Anonim

يرتفع الطلاب إلى التحدي في تصميم الطائرات الكهربائية من NASA

الطائرات

كولين جيفري

الخامس من آب 2015

5 صور

وكان الفائز الوحيد في قسم الدراسات العليا توم نيومان لتصميمه البخاري (الائتمان: Tom Neuman / Georgia Institute of Technology)

في تحدي أخير صادر عن وكالة ناسا ، طُلب من طلاب الجامعات تصميم طائرة كهربائية متوخاة لدخول الخدمة في عام 2020 والتنافس تجارياً مع المركبات ذات المحرك المكبسي القياسي. ورداً على ذلك ، تلقت وكالة الفضاء طلبات من 20 جامعة عبر الولايات المتحدة لم تكتف بالافتتاحية فحسب ، بل ذهبت في العديد من الحالات إلى أبعد من ذلك لتثير إعجاب القضاة. نلقي نظرة على الفائزين الخمسة الأوائل.

تم تقييم التصاميم ليس فقط على أساس جدارة ، ولكن أيضا النظر فيما يتعلق بمستوى الجامعة الطلابية. على هذا النحو ، تم تصنيف التقديمات إلى دراسات التصميم للدراسات العليا والدراسات الجامعية وتم الحكم عليها وفقًا لذلك.

مستوى الدراسات العليا

بخار

والفائز الوحيد لهذا القسم هو توم نيومان ، وهو طالب دراسات عليا حائز على ماجستير في هندسة الطيران في مختبر تصميم نظم الفضاء في معهد جورجيا للتكنولوجيا. جلب تصميمه في المراوح المزدوجة 8 قدم (2.5 م) ذيل محمولة ، وفقا لنيومان ، كانت على غرار الكمبيوتر لتحقيق الكفاءة 92 في المئة.

وبفضل تصميم جسم التدفق الصفحي الفعال ومعدلات الهبوط القابلة للسحب من أجل زيادة تقليل السحب ، يحقق البخار نسبة انخفاض قدرها 25٪ في السحب الطفيلي مقارنةً بالطائرة Cirrus SR22 المستخدمة كمعيار قياسي للطائرات الخفيفة.

تم تصميمه ليتم تشغيله بواسطة خلية وقود غشائية لتبادل البروتونات (PEMFC) ، حيث يدعي نيومان أنه قام بتطوير طاقة محددة تبلغ 800 وات / كغ في دراسته التصميمية بكفاءة مذهلة بنسبة 55٪. مع هذا التركيب ، من المتوقع أن يكون Vapor قادرًا على 800 ميل بحري (1،482 كم) بسرعة مبحرة تبلغ حوالي 150 عقدة (278 كم / ساعة).

المستوى الجامعي

Bladessa

في المقام الأول في هذه الفئة هو تصميم أنتج من قبل فريق من الطلاب من جامعة كاليفورنيا ، ديفيس (جامعة كاليفورنيا ديفيس). التصميم أكثر تقليدية مع المحركات ذات الأجنحة التوأم. ومن المفترض أن يتم بناء مفهوم المروحة باستخدام مواد مركبة ، ويقصد بمحطات الطاقة الكهربائية أن تكون مدفوعة ببنك بطاريات ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن.

أنتجت إيثان كيلوج وأعضاء الفريق مطالبة تصميم أداء من 135 عقدة (250 كم / ساعة) سرعة المبحرة ومجموعة من 520 ميلا بحريا (963 كم) لبلاديسا. وبفضل قوة 270 حصانًا (200 كيلووات) على الصنبور ، يُقصد من تصميم Bladessa أن يكون وزن الإقلاع الأقصى حوالي 4،200 رطل (1،900 كجم) ، بما في ذلك ما يصل إلى 700 رطل (317 كجم) من الحمولة.

مرة أخرى ، تم تصميم تدفقات رقائقي بعناية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة والحد الأدنى من السحب على جسم الطائرة وحولها.

Areion

في المركز الثاني كان هناك تصميم آخر لجامعة كاليفورنيا ديفيس ، وهذه المرة نوع من المروحة دافع مع الخردل إلى الأمام. ومن المفترض أن يتم تسميته بعد الحصان الخالد المجنح الذي ولد للإلهة ديميتر ، وقد تم تصميم هذا التكوين أيضًا لتخفيض مساحة الجناح الرئيسي وسحبه باستخدام تصميم الجنيب الممزوج ومجموعة من أغطية الفوطون المتألقة.

