طراحی تیغه هلیکوپتر مریخ آزمایشی ناسا پروازهای طولانی تری را هدف قرار می دهد

نبوغ

roamx-0201

Ingenuity roamx-0201

نبوغ

roamx-0201

تعویض پرده 2-بالا

جزئیات تصویر

سطح مقطع تیغه روتور نمایه نازک‌تر طراحی roamx-0201 (سمت راست) را در مقایسه با شکل سنتی‌تر و گرد استفاده شده توسط هلیکوپتر Ingenuity Mars ناسا که اولین پرواز برقی در مریخ را انجام داد، برجسته می‌کند.

محققان ناسا در حال توسعه آینده پرواز بر روی مریخ هستند و زمینه را برای هلیکوپترهایی با توانایی پرواز بالاتر و دورتر در حین انجام علم در سیاره سرخ فراهم می کنند. مهندسان با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای با کیفیت بالا و آزمایش‌های تونل باد، پره‌های روتورکرافتی را که می‌توانند نسل بعدی پروازهای مریخ را حمل کنند، دوباره تصور می‌کنند. هلیکوپتر Ingenuity ناسا به عنوان اولین هواپیمای موتوری که در سیاره دیگری پرواز کرد، تاریخ ساز شد. ماموریت SkyFall که برای پرتاب در سال 2028 برنامه ریزی شده است، بر اساس این میراث با سه هلیکوپتر برای اکتشاف مریخ ساخته شده است.

هر دو ماموریت از تیغه ای استفاده می کنند که برای کار در جو نازک مریخ طراحی شده است، با لبه های خمیده ای که یادآور تیغه های مورد استفاده در زمین است اما متمایز است. محققان در حال بررسی طرح‌های تیغه‌های غیر متعارفی هستند که نازک‌تر و تیزتر هستند و هدفشان این است که مأموریت‌های آینده پس از Skyfall را قادر سازند تا برد تک‌پرواز خود را در مریخ گسترش دهند.

یک تیم در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در دره سیلیکون کالیفرنیا در حال کار با امپریال کالج لندن، بریتانیا، و دانشگاه ناگویا، ژاپن، برای آزمایش سطح مقطع تیغه ای جدید یا ایرفویل است که نویدبخش افزایش قابل توجه عملکرد آیرودینامیکی در مریخ است. محققان این ایرفویل جدید به نام roamx-0201 را با استفاده از شبیه‌سازی‌ها و الگوریتم‌های پیشرفته تنظیم‌شده با شرایط مریخ طراحی کردند و محققان را به سمت شکل نازک‌تر و نامتقارن‌تر هدایت کرد.

آزمایش‌های بعدی تونل باد نشان داد که طراحی بهینه‌شده عملکرد را افزایش می‌دهد و بهتر می‌تواند در شرایط پرواز پرخطر بهبود یابد. محققان از ابزارهای شبیه سازی با دقت بالا برای تجزیه و تحلیل عملکرد ایرفویل roamx-0201 و مقایسه آن با ظرفیت Ingenuity استفاده کردند. آنها دریافتند که پره‌های بازطراحی شده می‌توانند هلیکوپترهای مریخ آینده را قادر سازند تا مسافت‌هایی را که می‌توانند در یک پرواز بدون وقفه طی کنند، از 0.7 کیلومتری Ingenuity تا 18.7 کیلومتر طی کنند، در حالی که ابزارهای علمی را حمل می‌کنند. این یافته ها در مقاله ای که در سپتامبر منتشر شد، اعلام شد.

22 در مجله انستیتوی هوانوردی و فضانوردی آمریکا. تیغه‌های roamx‑0201 تا حدی عملکرد خوبی داشتند زیرا قبل از تجربه پدیده‌ای به نام «واگرایی درگ»، که در مریخ کمتر از زمین است، عملکردشان به طور ناگهانی کاهش می‌یابد، در سرعت‌های بالاتر. تیغه جدید همچنین با طراحی های قبلی در نحوه استفاده از تلاطم برای ایجاد بالابر متفاوت است.

همانطور که هوا بر روی یک تیغه روتورکرافت جریان می یابد، منطقه نازکی به نام "لایه مرزی" را تشکیل می دهد. ایرفویل جدید به طور عمدی جریان آن لایه مرزی را در جلوی ایرفویل به طور مستقیم در لبه جلویی مختل می کند تا اختلالی ایجاد کند که به طور غیرمنتظره، تیغه را به سمت بالا می کشد تا به بلند کردن روتورکرافت به طور موثرتری نسبت به طرح های قبلی کمک کند. یکی دیگر از چالش‌های روتورکرافت «ایستال» است، یک شرایط آیرودینامیکی که در آن عملکرد به شدت کاهش می‌یابد و پرواز به دنبال تغییر زاویه جریان هوا ناپایدار می‌شود.

تیغه‌های Ingenuity کاهش شدید عملکرد را در حالت استال تجربه کردند، اما تحت شرایط مورد مطالعه، طراحی roamx-0201 بهبود قابل‌توجهی رفتار استال را نشان داد. این بدان معناست که هلیکوپترهای آینده می توانند با خیال راحت در محدوده وسیع تری از زوایای پرواز عمل کنند. در حالی که این فناوری هنوز برای مریخ آماده نیست، آزمایش‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا اختلافات بین پیش‌بینی‌های محاسباتی و عملکرد دنیای واقعی را درک کرده و حل کنند. تحقیقات در حال انجام در سراسر ناسا با هدف فعال کردن هلیکوپترهای مریخ کارآمدتر است که می توانند دورتر پرواز کنند، محموله بیشتری حمل کنند و ماموریت های علمی و اکتشافی جدید را باز کنند.