Тяга на тренажере нижняя: Особенности тяги нижнего блока | Bronze Gym

• Тяга ракеты:
• Симулятор тяги ракеты:

Связанные сайты:
Rocket Index
Rocket Home
Руководство для начинающих Главная

Flight Simulation • ThrustCurve

Перед полетом важно смоделировать полет ракеты по нескольким причинам:

• Безопасность Очень важно выбрать двигатель, который будет достаточно мощным. для стабильного полета вашей ракеты.
• Законность На каждой площадке есть ограничения по высоте, на которую вы можете лететь и симуляция даст вам представление о том, как высоко взлетит ваша ракета.
• Восстановление Моделирование подскажет вам оптимальное время задержки для срабатывания. система восстановления.

Этот сайт предоставляет файлы данных для использования с различными авиасимуляторами. На этой странице представлено описание симуляции в целом. См. Страницу симуляторов для списка существующих программ симулятора.На этом сайте также есть простой симулятор полета на ракете. мотор-гид.

Также Джона статья по физике полета для получения более подробной информации об этих силах и использованных расчетах.

Силы в полете

На высоту полета ракеты влияют три основные силы:

Тяга — это сила, создаваемая ракетным двигателем, и именно она поднимает ракету. землю и заставляет двигаться вверх. Разные двигатели создают тягу с разными профилями. и когда тяга отображается на графике с течением времени, получается «кривая тяги» двигателя.

Гравитация — это сила притяжения между ракетой и Землей. Для наших целей мы считаем это постоянным ускорением 9,8 м / с ² на ракете. Это основная сила, которую ракетный двигатель должен преодолеть, чтобы взлететь.

Сопротивление — это трение ракеты, движущейся по воздуху и замедляющее ее. (Обратите внимание, что на самом деле это влияет на ракету как при подъеме, так и при падении). Сопротивление пропорционально квадрату скорости, что означает, что оно увеличивается. очень быстро с увеличением скорости.

Еще одна сила, влияющая на полет ракеты, — это ветер. Однако обычно это не учитывается при моделировании, и ракеты только при слабом ветре.

На приведенном выше графике вы можете увидеть приблизительную иллюстрацию того, как силы применяются к ракета в полете. Тяга просто соответствует кривой тяги двигателя. Гравитация — это (относительно) постоянная сила. Сопротивление резко увеличивается с увеличением скорости (пропорционально квадрату скорости). Максимальное сопротивление — ближе к концу работы двигателя. (когда вся тяга приложена и максимальная скорость достигнута).

Этапы полета

Полет ракеты разбит на несколько этапов:

• Отрыв Момент начала подъема ракеты.
• Полет с приводом Время, в течение которого ракета разгоняется двигателем.
• Перегорание Конец перегорания двигателя.
• Выбег Время после перегорания двигателя, в то время как импульс все еще заставляет ракету взлетать.
• Апогей Точка максимальной высоты (и нулевой скорости), где ракета перестает подниматься и начинает спускаться.
• Снижение. Остаток полета, пока ракета не достигнет земли.

Во время полета с двигателем двигатель обеспечивает тягу, и ракета ускоряется вверх. Из-за этого увеличивается скорость и сопротивление. Тяга, прикладываемая двигателем, меняется от момента к моменту в зависимости от его характеристики. образец горения (график его кривой тяги). Ближе к концу мощного боя, ракеты-любители достигают максимального значения Q, где обычно появляются «клочки».

Во время движения по инерции импульс ракеты все еще несет ее вверх, но поскольку двигатель больше не обеспечивает тягу, скорость уменьшается из-за силы тяжести и сопротивления.

Точка апогея имеет решающее значение во всех симуляциях, поскольку она обеспечивает максимальную высота, достигнутая ракетой. Время от выгорания до апогея также важно для выбора времени задержки. при использовании моторного выброса, так как должна срабатывать система восстановления когда ракета движется медленно.

Поскольку большинство симуляторов полета связано с достигнутой высотой, фаза спуска (или восстановления) обычно менее интересна.Моделирование, выполненное моторным гидом остановиться в апогее.

Анализ моделирования

Приведенные ниже графики получены в результате моделирования, выполненного с помощью простого полета на ракете. на AeroTech M1939 (один из любимых моторов автора). Нажмите кнопки под графиком, чтобы увидеть, как разные силы и измерения меняются во время полета.

Тяга — это сила, создаваемая двигателем. Построение графика с течением времени дает «кривую тяги» двигателя. Это не включает никаких других факторов и является результатом фактического статического испытания двигателя. Эти файлы, относящиеся к каждому двигателю, являются целью этого сайта.

Ускорение — это сумма всех сил, действующих на ракету. Тяга толкает ракету вверх во время горения, гравитация тянет его вниз на протяжении всего полета, и сопротивление замедляет свою скорость. Обратите внимание, что на этих графиках отрицательные значения обрезаются до нуля. Это создает впечатление, что ускорение достигает нуля и остается на нем. На самом деле, когда ракета начинает замедляться, ускорение становится отрицательным.

Сопротивление рассчитывается исходя из скорости ракеты, поскольку она пропорциональна в квадрат скорости. Обратите внимание, насколько похожи кривые сопротивления и скорости, за исключением того, что кривая сопротивления круче из-за функции квадрата.

Скорость — это скорость, с которой движется ракета. Это определяется в любой момент принимая скорость в предыдущей точке и применяя ускорение в текущей точке. (Для ракет, которые остаются в нижних слоях атмосферы, max Q достигается при максимальной скорости. )

Высота — это высота над землей, которую достигает ракета. Это определяется в любой момент взяв высоту в предыдущей точке и применяя скорость в текущей точке. Апогей достигается при нулевой скорости, который определяет наивысшую точку, достигнутую ракетой. Обратите внимание, что мы прекращаем моделирование в апогее; в противном случае на этапе снижения высота снова упадет до нуля.

Для математиков ускорение — это сумма статических и динамических сил, скорость — это интеграция ускорения, а высота — это интеграция скорости.

Для получения дополнительной информации о характеристиках двигателя, см. страницу статистики двигателя. Для получения списка существующих программ симуляторов, см. страницу симуляторов. Чтобы найти двигатели для своей ракеты, попробуйте руководство по мотору.

Ядерная тепловая тяга сверхвысокого удельного импульса (Технический отчет)

Шармо, Энн, Каннингем, Брэндон и Анги, Самим. Ядерная тепловая тяга сверхвысокого удельного импульса . США: Н.с., 2009. Интернет. DOI: 10,2172 / 950459.

Шармо, Энн, Каннингем, Брэндон и Анге, Самим. Ядерная тепловая тяга сверхвысокого удельного импульса . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/950459

Шармо, Энн, Каннингем, Брэндон и Анги, Самим.Пн. «Ядерная тепловая тяга сверхвысокого удельного импульса». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/950459. https://www.osti.gov/servlets/purl/950459.

