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ANSYS的博客

2017年9月23日

研制替代螺旋桨的无叶推进系统

100多年来,螺旋桨一直是飞机、直升机和船舶制造商的首选推进方法。随着多旋翼技术的兴起,这种古老的推进方式的局限性给无人机快递和“飞行汽车”等新兴产业带来了玻璃天花板。除了明显的安全问题外,叶片旋转速度越快,将能量转化为推力的效率就越低。转速经济上限的一个关键原因是,叶片旋转速度越快,质量流中的涡流几何形状就越突出,这是对推进的寄生。这限制了有效载荷和范围。

导管反涡径向叶轮模拟速度等值面的CFX - CFD-Post的ISO、侧面和俯视图。

无叶推进系统解决方案

Mohyi实验室发明了一种有可能改变游戏规则的“无叶片”推进系统。技术名称是导管反涡径向叶轮推进。当径向叶轮自由旋转或在正常管道内旋转时,流动几何形状类似于强涡模式。而径向叶轮提供大量的气流,因为这种涡模式,他们提供几乎没有推力。通过将径向叶轮与Mohyi实验室的导管反涡几何结构相结合,我们通过抵消涡流并将气流向下定向,将气流转化为推力。

全能之眼

虽然“猜测和检查”的方法可能已经足够建立概念的证明,气流是一个本质上复杂的介质工作。Mohyi实验室正在使用Ansys作为我们的全视之眼,以消除繁琐的猜测。根据我的经验,90%的解决方案是理解问题。使用Ansys CFX工具,我们可以隔离每个气流特性,以便绘制详细的图片。利用这幅大图,我们最终可以梳理出复杂性的不同层次,一次解决一个问题。

反馈循环

一个人不能简单地制造一个无叶推进系统。从最初的设计到现在,我们已经走过了漫长的道路。Ansys不仅使我们能够可视化流动几何中的寄生涡,而且还可以精确地隔离离散速度区域,并使我们能够研究推力表面上的压力分布。这给了我们一个几乎即时的反馈回路,我们可以快速实验曲率,角度和腔室尺寸。

优化涉及无数次迭代以达到峰值性能特征。通常情况下,这将是一个艰巨的过程,因为物理原型是昂贵和耗时的制造;必须为每个原型安装昂贵的测试设备;并且必须处理原始输出数据。使用流线型和直观的Ansys Workbench图形用户界面,我可以快速修改仿真研究的任何元素,包括几何本身,并生成数据。参数化研究通过自动化分析某些可变参数进一步加速了这一过程。

该产品

第一个用例是送货无人机。由于无叶片无人机不能割伤人,所以它可以在人口稠密地区的最后一英里送货时以肩平或低于肩的高度飞行。这消除了无人机和包裹在系统故障时砸到人的可能性。在…的帮助下Ansys启动程序在美国,Mohyi实验室希望通过将安全高效的送货无人机带到人口密集地区来改变这一局面。


导管反涡径向的无叶无人机化身。

一旦完善,我们将扩大自主个人空中运输技术的规模。这将是一项艰巨的任务,但在Ansys的帮助下,未来比你想象的更近。


单叶无叶推进器的原型。


在城市上空飞行模式中体现反旋转导管反涡径向叶轮技术的自动飞行汽车。

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