En una historia en la que estoy trabajando, los personajes necesitan un dron de ala fija que pueda encontrarse con un dirigible, donde por "cita" quiero decir "llegar a una distancia muy corta a una velocidad relativamente baja". El desafío es que el dirigible normalmente volará a través de ráfagas poderosas y una cizalladura del viento abrupta, idealmente en condiciones similares a las de un huracán o peor. Los personajes tienen el tiempo y los recursos para diseñar y construir un dron personalizado para este propósito, y aunque me doy cuenta de que probablemente tendré que estirar la credulidad en algún momento, me gustaría que el diseño del dron al menos parezca plausible. De ahí mi pregunta: ¿Cómo sería un dron hecho a medida para tales misiones?
Esto es lo que encontré hasta ahora (y que espero sea exacto):
La carga alar es el factor individual más importante en la respuesta a las ráfagas. Si la única preocupación fuera lidiar con el viento, el dron tendría tanta carga alar como pudiera manejar. Sin embargo, también necesito que el encuentro se realice a una velocidad aerodinámica baja (relativa al dirigible).
Una envergadura larga es una desventaja en la cizalladura del viento, lo que aumenta la posibilidad de una pérdida asimétrica y aumenta el momento de balanceo incluso si no hay pérdida; el dron probablemente debería tener las alas pegadas al cuerpo.
Dado el riesgo de pérdida repentina, las alas deben diseñarse con un lavado sustancial. Probablemente no serán barridos (en ninguna dirección), porque la reducción de la resistencia no es una consideración de conducción y porque las alas barridas tenderían a empujar el dron con la nariz hacia arriba en una pérdida.
Las alas anédricas, si bien son menos buenas para la estabilidad, harían que el dron se ladeara con vientos cruzados, lo que podría ser útil dada la demora de retroalimentación con la que tiene que lidiar el piloto del dron, y parte de la estabilidad podría compensarse colocando las alas en alto, creando un efecto de péndulo. Pero quizás la estabilidad sea el factor más importante aquí.
Una cola invertida hará que el dron ruede y gire en los vientos cruzados. No estoy seguro de si una T invertida o una V invertida tendrían más sentido.
También encontré algunos aviones que son volados intencionalmente hacia huracanes: el Lockheed WC-130, el Lockheed WP-3D Orion, el Gulfstream IV, el Douglas DC-8, el ER-2 de la NASA (un derivado del U-2 de Lockheed) y el AAI Aerosonde, el único dron de mi lista. El último, al menos, respalda algunas de las ideas que tengo arriba.
Primero, ¡felicitaciones por la pregunta bien investigada! Ciertamente hiciste tu tarea antes de venir aquí.
Como usted mismo se dio cuenta, su requerimiento es bastante contradictorio. También me pregunto qué dirigible volaría hacia los huracanes, pero lo dejo de lado por el momento.
Para reducir la susceptibilidad a las ráfagas, una configuración variable sería una opción. Sin embargo, justo cuando desea un vuelo estable en condiciones de ráfagas, también volará lentamente, por lo que el barrido variable de las alas o los alerones elaborados no ayudarán. La siguiente opción que combina baja velocidad de vuelo y alta carga alar sería alguna sustentación directa, como en los diseños VTOL de la década de 1960. Dado que la sustentación directa es necesaria por un corto tiempo y cuando las demandas de propulsión son bajas, un motor como el Rolls-Royce Pegasus permitiría agregar una sustentación que se ve menos afectada por las ráfagas que el ala.
Asegúrese de que su diseño extraiga suficiente aire sangrado para alimentar el sistema de control de reacción , y tal vez una plataforma giroscópica para controlar este sistema, y la contradicción se puede resolver.
Los puestos ahora también deberían ser una preocupación menor. Gran parte de la sustentación que se pierde en una pérdida depende de la elección de los perfiles aerodinámicos, y si usa uno con características de pérdida benignas, las pérdidas pueden ser toleradas.
Anhedral es una mala idea, sin embargo, especialmente si usas alas sin barrer. Solo si tiene un ala alta en un fuselaje grande, se puede justificar anhedral. Los ejemplos son el jet de salto Harrier y el F-104 Starfighter , donde la gran cola en T hizo que el ala fuera anédrica necesaria. Desea un diedro moderado para que el avión se deslice lateralmente. Este movimiento de balanceo inclinará el vector de sustentación hacia los lados y alejará a la aeronave de la condición de deslizamiento lateral.
Además, reconsidere si realmente existe algo así como un efecto de péndulo .
Respecto a la cola: La mejor es tan simétrica como práctica .
Considere el concepto de "ala libre": cada ala es libre de pivotar, en cuanto a cabeceo, como se describe aquí https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19700014919.pdf -- busque en Google "alivio de ráfagas de ala libre" para obtener mucho más; desafortunadamente, "ala libre" ahora también es el nombre de un fabricante popular de modelos de aviones controlados por radio, por lo que complicará su búsqueda.
La naturaleza flexible de la estructura del ala utilizada en alas delta y "triciclos" (alas delta motorizadas con ruedas) también tiene algunas características naturales de desconexión de carga. Además de las propiedades creadas por la flexibilidad, estos aviones también pueden considerarse "alas libres" en cierto modo, aunque los paneles de las alas izquierda y derecha no se mueven de forma independiente en todos los casos, excepto en unos pocos.
(Un poco tarde ahora, ¿el libro ya está terminado?)
vasin1987
Eduardo
Roberto DiGiovanni