@article {osti_950459,
title = {Ядерная тепловая тяга сверхвысокого удельного импульса},
author = {Шармо, Энн и Каннингем, Брэндон и Энджей, Самим},
abstractNote = {Исследования ядерных тепловых двигательных установок (NTP) были в авангарде космической ядерной энергетики и движения из-за их простоты конструкции и их обещания обеспечить очень высокую тягу при достаточно высоком удельном импульсе. Во время программы NERVA-ROVER в конце 1950-х - начале 1970-х годов в Соединенных Штатах было разработано и испытано на земле около 18 систем NTP, но они не были запущены в космос. Программа NERVA-ROVER включала разработку и тестирование систем NTP с очень высокой тягой (~ 250 000 фунтов силы) и относительно высоким удельным импульсом (~ 850 с). Высокое соотношение тяги к массе в системах NTP является показателем высокого ускорения, которое может быть достигнуто с помощью этих систем. Удельный импульс в топливе с наименьшей массой, водороде, является функцией квадратного корня из абсолютной температуры в камере тяги NTP.Поэтому оптимизация проектных характеристик систем NTP потребует достижения максимально возможной температуры водорода при достаточно высоком соотношении тяги к массе. Высокая температура на выходе водорода создает высокий удельный импульс, который является прямым показателем эффективности использования топлива.},
doi = {10.2172 / 950459},
url = {https://www. osti.gov/biblio/950459}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {2009},
месяц = ​​{2}
}

5 лучших контроллеров HOTAS для Microsoft Flight Simulator 2020: Logitech, Thrustmaster, PXN

Настоящие пилоты управляют дроссельной заслонкой самолета с помощью большого скользящего рычага, который упрощает быстрое увеличение или уменьшение газа.Это жизненно важно в воздушном бою или высшем пилотировании, где управление дроссельной заслонкой так же важно, как и ручка для маневрирования. Это идея, лежащая в основе подхода «ручного газа и ручки» (HOTAS) таких контроллеров, как Logitech G X52 Professional (рейтинг : 9/10, WIRED рекомендует ).

Он состоит из двух частей: большого стика с инкрустированными кнопками и ползунка газа с одинаковыми кнопками. Обычно вы используете джойстик правой рукой, а дроссель — левой. Скользящее управление дроссельной заслонкой определенно добавляет много впечатлений. Вы действительно чувствуете, что начинаете работу, когда перемещаете рычаг управления вперед, и двигатель начинает реветь, и гораздо естественнее осторожно сбрасывать газ во время движения или приземления.

Весь X52 покрыт кнопками. Есть шесть кнопок, две шляпы, три тумблера и диск на ручке, а также шесть кнопок, четыре диска, две шляпы и небольшой ползунок на дроссельной заслонке. Все они подсвечиваются светодиодами, а также есть защитная крышка, которая находится над основным спусковым крючком оружия на ручке.Откройте крышку, и спусковая кнопка внизу загорится пугающим красным светом.

Этот триггер может сделать очевидным, что X52 — это не просто имитация полета. Это просто дома в воздушных или космических боевых играх, таких как Elite: Dangerous , которые полагаются на навыки полета и реакцию, чтобы победить этих надоедливых инопланетян. Эти кнопки также отлично подходят для авиасимуляторов. Все они по умолчанию назначены основным элементам управления в FS2020 , и вы можете переназначить любой из них. Даже спусковой крючок чему-то назначается: откройте крышку и нажмите на спусковой крючок (который обычно запускает ракету), и ваш автопилот включается. Нажмите на спусковой крючок на задней стороне ручки управления (которая обычно запускает дополнительное оружие), и ваш взгляд изменится на ближайшую интересующую вас точку — обычно взлетно-посадочную полосу, на которую вы пытаетесь приземлиться. Имея в своем распоряжении такое количество кнопок, вы можете управлять всем полетом, не используя клавиатуру.

Однако все эти кнопки могут сбивать с толку.Кнопки имеют метки, но они не соответствуют меткам, используемым в FS2020 . Например, на большой кнопке в верхней части ползунка дроссельной заслонки есть большая буква «E», но FS2020 называет ее кнопкой джойстика 8. Она непоследовательна и усложняет понимание ситуации. В одном из полетов я случайно нажал одну из кнопок на дроссельной заслонке, двигатель выключился сразу после взлета, и я разбился в самом конце взлетно-посадочной полосы. Но, по крайней мере, с такой настройкой я могу снова попытаться добиться этого взлета, чего я, вероятно, не смог бы сделать с настоящим самолетом.

Исследование на симуляторе преимуществ непредсказуемых и изменчивых сценариев

Факторы шума. 2018 сен; 60 (6): 793–805.

Аннемари Ландман

TNO Soesterberg, Нидерланды

MM (René) van Paassen

Технологический университет Делфта, Нидерланды

Адельберт В. Бронкхорст

TNO Soesterberg, Нидерланды

Университет Макса Малдера

Аннемари Ландман, TNO Soesterberg, Нидерланды;

Поступило 7 декабря 2017 г .; Принято 26 апреля 2018 г.

Abstract

Цель:

В этом исследовании проверялось, можно ли улучшить тренировку реакции пилота на неожиданные или новые события на симуляторе путем включения непредсказуемости и изменчивости в сценарии обучения.

Справочная информация:

Текущие правила допускают очень предсказуемую и неизменную подготовку, которой может быть недостаточно для подготовки пилотов к неожиданным или новым ситуациям в полете.В ближайшем будущем подготовка к неожиданности станет обязательной.

Метод:

Используя модель самолета, в значительной степени незнакомую участникам, одна группа из 10 пилотов (непредсказуемая и переменная [U / V] группа) отработала ответы на проблемы управляемости относительно U / V способом. Контрольная группа из еще 10 пилотов отработала те же отказы в очень предсказуемой и неизменной манере. После практики производительность всех пилотов была проверена в неожиданном сценарии, в котором пилоты должны были применить полученные знания. Для контроля внезапного привыкания и ознакомления с элементами управления были включены два контрольных теста.

Результаты:

Принимая во внимание, что группе U / V требовалось больше времени, чем контрольной группе для выявления неудач во время практики, результаты показали лучшее понимание и эффективность в группе U / V по сравнению с контрольной группой в тесте на неожиданность. Не было значительных различий между группами по неожиданности или результативности контрольных тестов.

Заключение:

На основании полученных результатов мы пришли к выводу, что организация обучения пилотов в большей степени U / V улучшает перенос обучения в непредвиденных ситуациях в полете.

Приложение:

Результаты показывают, что включение сценариев обучения на имитаторе U / V важно при обучении пилотов для работы в непредвиденных ситуациях.

