当飞机向上转向过多时,升力的减少和阻力的增加可能会导致飞机突然跌落。这一现象被称为失速,促使许多无人机制造商在规划无人机的自动飞行运动时过于谨慎。对于垂直起降(VTOL)的无人机,大多数制造商对飞机进行编程,使机身在从悬停过渡到向前飞行时转向非常缓慢,反之亦然。

研究人员已经创建了一个轨迹规划器,显著缩短了垂直起降无人机完成这一关键过渡所需的时间。该轨迹规划器是为一架四旋翼双翼飞机的尾翼设计的,用于测试新的设计特征和研究基本的空气动力学。

垂直起降机尾坐立者通常依靠启发式方法,无论何时他们在盘旋和向前飞行之间转换,在那里他们遵循一个非常缓慢但非常安全的预定动作集。相反,轨迹规划者可以找到适合每种情况的过渡飞行运动的最佳序列。研究人员在模拟飞机转子尾迹与机翼空气动力学之间独特的相互作用时,发现了这些更灵活机动的可用性。

如果飞行器在悬停,机翼是向上的,旋翼在其上方不断旋转;要开始向前移动,就必须有效地将机翼对着空气平放。事实上,由于空气被吹到机翼上,实际上看不到多大的阻力。由于这种额外的旋翼下洗,垂直起降飞机的尾部悬停可以处理比预想中更激烈的悬停和前飞之间的过渡。

通过模拟,研究人员发现,与传统方法相比,将旋翼对风尾迹干扰纳入轨迹规划中,可以使无人机过渡到悬停和着陆的时间减少一半。该团队认为,轨迹规划器最终可能会让无人机在飞越密集地区或城市地区时,智能地在盘旋和向前飞行之间切换。

更复杂的飞行模型在轨迹规划器将提供无人机更好地了解复杂的空气动力环境,因为它的移动;举个例子,如果有一栋建筑挡住了去路,飞过那栋建筑还是绕着它飞更有意义?

一旦轨迹规划器经历了更多的仿真试验,研究人员计划将软件与硬件模型挂钩,以确保在开始飞行测试之前具有高水平的鲁棒性。悬停和向前飞行之间更快、更有效的过渡将最终帮助陆军开发用于情报、监视和侦察任务以及空中补给作战的新型运载工具。

如需更多信息,请联系DEVCOM,陆军研究实验室公共事务,电话703-693-6477。


科技简报》杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年3月号技术简介杂志。

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