Naukowcy z University of Southampton stworzyli nową metodę projektowania bardziej wydajnych śmigieł stosowanych na małych dronach. Ich podejście, które korzysta z specjalistycznego programu komputerowego o nazwie MATLAB, ma na celu poprawę wydajności dronów, zwłaszcza tych używanych do operacji widoku pierwszej osoby, w których ważne są informacje zwrotne w czasie rzeczywistym. Te śmigła są mniejsze i często stoją przed wyzwaniami związanymi z tym, jak dobrze działają, szczególnie ze względu na złożone wzorce przepływu powietrza. Badanie, prowadzone przez dr Stephena Priora i Daniela Newmana-Sandersa, zostało opublikowane w The Applied Sciences Journal w lipcu 2024 r.
Eksperci zespołu opracowali innowacyjny program komputerowy, który pomaga zoptymalizować projekt tych małych śmigieł. Ten program ostrożnie dostosowuje kształt i kąt łopat, aby upewnić się, że działają one tak wydajnie, jak to możliwe. Kluczową częścią ich pracy było zapewnienie, że przepływ powietrza nad śmigło pozostał powyżej pewnego poziomu liczby Reynoldsa (RE) 100 000, co jest niezbędne do utrzymania dobrej wydajności. „Ten poziom jest ważny, ponieważ oddziela niską wydajność od wysokiej wydajności w wydajności śmigła”, powiedział dr wcześniej. Ich ulepszona konstrukcja wykazała zauważalne zwiększenie, jak dobrze działają śmigła w porównaniu ze standardowymi projektami.
Program komputerowy MATLAB pozwala również użytkownikom zobaczyć, w jaki sposób siła i moment obrotowy są dystrybuowane wzdłuż łopat śmigła. Daje to lepsze zrozumienie, w jaki sposób zmiany w projekcie wpływają na ogólną wydajność. Aby przetestować swoje podejście, naukowcy porównali swoje wyniki z danymi z faktycznego małego śmigła i stwierdzili, że ich prognozy były bardzo dokładne. Nowy projekt może znacznie poprawić wytrzymałość małych dronów, pozwalając im latać dłużej przy użyciu mniejszej energii.
Newman-Sanders podkreślili, w jaki sposób badania te można zastosować w prawdziwym świecie: „Drony widoku pierwszej osoby stają się coraz ważniejsze w wielu specjalnych operacjach, w których konieczne jest zrównoważenie wytrzymałości z wydajnością. Naszym celem jest upewnienie się, że drony te mogą osiągnąć tę równowagę bardziej skutecznie. ” Wspomniał również, że ich program może ostatecznie współpracować z oprogramowaniem projektowym 3D, takim jak SolidWorks, co ułatwiłoby przejście od fazy projektowania do szybkiej produkcji.
Wyniki tych badań mają szersze implikacje, nie tylko dla technologii dronów, ale dla każdej sytuacji, w której potrzebne są małe, wydajne śmigierze. Podczas gdy większe śmigła samolotów mogą osiągnąć bardzo wysoki poziom wydajności, mniejsze zazwyczaj nie działają tak dobrze. Postępy doktorowe Dr. Ministerstwa i jego zespół przekraczają granice tego, co możliwe, osiągając znaczny postęp w poprawie projektowania śmigieł bezzałogowych pojazdów lotniczych.
Naukowcy chcą jeszcze bardziej posunąć swoją pracę, tworząc projekty śmigła, które jeszcze bardziej zmniejszają utratę energii. Badają również opcje, takie jak używanie nakładających się śmigieł w celu zwiększenia wydajności. Przyszłe badania przyjrzą się również zastosowaniu tej metody do innych małych śmigieł używanych w różnych branżach, w celu ustalenia nowego standardu dla wydajnego projektowania.
Dr Prior dodał: „Wojna na Ukrainie podkreśliła potrzebę wydajnego widoku pierwszej osoby (FPV), które mają możliwość latania na duże odległości przy jednoczesnym przenoszeniu dużych ładunków”.
Referencje dziennika
Prior, SD i Newman-Sanders, D. „Zaawansowana konstrukcja-propeller skali przy użyciu kodu optymalizacji MATLAB”. Applied Sciences, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/app14146296
O autorach
Dr Stephen D. Organizuje czytelnictwo w bezzałogowych pojazdach lotniczych na University of Southampton. Jest także dyrektorem Laboratorium Systemów Autonomicznych, które angażuje się w badania związane z obroną. Dr Prior jest autorem 200 publikacji technicznych. Jego zainteresowania badawcze obejmują wirorcrafty współosiowe, nowatorskie UAS i techniki giełdowe. Jest aktywnym członkiem Imeche i był ogólnym przewodniczącym konferencji ICICE w Chinach oraz współprzewodniczącym konferencji ICMES na Tajwanie. Jest także pracownikiem redakcyjnym The Unsmanned Systems Journal, International Journal of Micro Air Vehicle i Journal of Science and Innovation. DR Prior jest założycielem i dyrektorem generalnym Hybrid Drons Ltd, firmy opracowującej technologię dronów hybrydowych o ciężkiej liście do zaopatrzenia w ostatnią milę i inne misje.
I newman-sanders jest obecnie inżynierem oprogramowania, pracującym w firmie technologicznej w Bristolu w Wielkiej Brytanii. Wcześniej pracował w branży obronnej, gdzie pracował nad złożonymi algorytmami wskazówek, kontroli i nawigacji dla pocisków i systemów rakietowych. Studiował na University of Southampton w Wielkiej Brytanii, gdzie uzyskał pierwszorzędny stopień Honors w swojej aeronautyce i astronautyce. Na uniwersytecie jego pasje obejmowały optymalizację obliczeniową oraz projektowanie i produkcję systemów pojazdów lotniczych. Poza pracą jego hobby to piłka nożna i bieg.