Ключевые слова: имитация полета, ментальные модели, удивление, испуг, тренировка

Введение

Согласно правилам, первоначальные и периодические проверки летного рейтинга должны включать стандартизированные и, следовательно, относительно предсказуемые сценарии. Учебные занятия по этим проверкам можно организовать в аналогичном предсказуемом формате (Bureau d’Enquêtes et d’Analyses, 2012; Casner, Geven, & Williams, 2013).Однако исследования показывают, что навыки, которым обучают таким образом, являются «хрупкими», а не адаптивными (Casner et al., 2013; Landman, Groen, van Paassen, Bronkhorst, & Mulder, 2017b). То есть они хорошо переносятся в предсказуемые ситуации, такие как тесты, но могут не выдержать критических ситуаций, которые обычно являются новыми и неожиданными. По этой причине многие авиационные компании ищут способы продлить минимально необходимое обучение. Организации по безопасности полетов осознали преимущества таких расширений и предлагают способы их формализации (см. E.г., Федеральное управление гражданской авиации, 1990 г.).

К сожалению, подготовить пилотов к любой мыслимой ненормальной ситуации невозможно. Однако в таких ситуациях пилотов можно обучить работе с общими факторами. Одним из этих факторов является наличие испуга и удивления, подготовка для которых станет обязательной в ближайшем будущем (Европейское агентство по безопасности полетов, 2015 г . ; Федеральное управление гражданской авиации, 2015 г .; Международная организация гражданской авиации, 2013 г.). Чтобы справиться с неожиданностью, требуется эффективная деятельность по осмыслению, которая включает поиск структурированного представления или «кадра» ситуации.Эта рамка используется для привлечения внимания, интерпретации информации и понимания происходящего (см. Klein, Phillips, Rall, & Peluso, 2007; Neisser, 1976; Rankin, Woltjer, & Field, 2016; Zhang, Soergel, Klavans , & Oard, 2008). Создание смысла включает, например, поиск информации об инструментах, рассуждение или проверку гипотез. Такие действия особенно трудны, когда пилот испуган (Айзенк, Деракшан, Сантос и Кальво, 2007; Ландман и др., 2017a) или устал (Caldwell, 1997).Если не удается найти подходящий фрейм, воспринимаемые события могут потерять свое значение и последовательность, что может еще больше усилить стресс и помешать эффективному поиску и устранению неисправностей.

Поскольку предсказуемые сценарии требуют очень небольшого осмысления, можно ожидать, что их будет недостаточно для того, чтобы справиться с неожиданностью. Простым средством повышения непредсказуемости было бы отказать в (определенной) информации о предстоящих событиях. Во-вторых, аспекты проблемы могут варьироваться в зависимости от итераций практики, что делает каждый сценарий несколько отличным (Paas & Van Merriënboer, 1994; Van Merriënboer, Clark, & De Croock, 2002).Считается, что вариативная практика улучшает распознавание обучаемым релевантных характеристик и правил, поскольку нерелевантные особенности различаются в каждой итерации практики (Shapiro & Schmidt, 1982). Таким образом, полученные навыки и знания лучше применимы в ситуациях, которые явно не практикуются (например, обобщение; Carbonell, Stalmeijer, Könings, Segers, & van Merriënboer, 2014). Наконец, различные типы проблем могут быть смешаны (и разнесены), так что обучающиеся не могут предположить, что одно и то же решение применимо в каждой следующей итерации практики.Считается, что это улучшает их способность сочетать подходящее решение проблемы (Lee & Magill, 1985). Такие методы известны как «смешанный обзор» в математическом образовании (Rohrer, 2009) или «контекстное вмешательство» в литературе по перцептивно-моторному обучению (например, Brady, 2004).

В текущем исследовании на симуляторе мы исследовали, может ли организация тренировки на симуляторе более непредсказуемым и изменчивым образом (U / V) улучшить характеристики пилота в неожиданном тесте. Тест требовал от пилотов применения полученных знаний и навыков в сложной и частично новой ситуации.На основе вышеупомянутой литературы было высказано предположение, что практика U / V улучшит характеристики пилотов в этом тесте благодаря лучшему пониманию событий и задействованных принципов.

Метод

Участники

Двадцать участвующих пилотов авиакомпаний были случайным образом распределены либо в тренировочную группу U / V, либо в контрольную группу, если только группы не стали несбалансированными в отношении переменных, перечисленных в и. Таким образом, два классных инструктора и один пилот с большим опытом полетов на легких многодвигательных поршневых двигателях (т.е., CS-23 / FAR часть 23) были перенесены в контрольную группу. Все пилоты, кроме одного в группе U / V, указали, что у них было не менее 25 часов опыта полетов на легких многомоторных поршнях. Пилоты набирались в основном из одной авиакомпании. Восемь пилотов этой компании были в группе U / V и семь — в контрольной группе. Это исследование соответствовало принципам Хельсинкской декларации, и от каждого участника было получено информированное согласие.

Таблица 1:

Характеристики участников

	Группа, M ( SD )
	U / V	Δ Контроль
Возраст, лет	41.3 (9,0)	41,5 (9,3)	0,2	.961
Работал в качестве пилота, лет	17,2 (8,8)	16,4 (7,3)	0,8	. 827
9,311 (6,352)	7,571 (4,590)	1,740	.491

Таблица 2:

Характеристики участников (продолжение)

Аппарат

Эксперимент проводился в симуляторе Simona Research Simulator. Нидерланды, где используется гидравлическая система движения гексапода с 6 степенями свободы и коллимированная система отображения с полем обзора 180 ° (по горизонтали) × 40 ° (по вертикали).Для внешнего вида использовался симулятор полета FlightGear с открытым исходным кодом. Для определения движения использовались стандартные фильтры смыва (Reid & Nahon, 1988). В наушниках пилотов воспроизводился звук поршневого авиационного двигателя в монофоническом режиме. Шаг звука был связан с оборотами двигателя, а громкость — с крутящим моментом. Макет кабины был стилизован под реактивный авиалайнер и имел основной полетный дисплей в стиле B747 и дисплей двигателя в стиле Cessna Citation. Органы управления состояли из правого бокового рычага с регулировкой тангажа, педалей руля направления с обратной связью по усилию, а также рычагов тяги, закрылков и переключения передач.Была использована нелинейная аэродинамическая модель легкого двухвинтового самолета: Piper PA-34 Seneca III (De Muynck & Hesse, 1990; Koolstra, Herman, & Mulder, 2015). Модель самолета имеет определенные свойства и варианты отказов, что позволяет решать сложные летные задачи. Воздушный поток над крылом каждого пропеллера вызывает дополнительную подъемную силу, которая вызывает момент крена, а также момент рыскания в случае асимметричной тяги. На низкой скорости моменты, создаваемые асимметричной тягой, будут превышать максимально достижимые противоположные моменты, создаваемые управляющими поверхностями.

Задачи

Схема эксперимента проиллюстрирована в. Каждое занятие, указанное на рисунке, описывается по очереди.

Опытный образец. U / V = ​​непредсказуемо / переменно.

