🚁
NASA: новые лопасти для вертолетов увеличат дальность полета в 26 раз⚙️ Как инженеры меняют физику полета в условиях разреженного воздуха
Вертолет Ingenuity навсегда вошел в историю, став первым аппаратом, совершившим полет на другой планете, однако инженеры НАСА не собираются останавливаться на достигнутом.
В Исследовательском центре имени Эймса идет работа над лопастями для вертолетов следующего поколения, которые преодолеют почти 19 километров за один вылет.
Сейчас команда НАСА совместно с Имперским колледжем Лондона и Университетом Нагои (Япония) испытывает новый аэродинамический профиль лопасти под названием
roamx-0201 с помощью
высокоточного компьютерного моделирования, адаптированного к условиям на марсе и испытаний в аэротрубе.
📊
Ingenuity (оснащенный лопастями, напоминающие лопасти для полетов на земле, но с изогнутым краем специально для тонкой атмосферы) мог улететь от точки взлета максимум на 0,7 километра с научными приборами на борту.
Расчеты для профиля
roamx-0201 показывают, что будущие вертолеты миссии SkyFall (запуск которой запланирован на 2028 год) и аппаратов следующих поколений смогут покрывать за один непрерывный полет расстояние в 18,7 километра. Это почти в 27 раз больше.
⚙️ Марсианская атмосфера в сотни раз разреженнее земной, поэтому винты должны вращаться очень быстро, но здесь возникает проблема в виде отклонения лобового сопротивления (drag divergence): когда законцовка лопасти приближается к скорости звука (которая на Марсе ниже, чем на Земле), производительность винта резко падает.
Лопасти roamx-0201 решают эту проблему: они тоньше, острее и асимметричны. Они могут дольше работать на высоких скоростях, прежде чем произойдет критический спад.
Основное преимущество новой конструкции в том, как она использует турбулентность. Обычно инженеры стараются сделать обтекание лопасти максимально гладким, здесь же всё наоборот. Профиль намеренно нарушает поток воздуха в пограничном слое прямо у передней кромки. Это создает контролируемое возмущение, которое парадоксальным образом приподнимает лопасть. В результате аппарат эффективнее держится в воздухе.
🛡️ Защита от сваливания:
Еще одна головная боль марсианских конструкторов — сваливание (резкая потеря подъемной силы при изменении угла атаки). У Ingenuity при сваливании наблюдалось критическое падение характеристик. Тесты показали, что roamx-0201 в аналогичных условиях ведет себя гораздо стабильнее. Это значит, что перспективные вертолеты смогут летать в более широком диапазоне углов, например, при сильных порывах марсианского ветра или сложном рельефе.
📰 Результаты этих тестов были опубликованы 22 сентября в журнале Американского института аэронавтики и астронавтики.
⏭️ Миссия SkyFall, запуск которой намечен на 2028 год, будет использовать три вертолета для исследования Красной планеты. Пока технология roamx-0201 еще не готова к установке на борт, инженерам нужно устранить оставшиеся расхождения между компьютерными моделями и реальными испытаниями, однако фундамент для радикального расширения географии марсианских полетов уже заложен.
В будущем такие вертолеты смогут не просто ставить рекорды дальности, но и доставлять научное оборудование в труднодоступные для марсоходов районы.
Фото: NASA. Верхнее изображение — Ingenuity, нижнее — roamx-0201