美国宇航局的独创性直升机:在火星上飞行越来越难

火星上的直升机

这幅插图描绘了火星上的“聪明的火星直升机”在测试飞行中的情景。“智慧”号被绑在“毅力”号漫游者的腹部(见背景)上,被送往火星。“创造力”是一项技术实验,它是2021年首次尝试在另一个星球上进行受控飞行的飞机。来源:美国国家航空航天局/姓名

在我们第一次飞行后的几个月里,我们学到了很多关于驾驶直升机的知识">火星.我们详细探讨了独创性的优势和局限性,利用前者,并围绕后者工作,使其成为一个高能力的侦察平台。

有了这些知识的帮助,在火星上进行飞行在很多方面都比刚开始时更容易了。但在一个重要的方面,它实际上每天都在变得越来越困难:我说的是大气密度,它已经非常低,现在由于火星上的季节变化而进一步下降。

当我们在地球上设计和测试“创造力”时,我们预计“创造力”的五次飞行任务将在2021年2月“毅力”着陆后的头几个月内完成。因此,我们为大气密度在0.0145至0.0185公斤/米之间的飞行做了准备3.,相当于地球海平面大气密度的1.2-1.5%。然而,随着“智慧”号运行了六个月,我们进入了耶泽罗陨石坑密度下降到更低水平的季节。在未来几个月,我们可能会看到密度低至0.012公斤/米3.(地球密度的1.0%),这是飞行的最佳选择。

火星直升机Sol 193

火星直升机Sol 193 -导航相机:美国宇航局的“聪明的火星直升机”在2021年9月5日(“毅力”号火星探测器任务的Sol 193)的第13次飞行中,在当地平均太阳时间12:06:30时,使用导航相机拍摄了这张照片。学分:NASA /姓名

这种差异看似很小,但却对“创造力”的飞行能力产生了重大影响。在我们设计的大气密度下限(0.0145 kg/m3.),我们知道,匠心的推力利润率至少为30%。推力裕度是指“智谋”所能产生的超出悬停所需推力的额外推力。这种额外的推力在起飞、爬升、机动以及跟踪不同高度的地形时都是需要的。但如果大气密度下降到0.012公斤/米3.在接下来的几个月里,我们的直升机的推力边际可能会降至8%,这意味着“独创性”将接近空气动力学失速(进一步增加叶片攻角不会产生更多升力,只会产生更多阻力)。

值得庆幸的是,有一种方法可以解决这个问题——但它涉及到将转子旋转得比我们目前所做的还要快。事实上,它们的旋转速度要比我们在地球上用“智慧”或任何测试直升机尝试的速度都要快。这不是我们轻易能做到的,这就是为什么我们在火星上的下一次行动将集中在仔细测试更高的旋翼速度,为未来的飞行做准备。

我们将在不离开地面的情况下开始执行转子的高速旋转,达到转子的最高转速2,800转/分(与我们之前在火星的经验2,537转/分相比增加了10%以上)。如果一切顺利,我们将在稍低的旋翼速度2,700转/分下进行短距离试飞。这是14th飞行和(希望)相对无聊的一个相比,我们的最近的航班在那里,我们长途飞行,为“毅力”号探测车团队获取感兴趣的图像。最短时间不早于9月17日(周五)(数据下降时间不早于周六上午),短跳需要独创性起飞,爬到16英尺(5米),做一个小的平移(横向移动),然后再次降落。虽然飞行14的结果应该少于铆钉,但显著增加的可用rpm(从2537到2700)为未来的直升机操作将提供我们的选择,以执行侦察任务的毅力在较低的大气密度。如果我们决定以后需要增加额外的rpm,这也会留下一些回旋的空间。

这样的速度提升带来了一些潜在的问题。其中之一与空气动力学有关:一个2800转/分的旋翼,加上风和直升机的运动,可能会导致旋翼叶片的尖端以接近0.8马赫的速度遇到空气——这是火星上音速的80%。(火星上的声速比我们习惯的要低一些——大约是地球上声速的三分之三。)如果叶尖足够接近音速,它们将经历一个非常大的空气动力阻力的增加,这将不利于飞行。对于“创造力”的旋翼,我们预计在更高马赫数之前不会遇到这种现象,但这从未在地球上的测试中得到证实。

另一个潜在的问题是直升机结构中的未知共振。与所有机械系统一样,当在特定频率激发时,“聪明才智”会产生共振,导致剧烈振动。重要的是要确保在用于飞行的转子转速下没有显著的共振,因为这可能导致硬件损坏,并导致飞行控制系统所需的传感器读数恶化。

另外,ingenious公司设计的几个部件也面临着额外的要求:电机需要旋转得更快,电气系统需要提供更多的电力,整个转子系统需要承受转子速度增加带来的更高负载。这一切都是一个重大的挑战,但通过缓慢和有条不紊地处理这个问题,我们希望在更高的旋翼速度下全面检查该系统,并使“创造力”在未来几个月继续飞行。请继续关注最新消息。

作者:Håvard Grip,匠心火星直升机首席飞行员">美国国家航空航天局喷气推进实验室。

第一个发表评论“NASA的独创性直升机:在火星上飞行越来越难”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被公布或共享。