Инструктаж и ознакомление

Пилоты были проинформированы о том, что они выполнят ряд сценариев и будут реагировать на неисправности. Им было дано указание выполнить поставленную задачу (например, выполнить посадку, пролететь по кругу), если авария не была неизбежной. Связь с диспетчерской и контрольные списки не были включены.Пилоты были проинструктированы сообщать о любой проблеме, как только заметили ее. Они были проинформированы о необходимых настройках: схему необходимо будет пролететь на высоте 1000 футов со скоростью 130 узлов и настройкой мощности примерно 42 Н · м крутящего момента. При взлете использовался полный газ. Установка закрылков на 25 ° требовалась только при посадке. Скорость вращения составляла 80 узлов; оптимальная скороподъемность (V ₂ ) — 92 узлы; скорость захода на посадку составляла 85 узлов; а минимальная скорость управления с одним двигателем составляла около 80 узлов.Пилотам напоминали о настройках, если они отклонялись от них во время ознакомления и практики. Информация о направлении и силе ветра (слабый или умеренный) давалась устно перед каждым заездом и указывалась ветровым носком, расположенным рядом с взлетно-посадочной полосой. После инструктажа пилоты сели в тренажер и проинструктировали пролететь по двум ознакомительным кругам: один без ветра и один с легким боковым ветром.

Практическое занятие

Затем пилоты практиковались в управлении асимметричной тягой, выполнив шесть разбегов с отказом одного двигателя, четыре пролета с отказом руля направления и четыре пролета с отказом одного двигателя (описано ниже).Аспекты заездов менялись только в группе U / V (см.). Заезды были представлены блоками по два (например, два разбега; см.). Эти блоки чередовались только в группе U / V. Перед первым запуском каждого блока пилоты в группе U / V просто были проинформированы о том, что произойдет сбой. Между первым и вторым запуском каждого блока им сообщали, в чем заключается неисправность и как они могут отреагировать. Пилоты контрольной группы получали всю эту информацию перед первым запуском каждого блока, и им сообщали, что каждый последующий запуск был повторением.

Таблица 3:

Характеристики пробегов

Таблица 4:

Порядок прогонов и вариации, использованные на практическом занятии

Облет начался при приближении самолета, примерно через 90 секунд после выхода на взлетно-посадочную полосу. Задача заключалась в том, чтобы пролететь над взлетно-посадочной полосой, максимально точно следовать за осевой линией и, достигнув взлетно-посадочной полосы, снизиться до высоты 100 футов и снизить скорость до 85 узлов. Шестерня оставалась опущенной, закрылки оставались под углом 25 °. Неисправность произошла до выхода на взлетно-посадочную полосу. Что касается проблемы с рулем направления, в инструкциях по ответу говорилось, что ей можно противодействовать, подав команду на дифференциал газа.При отказе двигателя летчикам напомнили о минимальной контрольной скорости 80 узлов. В группе U / V были введены дополнительные вариации (помимо факторов, перечисленных в), когда пилотов просили увеличивать скорость во второй половине каждого пролета, добавляя турбулентность и уменьшая видимость в 50% пробегов.

Сопутствующий тест-сюрприз

После практического занятия были выполнены два теста-неожиданности: во-первых, несвязанный (контрольный) тест-сюрприз, который описан в следующем разделе; во-вторых, связанный тест-сюрприз, который был основным тестом исследования.Этот тест требовал применения отработанных навыков (т. Е. Управления асимметричной тягой) в неожиданном, сложном и частично новом сценарии. Сценарий начинался на взлетно-посадочной полосе другого аэропорта, с единственной взлетно-посадочной полосой длиной 4000 футов (ВПП 03) и линией деревьев, которую нужно было пересечь после взлета. Был умеренный боковой ветер с 310 ° (см.). Пилоты были проинструктированы летать по круговой схеме для левшей.

Цепь вылетела в соответствующем неожиданном тесте и моменты, когда возникают неисправности.1: Правый двигатель начинает терять мощность в течение 20 секунд. 2: Кратковременное снижение мощности левого двигателя, которое немедленно восстанавливается. 3: Эффективность руля уменьшается до 20%.

Как показано на, в этот прогон были внесены следующие неисправности. Во-первых, при взлете, когда скорость достигла 55 узлов, тяга в правом двигателе за 20 секунд упала до 40%. После вызова (или примерно через 30 секунд) пилоты были проинструктированы продолжать движение по кругу на высоте 800 м вместо 1000 футов, чтобы ограничить продолжительность пробега.Когда было достигнуто 490 футов, произошло кратковременное падение мощности (3 секунды) все еще полностью работающего (левого) двигателя. Пилотам сразу сообщили, что оба двигателя ненадежны и что они могут продолжать использовать оба. Это мероприятие было включено для того, чтобы пилоты могли использовать дифференциальный газ в качестве средства стабилизации самолета во время последней части полета. Наконец, эффективность руля направления снизилась до 20%, когда пилоты выкатились из поворота по ветру, что уменьшило их способность противостоять дифференциалу тяги, вызванному отказом двигателя.

Успешная посадка была более вероятной, если бы пилоты идентифицировали отказы, компенсировали помехи (возможно, управляя асимметричным дросселем) и прогнозировали, как снижение скорости во время посадки повлияет на эти помехи. В то время как первые два шага практиковались явно на тренировке, найти решение для приземления не удалось. На минимальной скорости управления с одним двигателем (80 узлов) поверхности управления больше не могут использоваться для противодействия моментам, возникающим из-за асимметричной тяги двигателя.Одно из решений — поддерживать высокую скорость во время приземления, сохраняя работоспособность рулей. Второе решение — немного увеличить газ и сделать приземление круче. В качестве дополнительной меры асимметрия тяги, вызванная отказом двигателя, может быть уменьшена путем управления дифференциальным дросселем, то есть путем снижения мощности в полностью работающем двигателе.

Несвязанный тест-сюрприз

Несвязанный тест-сюрприз был включен в качестве контрольного теста для оценки того, по-разному ли группы отреагировали на неожиданное событие, которое не соответствовало отработанным принципам.Хотя группы были максимально сбалансированы, непреднамеренные различия в ранее существовавших навыках (например, из-за обучения в компании) или чертах характера все еще могли существовать. Тест был также включен, чтобы преподнести обеим группам сюрприз, чтобы уменьшить потенциальные различия в ожиданиях между группами. Наконец, этот тест служил для отделения соответствующего теста на неожиданность от практики. Запуск начался с теми же инструкциями и настройками, что и соответствующий тест-сюрприз. С момента старта указанная воздушная скорость уменьшилась на 1 уз / с от фактической.Пилоты могли определить проблему, проверив, соответствует ли очевидное снижение скорости углу тангажа, вертикальной скорости, отзывчивости органов управления или путевой скорости. Если пилоты правильно обозначили проблему, им было дано указание закончить круг. В противном случае им разрешили совершить вынужденную посадку.

