飞行汽车是一种结合了汽车和飞机功能的创新交通工具,它能够在道路上行驶,也能够在空中飞行。这种技术融合了传统的地面交通和航空技术,为城市交通提供了一种全新的解决方案。飞行汽车的设计理念旨在缓解交通拥堵,提供更快捷的点对点旅行方式,并且具有潜在的环境效益,例如减少碳排放和噪音污染。
1.地面效应
地面效应是指飞行器在接近地面飞行时,由于地面的存在而对飞行器的空气动力学特性产生影响的现象。当飞行器靠近地面时,旋翼高速旋转,地面会阻挡和反射气流,减少翼尖涡流的强度,从而降低诱导阻力,增加升力。这种效应使得飞行器能够在较低的速度下保持稳定飞行,并且在某些情况下,可以承载更多的载荷。地面效应在设计飞行汽车和垂直起降(VTOL)飞行器时尤为重要,因为它直接影响到它们的性能和安全性。
2.地面效应CFD仿真
上面视频是四轴飞行器孤立旋翼在地面效应下的悬停流动可视化,飞机位于旋翼下方一个半径处。用涡度大小着色的Q-准则等值面显示了涡流尾迹和与地面的相互作用,其中紫色表示低,黄色表示高。流动可视化揭示了单个旋翼在地面效应下的复杂尾迹。
使用数亿个网格对飞行器、地面和周围空气进行建模。NASA的OVERFLOW CFD求解器在位于Ames的NASA高级超级计算(NAS)设施的Pleiades、Electra和Aitken超级计算机上运行。完成单个旋翼高保真CFD仿真案例大约需要40天和2000个CPU。
这些模拟使研究人员能够更好地表征飞行器在接近地面时的空气动力学特性。还研究了沿地面的模拟诱导流动(称为流出)。工程师发现旋翼之间的相互作用导致出现危险区域,由于强风和大风,人们不能站立。
模拟数据将用于帮助调整保真度较低的方法,这些方法计算量较小,使参数研究更加易于管理。低保真度和高保真度结果的结合可以用来构建飞行器周围危险区域的地图,这将为乘客和操作员提供安全上下车的安全路线信息。
Ames团队将比较不同飞行器设计的模拟结果,以突出地面效应如何影响性能和安全。