b) çok kanatlı tasarımlarla devam edin (quadcopter vb) c) ince, çok düşük sürtünme çubukları üzerindeki bıçaklar ve tam süpersonik çalışır - CO2'de 1 mach 267 m / s, havanın% 77'sidir ve fazla tork 1 mach bariyerini geçmek için yeterli olmalıdır.
Yerçekiminden bahsediyorsanız ölçekleme kağıt üzerinde çalışır, ancak manevra kabiliyetini nasıl etkiler?
@duaneellen: 6 kat fazla güç eksikliği ve düşük atmosferik yoğunluk nedeniyle maksimum motor performansı civarında çalışma ihtiyacı, manevra kabiliyetini kesinlikle olumsuz etkileyecektir. OTOH, aerobasyon helikopteri modellerinin manevra kabiliyeti basitçe delice - bu nedenle çok büyük bir düşüş bile performansı * tatmin edici * seviyelerde bırakacaktır.
Arturo
2017-11-14 08:59:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aşağıdaki formülleri kullanarak yer etkisinin gerektirdiği gezinme gücünü hesaplayabilirsiniz:

Helikopterin kütlesi m verildiğinde, gerekli kaldırma kuvveti $ L = g_ {mars} * m $

Gerekli şaft gücü:

$ Güç (Watt) = (L ^ {3/2} / R * \ sqrt {(2 / (\ pi * yoğunluk))}) / FM $

burada $ R $ rotor çapıdır ve FM" Merit rakamı "dır. Küçük bir helikopter için, FM 0.66'dan küçüktür, diyelim 0.55.

Mars'taki alçak irtifadaki yoğunluk 0.0152 kg / m ^ 3

Yerçekimi ivmesi $ g_ {mars} $ 3,8 m / sn ^ 2'dir.

Örnek

  • kütle = 2 kg
  • Kaldırma = 7,6 Newton
  • FM = 0,55
  • Rotor çapı = 1 metre
  • yoğunluk = 0,0152 kg / m ^ 3
  • pi = 3.1416

Sonuç 264 Watt'tır.

Ters yönde dönen rotorların eşeksenli olması, gezinme gücünü önemli ölçüde azaltmaz. Etkili çap neredeyse aynıdır. Kütle 1 kg'a düştüğünde gerekli gücün sadece 87 Watt olacağını unutmayın!

Özetle: Gereken güç, (3/2 kuvvet üssüne kaldırma) ile orantılıdır, rotor çapıyla ters orantılıdır ve yoğunluğun kareköküyle ters orantılıdır.

Uçmak yerine ileri uçarken, iyi şekillendirilmiş aerodinamik gövde için gerekli güç önemli ölçüde azalır. 1929'da Glauert, bugün hala kullanılan yaklaşık bir formül (bir dördün çözümü) buldu. İyi bir başvuru kitabı: B W McCormick: Aerodynamics of V / STOL Flight

Lütfen yanıtınızı [düzenleyin] ve [metin duvarı] ile ilgili bir şeyler yapın (http://uncyclopedia.wikia.com/wiki/Wall_of_Text)
Stephan Jaure
2018-01-24 04:53:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mark'ın cevabına itiraz etmiyorum, ancak rotor kanatlarının tamamen süpersonik bir akış içinde olacak kadar hızlı dönmesinden endişe duyuyorum. Helikopter bıçaklarının ses altı akış içinde tutulması, yeryüzündeki helikopter hızları için sınırlayıcı bir faktördür. Tamamen bir şok dalgasının arkasında olsaydı rotorun yükselmesi nasıl etkilenirdi? Yeryüzünde bu tür koşullarda yerleştirilmiş ses altı kanatların çoğu durur. Ayrıca, Mars'ın atmosferi çok soğuk olduğu için, yerel ses hızı oldukça düşük olmalı, bu nedenle Mars için bir rotor, transonik ve süpersonik rejimlerde çalışacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu soruna iyi bir örnek: U2 casus uçağı (helikopter verilmemiştir) en yüksek irtifasında, yeterli kaldırma kuvveti oluşturacak kadar hızlı uçmama (atmosferde) veya çok hızlı uçma ve süpersonik olma (alçak yerel ses hızı) bu da uçak türü için iyi değildi.

Buna "Tabut köşesi" denir. Bkz. Https://en.wikipedia.org/wiki/Coffin_corner_(aerodynamics).
Doğru kanat profili ile, bir rotor süpersonik hızlarda çalışabilir. Bunun Dünya'da yapılmamasının nedeni, süpersonik pervanelerin ürettiği büyük miktardaki gürültüdür.
jyothi raju
2017-09-24 17:28:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mars'ın atmosferi ince olduğundan, kanatların dönüşü olduğunda zeminde daha az etki olur, bu nedenle kalkmak veya kalkış yapmak için saatte en az 250 mil gerekir, bu nedenle kayalık zemine inmek de imkansızdır



ⓘ
Bu Soru-Cevap, otomatik olarak İngilizce dilinden çevrilmiştir.Orijinal içerik, dağıtıldığı cc by-sa 3.0 lisansı için teşekkür ettiğimiz stackexchange'ta mevcuttur.
Loading...