Ручное предварительное и последующее тестирование навыков

После ознакомительной части пилоты выполнили предварительный ручной тест навыков, который был повторен в качестве посттеста. Этот тест был включен, чтобы проверить, отличались ли навыки ручного полета в группах на старте, или на них по-разному повлияла практика.Он содержал задачу точного рулевого управления, требующую сопоставимых ручных навыков, как и соответствующий тест на неожиданность (т.е. выполнение посадки с элеронами только при умеренном боковом ветре). Задание началось при заходе на посадку, примерно в 2 минутах от приземления, при умеренном боковом ветре слева. Было объявлено, что до выхода на взлетно-посадочную полосу руль направления будет зафиксирован в нейтральном положении. Также было объявлено, что из-за этой неисправности рулевое управление носовым колесом станет неработоспособным, и что во время выкатывания носовую часть следует поднять как можно дольше.Пилотов просили следовать глиссаде (обозначенной огнями PAPI или индикаторами траектории точного захода на посадку) и как можно точнее приземляться на осевой линии.

Зависимые переменные и гипотезы

Практическое занятие

Время для исправления выноски было получено с помощью диктофона. Это время определялось как время от начала неисправности до появления неисправной системы (т. Е. «Двигателя», «руля направления» или «индикатора скорости»). Это время измерялось при каждом первом запуске блока во время практики (см.), Так как эти прогоны были спроектированы таким образом, чтобы предсказуемость между группами (максимально) различалась.Гипотеза заключалась в том, что у группы U / V будет больше трудностей с определением проблем, что приведет к увеличению времени правильного вызова.

Дальнейшие проверки манипуляций с практикой включали общее время, в течение которого участники управляли самолетом, а также интерес и удовольствие пилотов, измеренные с помощью подшкалы интереса и удовольствия (семь пунктов) в инвентаризации внутренней мотивации (Ryan, 1982). Результаты этих проверок должны быть одинаковыми для двух групп.

Тесты

В соответствующем неожиданном тесте основным показателем эффективности было то, удалось ли пилотам успешно приземлиться на взлетно-посадочной полосе.Во-вторых, регулировка дроссельной заслонки полностью работающего двигателя была измерена при достижении минимальной контрольной скорости 80 узлов. Это свидетельствовало об осведомленности пилотов о проблеме управления слишком большим дросселем во время посадки. Наконец, доля времени, в течение которого пилоты применяли дифференциальный газ (в эффективном направлении), была вычислена на заключительном этапе разбега (то есть от отказа руля направления до приземления). Дифференциал был определен как разница влево-вправо, составляющая не менее 10% от максимального значения открытия дроссельной заслонки.

Правильное время вызова (см. Практическое занятие) после отказа одного двигателя и отказа руля направления было измерено в соответствующем неожиданном тесте и после неисправности индикатора воздушной скорости в несвязанном неожиданном тесте. Неправильные или отсутствующие уточнения считались пропущенными случаями.

В предварительном и посттестах ручных навыков, среднеквадратическое значение поправок руля высоты и элеронов было получено на последней фазе приземления (от 35 секунд до 5 секунд до приземления).Чтобы отбросить низкочастотные компоненты (например, вызванные подстройкой), эти входы сначала подвергались высокочастотной фильтрации (вперед и назад) с помощью фильтра Баттерворта второго порядка с частотой среза 0,1 Гц.

В конце всего сеанса на тренажере пилоты оценили свой опыт, исходя из очевидной проблемы с воздушной скоростью (несвязанное испытание на неожиданность), отказа одного двигателя и отказа руля направления (связанное испытание на неожиданность). По последним двум оценкам был получен один общий балл путем взятия среднего значения каждой пары.Субъективное удивление и испуг оценивались по 5-балльной шкале Лайкерта в ответ на следующие вопросы: «Насколько вы были удивлены, когда обнаружили проблему?» и «Насколько вы были поражены или шокированы, когда обнаружили проблему?» (1 = совсем не , 5 = крайне ). Понимание оценивалось аналогичным образом при ответе на вопрос: «Насколько сложно было понять, что произошло?» Затем эти оценки были отменены.

Ожидается, что в группе U / V в соответствующем неожиданном тесте повысится производительность, включая более быстрое время правильного вызова и более четкое понимание.Ожидалось, что эта группа будет чувствовать себя менее опасной и менее запутанной проблемами, что заставит их меньше удивляться (Мартин, Мюррей, Бейтс и Ли, 2015) и удивляться (Фостер и Кин, 2015). В несвязанном тесте на неожиданность показателями эффективности были время ответа и отчет о понимании. Ожидается, что эти показатели, а также сообщенное удивление и испуг не будут различаться между группами в этом тесте. Ожидалось, что тесты навыков ручного труда покажут повышение навыков ручного труда от до- до посттеста благодаря ознакомлению с элементами управления.Других отличий не ожидалось, так как группы должны быть одинаково сбалансированы и одинаково ознакомлены с управлением и приземлением благодаря практике.

Анализ данных

Различия между группами в неожиданных тестах проверяли отдельно с помощью тестов независимых выборок t или с помощью критерия хи-квадрат Пирсона в случае биноминальных данных. Различия между группами в правильном времени вызова во время практики были проверены с помощью анализа дисперсии смешанной модели Группа × Блок.Ручные навыки в пре- и посттестах были проанализированы с помощью анализа дисперсии смешанной модели Группа × Тест. Значимые основные эффекты группы и значимые эффекты взаимодействия отслеживались сравнениями групп. Уровень значимости сообщаемых значимых результатов был установлен на уровне p <0,05. Поправка Холма-Бонферрони для множественных сравнений применялась отдельно к показателям эффективности, правильному времени вызова и субъективным показателям.

Результаты

Практические проверки манипуляций

Время вызова

показывает прямоугольные диаграммы правильного времени вызова и перечисляет соответствующий статистический анализ.Правильное время вызова было в целом больше в группе U / V, чем в контрольной группе, что указывает на то, что группа U / V тратила больше времени на осмысление событий. При облетах с неисправностью руля направления это имело место в обоих блоках, тогда как при облетах с отказом двигателя это имело место только в первом блоке. Разбеги с отказом двигателя были исключены из статистического анализа из-за недостаточного количества валидных случаев в контрольной группе при первом запуске ( n = 1).Пропущенные случаи во всех сценариях возникли в результате того, что пилоты не дали ответа, дали только неправильный запрос или указали, что они не знают причину проблемы.

Ящичковые диаграммы Тьюки для правильного времени вызова в практическом занятии (верхние графики) и несвязанного теста на неожиданность и соответствующего теста на неожиданность (нижние графики). Значения представлены в виде медианы, межквартильного размаха и выбросов. ^* p <.05. ^** p <.01.

Таблица 5:

Статистический анализ правильного времени вызова во время практики

Время полета

Время управления самолетом в тренировочном занятии существенно не отличалось между группами, p = 0,670. Среднее время полета на тренировке составило 29 минут 47 секунд, SD = 1 минута 14 секунд.

