Автор: Lauren Nagel
WindShapers — технологія аеродинамічних випробувань дронів. Назви «відкрита аеродинамічна труба», «генератор вітру» та «генератор тривимірного потоку» правильні, але не повністю описують можливості.
Пояснимо будову, керування та відмінності від інших технологій.
Зміст
- Що таке WindShaper
- Керування WindShaper
- Можливі профілі вітру
- Переваги й недоліки
- Сумісні системи та механізм нахилу
Рисунок 1. Дрон із нерухомим крилом перед WindShaper 12 × 8
1. Що таке WindShaper
Основний компонент WindShaper — стінка вентиляторів, що створює профілі вітру для перевірки вітростійкості, вільного польоту та інших випробувань.
Базові вітрові модулі комбінуються в різні форми. Позначення 6 × 3 означає шість модулів завширшки й три заввишки.
Модуль приблизно 25 × 25 см має дев’ять незалежних вітрових пікселів із двома вентиляторами кожен. Залежно від розміру установка дає до 16 м/с або до 45 м/с зі звужувальним пристроєм.
Рисунок 2. WindShaper 2 × 2 із позначенням модуля та пікселя
Швидкість і час роботи кожного вентилятора програмуються окремо для тривимірних профілів; докладніше в розділі 3.
До основної стінки (1) додають бокові (2) для бокового вітру й кутів. Також є блоки розподілу живлення (3) та бортовий комп’ютер (4), рисунок 3.
Рисунок 3. Будова WindShaper
Розміри різні: одні моделі вміщуються на столі, інші потребують окремої лабораторії.
2. Керування WindShaper
Програма WindControl показує пікселі синіми квадратами та шкалу PWM праворуч. Вентилятори мають два протилежно обертові шари. Однаковий PWM обох дає найкращі характеристики й найменше закручування, але ними можна керувати окремо.
На прикладі основна стінка 12 × 8 і дві бокові 2 × 8 мають загалом 1008 пікселів, або 2016 вентиляторів. Усі стінки керуються вручну або Python API.
Рисунок 4. Інтерфейс WindControl
Для ручного керування виберіть пікселі або групи й уведіть швидкість — зміни негайні. Математична функція створює сталий або змінний у часі профіль.
Python API автоматизує заздалегідь задані потоки, звільняючи оператора для керування апаратом і спостереження. Також підтримує складні потоки та зв’язок із дроном, камерами й зондами.
Після випробування дані модулів експортуються ZIP-архівом із часовими мітками, характеристиками й станом установки.
3. Можливі профілі вітру
Сталі й змінні профілі можна використовувати окремо або поєднувати.
Сталий потік
Подібний до традиційної труби: швидкість задають рівною швидкості польоту в нерухомому повітрі, а дрон утримує положення. Відносна швидкість відповідає польоту. Випрямляч потоку зменшує турбулентність.
Рисунок 5. Дрон у сталому вітрі
Турбулентний потік
Відтворює вплив погоди й рельєфу на висотах дронів, де ламінарний потік малоймовірний. Модуляція пікселів задає однакову або різну турбулентність у частинах зони.
Рисунок 6. Дрон у турбулентному потоці
Зсувний потік
Сусідні паралельні шари рухаються з різною швидкістю, як біля стін, рослинності чи теплових зон. Різні швидкості сусідніх пікселів також створюють примежовий шар без традиційних блоків шорсткості чи шпилів.
Рисунок 7. Група дронів у потоці зі зсувом вітру
Змінний у часі потік
Кожен піксель змінює швидкість, наприклад 2 → 10 → 2 м/с, відтворюючи реальні події, зокрема проїзд автомобіля поруч із дроном.
Рисунок 8. Зміна вітру позаду вантажівки
Пориви
Різкі зміни швидкості пікселів відтворюють пориви для дослідження зміщення дрона, вітростійкості та реакції контролера. Бокові стінки додають бокові пориви.
Рисунок 9. Порив під час обльоту будівлі
Вертикальний вітер і посадка
Під час посадки власний індукований потік створює нестійкі умови. Горизонтально розташований WindShaper відтворює відповідний вертикальний потік.
Рисунок 10. Відпрацювання зльоту й посадки
Це лише частина можливостей. Для конкретного випробування зверніться до відділу продажів , щоб обговорити реалізацію.
4. Переваги й недоліки
Основні переваги та обмеження для випробування й перевірки дронів:
Переваги
- Контроль і відтворюваність: на відміну від непередбачуваної погоди надворі, запрограмований профіль можна точно повторювати.
- Зручність: колеса спрощують переміщення, а компактна конструкція потребує мало місця для зберігання.
- Великий простір: модулі формують потрібну зону для повнорозмірного апарата або групового польоту.
- Змінні потоки: незалежні пікселі відтворюють складні зміни в просторі й часі, недоступні одному вентилятору традиційної труби.
- Вільний політ: дрон рухається в запрограмованому потоці без кріплення, яке потрібне більшості традиційних труб.
- Багато сценаріїв: незалежне керування створює майже необмежені комбінації турбулентності, поривів і теплових ефектів.
- Горизонтальні й вертикальні випробування: нахил дає обидва напрямки потоку в одній установці замість двох окремих труб.
- Регульована рівномірність: програмне коригування вирівнює профіль по робочому перерізу.
Рисунок 11. Квадрокоптер перед WindShaper 8 × 8
Недоліки
- Обмежена швидкість: заявлені стінки дають до 20 м/с, із конфузором — до 58 м/с. Це підходить більшості дронів, але не трансзвуковим або надзвуковим режимам.
- Турбулентність: типова інтенсивність близько 5% вища за авіаційні труби. Додатковий фільтр може знизити її до менш ніж 1%.
- Шум: малі вентилятори створюють вищі частоти, які гірше поширюються й легше ізолюються бетонною стіною або захистом слуху, ніж низькочастотні коливання великих труб.
5. Сумісні системи
Додаткові системи розширюють випробування. Зверніться до відділу продажів за інформацією про аксесуари:
Стенд силової установки
Стенд одночасно вимірює характеристики під дією різних потоків. Станція WindShaper 2 × 2 спеціально призначена для двигунів і пропелерів до 5 кгс тяги та 16 дюймів діаметра.
Рисунок 12. Станція WindShaper 2 × 2
Для більших апаратів поєднуйте більший стенд та індивідуальний WindShaper. Наприклад, Flight Stand доступний у варіантах 15 і 50 кгс для одинарних або співвісних систем.
Стенд вимірює тягу, момент, оберти, потужність і ефективність на кожному етапі польоту.
Конфузор
Звужувальний пристрій перед WindShaper підвищує швидкість із 16 до 45 м/с, але зменшує робочу зону. Дифузор після неї може підвищити швидкість понад 55 м/с (рисунок 14).
Фільтр потоку та зниження турбулентності
Фільтр зменшує небажану турбулентність і вирівнює потік для традиційних вимірювань сили чи тиску з меншим шумом.
Рисунок 15. WindShaper 6 × 3 із фільтром
Механізм нахилу
Поворот на 90° переводить установку з вертикального в горизонтальне положення для теплових потоків, впливу землі та посадки. Це також тренажер навичок пілота.
Висновок
Залишайте запитання в коментарях — ми відповімо.
Для придбання WindShaper можна запросити ціну у нашого відділу продажів.