ووفقاً للفريق الذي يقوده "لويس إيدلمان" ، الذي يدرس في السنة الرابعة ، فإن هذا يتيح استخدام تقنية التدفق الصفحي الطبيعي (NLF) لتقليل متطلبات الطاقة على غلاف الطائرة.

ومرة أخرى ، فإن التفاصيل المميزة للطائرات والكهرباء ورحلات الطيران الكهربائية متفرقة ، لكن الفريق يقول إنها ستكون خلية وقود تعمل بالهيدروجين وتوفر الطاقة.

BeamTree PH-10

احتلال المركز الثالث في قائمة الفائزين كان تصميم من فريق في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا. مع جناحيها البالغ طولها 48.5 قدم (14.7 متر) ، ومحرك AC التعريفي ، وثلاث بطاريات من بطاريات ليثيوم أيون ، تم تصميم BeamTree PH-10 لتكون قادرة على سرعة كروز تبلغ 175 عقدة (325 كم / ساعة) لمسافة مثيرة للإعجاب من 783 ميل بحري (1،450 كم).

كانت الكتلة الكبيرة من نظام الدفع الكهربائي هي المحرك الرئيسي للتصميم لفريق Virginia Tech الذي تصور جسمًا صغيرًا لتقليل حجم السحب الجانبي مع الجنيحات للمساعدة على تحسين الكفاءة الديناميكية الهوائية.

سكوبا ستينغراي

إن أفضل خمسة تصاميم هي تصميم SCUBA Stingray - وهو أيضًا مشارك آخر من UC Davis - والذي تلقى ذكرًا مشرفًا. تم تصميمها لاستخدام نظام هجين من الألمنيوم والهواء / ليثيوم أيون المتطور لضمان سعة حمولة طويلة المدى وثقيلة.

تشتمل مواصفات التصميم على سعة حمل تتسع لأربعة ركاب ، إلى جانب نطاق يُطالب به لمسافة لا تقل عن 500 ميل بحري (926 كم) ، تحمل حمولة تزيد عن 400 رطل (180 كيلوغرام) ، وكل ذلك أثناء الإبحار بسرعة تزيد عن 130 عقدة ( 240 كم / ساعة).

إن جوانب التصميم البارزة في Stingray ، وفقًا للفريق ، هي أجنحة أساسية وأفقية مدببة ، ومعدات هبوط ذات عجلات ثابتة ، إلى جانب مجموعة كبيرة من T-tail empennage.

وفقا لوكالة ناسا ، فإن أفكار هؤلاء الطلاب هي أكثر من مجرد تمارين أكاديمية. كما يتضمن البحث في وكالة الفضاء في مجال الطيران إيجاد طرق لخفض الاعتماد على الوقود الأحفوري وخفض انبعاثات قطاع الطيران بما في ذلك تقليل الضوضاء حول المطارات.

"إن البحث والتفكير النقدي الذي ذهب إلى كل من هذه التصاميم كان مثيرا للإعجاب للغاية" ، قال جايون شين ، المدير المساعد للملاحة الجوية في ناسا. "من الواضح أن هناك جيل جديد من المبدعين في مجال الطيران على وشك أن يجعل بصمتهم على مستقبل الطيران. "

سيتم دعوة الفائزين في هذا التحدي لزيارة وكالة ناسا في أكتوبر لتقديم عملهم.

مصدر:

NASA

وكان الفائز الوحيد في قسم الدراسات العليا توم نيومان لتصميمه البخاري (الائتمان: Tom Neuman / Georgia Institute of Technology)

يُطلق على كل التصميم الكهربائي الذي حصل عليه الفائز بالجامعة من جامعة كاليفورنيا في ديفيس اسم "Bladessa " (Credit: Ethan Kellogg / Team 151 / UC Davis)

تم تصميم أريون لاستخدام نظام الدفع بخلية وقود الهيدروجين (Credit: Louis Edelman / UC Davis)

يخطط تصميم SCUBA Stingray لاستخدام نظام هجين من الألمنيوم والهواء / أيونات الليثيوم في نظام الدفع الخاص به (Credit: Andres Zuniga / UC Davis)

ويدعى BeamTree PH-10 جناحيها كبير ونسبة عالية للرفع إلى السحب (Credit: Drew Sullivan / Virginia Tech)

موصى به اختيار المحرر