Интерес и удовольствие

Не было существенной разницы в баллах по подшкале интереса и удовольствия инвентаризации внутренней мотивации, t = 0,55, p = 0,586, что указывает на то, что контрольная практика, среднее = 43,90 SD = 3,90, не был воспринят как менее интересный, чем практика U / V, среднее значение = 44,70, SD = 2,36. Обе группы оценили практику как близкую к максимальной (то есть 49), предполагая, что пилоты в целом нашли практику интересной и приятной.

Сопутствующий сюрприз-тест

Рабочие характеристики

Заезд был завершен успешной посадкой на взлетно-посадочную полосу 9 из 10 пилотов в группе U / V и 2 из 10 пилотов в контрольной группе. Это различие было значительным: χ ² (1, 19) = 9,90, p = 0,002. Один пилот в группе U / V и четыре пилота в группе управления приземлились в другом месте. Четыре других пилота в контрольной группе не справились с управлением в полете, и моделирование было остановлено из-за экстремального положения на малой высоте (<300 футов; см. E.грамм., ). Неудачные приземления всегда связаны с потерей авторитета элеронов. Трое пилотов в контрольной группе отреагировали на потерю управления элеронами увеличением газа, что усугубило проблемы. Средняя установка дроссельной заслонки при достижении 80 узлов в конце цепи была значительно ниже в группе U / V, чем в контрольной группе (), что означает, что группа U / V, по-видимому, использовала более благоприятное соотношение дроссельная заслонка / скорость во время посадка. Группа U / V также применила дифференциальный дроссель во время большей части последней части пробега ().Два пилота в обеих группах вообще не применяли его, а два пилота в контрольной группе применяли его только в противоположном направлении.

Высота и скорость (вверху), вход газа (в центре), угол крена и входные данные по крену (внизу) во время пробега с потерей управления в соответствующем тесте на неожиданность.

Таблица 6:

Групповые различия в соответствующем неожиданном тесте

Пример производительности

показывает пример, в котором пилот потерял управление. Дифференциальный дроссель не применялся во время пробега (средний график).На базовой опоре закрылки были установлены на 25 °, и была выбрана передача вниз, (верхний график). Это привело к быстрому падению скорости ниже 85 узлов примерно за 135 секунд (верхний график). Пилот ответил на это увеличением дроссельной заслонки (средний график). При повороте к взлетно-посадочной полосе власть элеронов была потеряна, на что указывает увеличение угла крена, несмотря на максимальные входные сигналы в противоположном направлении (также положительные по соглашению) за 140 секунд (нижний график). Высота заменялась скоростью 145 секунд (верхний график), и повышали передачу. был выбран снова, чтобы уменьшить сопротивление.Несмотря на эти усилия, снижение скорости снова привело к потере авторитета элеронов на 160 и 170 секундах, после чего полет был остановлен, чтобы предотвратить аварию.

Время вызова

Не было значительных различий между группами в правильном времени вызова (см. И). К отсутствующим значениям относятся четыре пилота, которые не определили неисправность, и четыре пилота, которые не внесли никаких вызовов, возможно, из-за того, что были слишком поглощены задачей. Ни в одном из пропущенных случаев не было неправильных уточнений.При заполнении анкеты после теста все пилоты указали, что они заметили возрастающие проблемы с управляемостью на подветренной стороне.

Субъективные оценки

События были оценены как значительно более легкие для понимания и менее неожиданные в группе U / V по сравнению с контрольной группой (). Показатели вздрагивания существенно не различались между группами, хотя наблюдалась тенденция к более низким показателям в группе U / V ( p = 0,063). Пилоты в среднем были удивлены умеренно (около 3.0) по событиям, указывая на то, что неожиданная манипуляция прошла успешно. Максимальный рейтинг неожиданности — 4 (очень) для всех событий. Оценка вздрагивания была в среднем от легкой (2,0) до умеренной (3,0). Максимальный рейтинг вздрагивания составил 5 в несвязанном испытании на неожиданность, 4 — при отказе руля направления и 3 — при отказе двигателя. Один пилот из группы U / V прервал взлет. Сценарий был повторен с указанием продолжить взлет, и субъективные оценки отказа двигателя были получены в отношении первого запуска.

Несвязанный тест-сюрприз

перечисляет результаты несвязанного теста-сюрприза. Не было значительных различий между группами ни по одному из показателей. Один пилот в группе U / V не выявил проблемы и совершил аварийную посадку. Один отсутствующий случай в контрольной группе был вызван неисправностью тренажера во время бега.

Таблица 7:

Групповые различия в несвязанном неожиданном тесте

Ручное тестирование до и после теста

В посттестах по сравнению с предварительным тестом, обе группы значимо использовали меньшее количество входов на элероны, F (1, 18) = 7,29, p = 0,015, а на руль высоты F (1, 18) = 23,15, p <0,001, что указывает на повышенное ознакомление с элементами управления. Не было значительных различий между группами по входам элеронов и руля высоты ( p =.522 и 0,354 соответственно), а также значимых эффектов взаимодействия Группа × Тест ( p = 0,421, p = 0,831 соответственно), что указывает на то, что практика не повлияла по-разному на навыки рук в группах.

Обсуждение

Результаты этого эксперимента на симуляторе показывают, что пилоты, которые прошли практику U / V, более эффективно использовали газ и воздушную скорость в новой и неожиданной ситуации, что привело к более успешным посадкам. Субъективные оценки подтвердили, что группе U / V было легче понять события в тесте, и, возможно, как следствие, они сообщили о значительно меньшем удивлении (Foster & Keane, 2015).Контрольные тесты показали, что результаты в соответствующем неожиданном тесте не были связаны с существовавшими ранее различиями между группами или различиями в привычке удивлять или знакомиться с контрольными группами. Три пилота в группе U / V потеряли власть над элеронами во время тренировочной сессии, что могло повлиять на их характеристики в соответствующем неожиданном тесте. Однако разница в успешных посадках между группами остается статистически значимой, если исключить этих пилотов.Кроме того, три пилота в контрольной группе также испытали потерю управления элеронами в начале соответствующего теста на неожиданность (перед поворотом на базовый этап).

Рейтинги неожиданности в тестах обычно были выше, чем рейтинги испуга, что указывает на то, что события были в первую очередь неожиданными, но не включали очень сильных или угрожающих стимулов. Интересно, что разница между группами в рейтингах испуга и неожиданности была схожей по величине, но разница между группами не достигла статистической значимости из-за большей дисперсии.Нечто подобное наблюдалось в предыдущем исследовании (Landman et al., 2017b), так что это может указывать на более высокую межличностную вариативность реакций испуга или более значительную вариацию в интерпретации шкалы оценки испуга. В этом отношении стоит задуматься о ценности усредненной реакции удивления и испуга. Хотя это требуется для статистического анализа эффективности обучения, индивидуальное обучение пилотов может получить больше пользы от оценки индивидуальной реакции удивления и испуга.

Ограничением исследования является то, что тренировочная сессия была очень короткой, и пилоты не были обучены профессионально. Между практикой и неожиданным тестом было мало времени, поэтому исследование не дает представления о долгосрочных эффектах практики U / V. Прежде чем внедрить U / V в обучение пилотов, следует тщательно рассмотреть такие факторы, как оптимальная степень U / V, какие аспекты задач сделать непредсказуемыми или изменяемыми, а также оптимальный этап обучения для введения U / V. Наконец, нельзя исключать наличие непреднамеренных различий между группами.

Результаты интересны в свете современных теорий удивления и осмысления (например, Klein, Moon, & Hoffman, 2006; Landman et al., 2017a; Zhang et al., 2008). Согласно этой теоретической схеме, группа U / V, по сравнению с контрольной группой, была более стимулирована для выполнения действий по осмыслению во время тренировки, что помогло им развить лучший «фрейм» в отношении эффектов асимметричной тяги, контроля входных сигналов и воздушной скорости на поведение самолета.Поскольку этот кадр был применим в соответствующем неожиданном тесте, он, возможно, помог группе U / V более быстро и широко разобраться в событиях. В соответствии с предыдущей литературой по построению фреймов или схем (например, Neisser, 1976; Schmidt, 1975), наши результаты подразумевают, что получение знаний о принципах, лежащих в основе конкретного опыта обучения, необходимо для формирования устойчивых сложных навыков. Текущее исследование также предполагает, что U / V-тренировка является средством для достижения такой устойчивости (см. Также Van Merriënboer et al., 2002). Дальнейшие исследования могут быть направлены на выяснение, существуют ли более общие навыки решения проблем (например, «гибкие процедуры»; Field, Rankin, Mohrmann, Boland, & Woltjer, 2017), которые могут быть эффективно применены в совершенно новых и непрактичных ситуациях. .

В заключение, результаты показывают, что организация части обучения пилотов в режиме U / V может быть эффективным средством для улучшения обобщения навыков для ситуаций в полете, которые явно не обучаются. Кроме того, они предполагают, что одностороннего и предсказуемого обучения недостаточно как средства для подготовки пилотов к неожиданным и новым ситуациям.

Ключевые моменты

• Добавление непредсказуемости и вариативности к сеансу обучения на тренажере улучшило реакцию пилота на неожиданный тест, который потребовал применения отработанных навыков.

• Контрольные тесты показали, что эффекты не были связаны с привыканием к удивлению или знакомством с контрольными объектами.

• Результаты показывают, что предсказуемые и односторонние сценарии обучения недостаточны для подготовки пилотов к неожиданным ситуациям в полете.

Благодарности

Мы благодарим Германа Колстра, доктора философии, за помощь в разработке и настройке потрясающих сценариев полета. Кроме того, мы благодарны рецензентам за полезные комментарии по улучшению окончательной рукописи.

Биография

•

Аннемари Ландман получила степень магистра наук о движении человека в Университете VU в Амстердаме в 2011 году. В настоящее время она является докторантом факультета аэрокосмической техники Делфтского технического университета.

Питер ван Оршот получил степень магистра в области аэрокосмической инженерии (управление и эксплуатация) в Техническом университете Делфта в 2017 году.

М. М. (Рене) ван Паассен получил степень магистра и доктора наук в области аэрокосмической техники в Делфтском техническом университете в 1988 и 1994 годах, соответственно. В настоящее время он является доцентом факультета аэрокосмической техники Делфтского технического университета.

Эрик Л. Гроен получил докторскую степень по биологии в 1997 году в Утрехтском университете. В настоящее время он является старшим научным сотрудником исследовательской группы по мультимодальным интерфейсам, департамент человеческих интерфейсов, TNO Human Factors.

Адельберт В. Бронкхорст получил докторскую степень по аудиологии в 1990 году на медицинском факультете Университета Амстердама.В настоящее время он является ведущим научным сотрудником TNO Human Factors и профессором по специальному назначению прикладной когнитивной психологии в Университете VU в Амстердаме.

Макс Малдер получил степень магистра и доктора наук в области аэрокосмической техники в Техническом университете Делфта, Нидерланды, в 1992 и 1999 годах, соответственно. В настоящее время он является профессором факультета аэрокосмической техники Делфтского технического университета.

Информация для авторов

Аннемари Ландман, TNO Soesterberg, Нидерланды.

М. М. (Рене) ван Паассен, Технологический университет Делфта, Нидерланды.

Адельберт В. Бронкхорст, TNO Soesterberg, Нидерланды.

Макс Малдер, Делфтский технологический университет, Нидерланды.

Список литературы

Microsoft Flight Simulator стал еще лучше с этим джойстиком Airbus

Если вы не являетесь заядлым поклонником авиасимуляторов, у вас, вероятно, нет на вашем рабочем столе клюшки.Было время, когда джойстики или более общие «джойстики» были важным игровым аксессуаром для ПК, но поддержка Windows геймпадов в стиле Xbox росла, так как спрос на игры, имитирующие воздушные и космические бои, уменьшался. Теперь это своего рода нишевый продукт.

Это вполне может измениться в этом году. Завтра состоится запуск Microsoft Flight Simulator , великолепного и амбициозного проекта, который знаменует собой невероятное обновление для серии — и он будет доступен всем, кто имеет абонемент Xbox Game Pass.Тем временем осенью Star Wars: Squadrons обещает воссоздать напряженные космические сражения игр X-Wing и TIE Fighter из 90-х годов. Я бы тоже не мечтал об игре с геймпадом, поэтому мне захотелось найти хороший джойстик начального уровня, который бы оправдал их.

Я ожидаю, что новый Sidestick от Thrustmaster за 69,99 долларов США, который я тестировал некоторое время, станет популярным выбором. (Его полное название — TCA Sidestick Airbus Edition.Он спроектирован как копия 1: 1 боковой ручки, используемой в Airbus A320 — известном отличии от традиционных коромысел Boeing — и работает с Microsoft Flight Simulator прямо из коробки без какой-либо настройки.

Я бы не назвал Sidestick продуктом премиум-класса, потому что местами он кажется немного пластичным. Но в целом меня впечатлила цена. Основание достаточно прочное, само движение стика убедительно, и пользоваться им гораздо приятнее, чем геймпадом.

Sidestick не лишен опций ввода или настраиваемости. На основании 12 кнопок и четыре на ручке, а также 8-позиционный переключатель шляпы (для осмотра кабины), поворотный фиксатор и ползунок дроссельной заслонки, который можно настроить в качестве дополнительной «кнопки». внизу его бросить. Стик также поставляется со сменными боковыми кнопками, которые позволяют вам установить его в качестве правого или левого сиденья авиалайнера в зависимости от того, где вы разместите более широкий модуль красной кнопки, или вы можете выбрать узкие или широкие варианты с обеих сторон.

Ползунок газа — самое слабое место боковой ручки. Он кажется хлипким, а маркировка на основании стика не очень помогает вам определить положение. Тем не менее, он выполняет свою работу, и если вы хотите модернизировать его в дальнейшем, этот Sidestick совместим с экосистемой педалей и дросселей Thrustmaster TCA. Соответствующий квадрант дроссельной заслонки Airbus за $ 99,99 должен выйти в следующем месяце.

Я не могу утверждать, что разбираюсь в механике полетов на реальных самолетах, но могу сказать, что Microsoft Flight Simulator чувствует себя бесконечно более убедительно с этим Thrustmaster Sidestick, чем с геймпадом Xbox.То, как он обеспечивает большее сопротивление и дает вам лучший контроль над тремя осями движения в воздухе, на самом деле не то, что вы можете воспроизвести с помощью маленькой ручки. Такая палка, если не эта конкретная, должна считаться необходимой для Flight Simulator .

При подготовке к Star Wars: Squadrons я также вернулся и протестировал Sidestick с некоторыми старыми играми, такими как TIE Fighter и X-Wing Alliance , и он отлично работал, несмотря на то, что якобы был разработан для моделирования гражданской авиации.Эти игры Star Wars в свое время в значительной степени полагались на управление с клавиатуры, даже если у вас был джойстик, но набор программируемых кнопок Sidestick полезен для таких вещей, как управление щитами и мощностью лазера на лету.

Если вас интересуют эти игры, вам действительно стоит подумать о приобретении джойстика, и TCA Sidestick Airbus Edition от Thrustmaster — это такой же надежный вариант начального уровня, как я мог себе представить. При цене 69,99 доллара он примерно соответствует цене обычного контроллера Xbox One, но предлагает нечто совершенно иное.Единственная проблема может заключаться в том, чтобы заполучить один из них, поскольку его уже нет в наличии через Microsoft, но, если вы можете, он настоятельно рекомендуется именно таким, какой он есть.

Фотография Сэма Байфорда / The Verge

Как оптимизировать конструкцию гребного винта

Пропеллер — это особый тип вентилятора, который преобразует вращательное движение в тягу, создавая перепад давления в окружающей жидкости. Стандартные вентиляторы и пропеллеры имеют одинаковую физику, но вентилятор обычно неподвижен, тогда как пропеллер приводит в движение объект.Пропеллеры являются основным компонентом многих промышленных образцов вращающегося оборудования. Ключевой задачей при разработке гидродинамического или аэродинамического винта является обеспечение эффективности.

Конструкция гребного винта

оценивается по полезной выходной мощности, которую он производит. Например, полезная выходная мощность вентилятора — это то, насколько быстро вентилятор может ускорить окружающий воздушный поток. Из-за их динамической природы эффективность гребных винтов вместо этого измеряется тягой, развиваемой на лопастях, и тем, как она приводит в действие соответствующую систему, будь то лодка, самолет или другое приложение.Для определения истинной эффективности используется следующее уравнение:

Где:

• Усилие, Н
• Осевая скорость в м / с
• Момент сопротивления в Нм
• Скорость вращения, об / с

Конструкция гребного винта

Параметры конструкции могут повлиять на работу гребных винтов или вентиляторов. Эти переменные могут включать количество необходимых лопастей, размер внешнего диаметра, угол атаки, влияющий на шаг, а также угол передней и задней кромки лопасти и многие другие.

Коэффициент полезного действия конструкции гребного винта

Увеличение количества лопастей фактически снижает эффективность гребного винта, но при большем количестве лопастей обеспечивается лучшее распределение тяги, помогающее поддерживать балансировку гребного винта, поэтому необходимо найти компромисс.

Коэффициент полезного действия конструкции гребного винта

Диаметр гребного винта существенно влияет на его эффективность.Пропеллеры большего размера способны создавать большую мощность и тягу при увеличении объема жидкости. Тем не менее, большинство конструкций сталкиваются с ограничениями, когда дело касается диаметра, поэтому оптимизацию необходимо проводить где-то еще.

Коэффициент полезного действия конструкции гребного винта

Вместо стандартных коэффициентов подъемной силы и сопротивления для обеспечения эффективности конструкции воздушного винта требуются специальные профили с заданными углами атаки на каждом радиусе. Распределение Cl (коэффициент подъемной силы) и Cd (коэффициент сопротивления) по радиусу можно изучить, выполнив анализ для расчетной точки.Для максимальной эффективности крыловые профили должны работать на максимальном L / D. Если гребной винт также должен работать достаточно хорошо в плохих условиях, обычно необходимо использовать меньший угол атаки для конструкции.

Коэффициент полезного действия конструкции гребного винта

Предполагаемая скорость потока жидкости, будь то воздух или вода, — еще одна важная переменная, которую необходимо учитывать. Эта сила вместе со скоростью вращения (об / мин) определяет распределение системы по шагу.Пропеллер большой конструкции может стать менее эффективным при работе на осевой скорости. Наиболее эффективными являются конструкции, в которых отношение шага к диаметру составляет 1: 1.

Расчетный коэффициент полезного действия гребного винта

Хотя фактическая плотность жидкости не влияет на эффективность системы, она играет роль в определении формы и размера на ранней стадии процесса проектирования. Например, воздушный винт, используемый для самолетов и дронов, будет иметь большую поверхность, чем его водные аналоги, поскольку плотность жидкости меньше.

Лезвия и кожухи можно оптимизировать для увеличения выходной мощности устройства при минимизации потерь из-за неэффективности потока. CFD из онлайн-инструментов, таких как SimScale, представляет собой отличное решение для выполнения быстрых итераций, позволяющих достичь оптимального дизайна без необходимости чрезмерного физического прототипирования. Следующий проект моделирования исследует эти концепции и общую эффективность гребного винта.

Повышение эффективности конструкции гребного винта

Этот проект моделирует конструкцию гребного винта при нескольких оборотах в минуту.Были оценены различные факторы, включая воздушный поток над лопастями, возникающую в результате турбулентность и показатели производительности, такие как крутящий момент, осевое усилие и скорость.

Моделирование измеряет полезную мощность или тягу, возникающую в результате входной мощности или крутящего момента, действующего на винт.

Извлеките значения тяги и крутящего момента для каждого рабочего состояния с помощью контроля результатов «силы и моменты» (Источник: SimScale)

При определенных и фиксированных скоростях набегающего потока было протестировано 5 различных оборотов в минуту для оценки их соответствующей эффективности.Как показано ниже, моделирование показало, что конструкция пропеллера наименее эффективна при самых высоких оборотах и ​​должна работать около 4000 об / мин для достижения наилучших результатов.

Конструкция винта

Благодаря онлайн-моделированию стало проще, чем когда-либо, использовать технологию CAE для упреждающего тестирования итераций проекта перед созданием прототипа. Для конструкции вентилятора или пропеллера это особенно верно, поскольку испытание различных скоростей вращения имеет решающее значение для обеспечения общей эффективности конструкции.

Хотите узнать больше об оптимизации конструкции гребного винта? Посмотрите наш вебинар, чтобы увидеть моделирование проекта в реальном времени и стать мастером CFD прямо сейчас: