不再嘈杂的未来 神奇动画揭秘无人机气流原理

智东西(公众号:zhidxcom)
编 | 元琛

导语:无人机当下越来越普遍,但与之同时增长的是越来越令人难以忍受的噪音问题。近日,NASA的两名科学家利用超级计算机构建数据模型,以令人赞叹的动画形式展现出了无人机在飞行过程中的空气流动与压力情况。他们进而找到了“病根”并着手寻找解决途径。

如果你是那种会向无人机扔石头的人,或者曾因无人机侵入了你的领空便用猎枪去射击它,那么我不得不告诉你一些坏消息:除非你采取民事诉讼,否则你很快就会发现无人机随处可见。人们简直可以轻易地想象出未来将充斥着无人机那令人厌烦的“嗡嗡嗡”、“呜呜呜”的声音。

但在理论上,无人机的声音并不会总是这么嘈杂。 随着设计师对无人机空气动力学的理解不断加深,他们很可能将通过稳定急速气流的流动而降低无人机的噪音并提高机器的效率。 而对此,NASA(美国宇航局)的科学家已经令人难以置信地制作出了一个用于展示航拍四轴飞行器在空中的气流和压力情况的动画。

下图即为展示动画中的一张效果图。 其中,蓝色部分是低压区,红色是高压区,而白色的絮状物是被搅乱的空气。这一令人震撼的视觉效果是由来自NASA的宇航工程师Seokkwan Yoon和科学可视化专家Tim Sandstrom合作完成的。他们通过使用数字模型来观察这种空气动力现象,而不是传统的对无人机飞行过程进行连点成像。 他们首先对无人机进行了3D扫描,然后在NASA那拥有1024核的超级计算机Pleiades上进行模拟演示(而你的计算机可能是双核或四核),进而模拟出飞行器周围空气的运动情况。 然而,即使有如此强大的力量,这一模拟仍然耗费了超级计算机五天时间才完成。

不再嘈杂的未来 神奇动画揭秘无人机气流原理

那么,我们通过这幅图片又能看到什么? 首先,注意叶片的顶部是低压蓝色。 而在看不到的叶片的下面,它将是高压红色。 正是这样的压力差才能产生推进无人机的动力。

但是,这种四轴无人机存在着一个问题。 旋转机翼在无人机机身的四臂上方,其作用是发送表层的压力波纹 ,即那些看起来蓝色和红色的闪光。 “当转子经过手臂时,机身产生了一个大的下载(向下的力),这反过来减少了总推力,”Yoon在一封电子邮件中说。 此外,如果它没有自动飞行控制系统(该系统具备计算能力和纠错能并只有一块电池的寿命),旋转机翼和机身之间的相互作用可能导致摇摆,使得无人机变得不稳定。

该动画还表现出无人机如何产生各种噪音。 看到那些由锋利的机翼叶片产生的低压蓝色圆圈了吗? 其实,最终旋转机翼通过这圆圈切转回来,气流彼此造成干扰,因而使得无人机是如此的嘈杂。 在这一的动画的帮助下,设计师可能会找到重新设计无人机的方法。

这些压力图还可以帮助设计人员强化稳定性。而这正是零售商如亚马逊对无人机所提出的关键要求——他们要开始使用无人机来运送包裹。毕竟,微型无人机难以适应阵环境。 它们尤其难以克服建筑物两边的风将它们吹进建筑物的问题。对此,Yoon说“如果我们真的想实现像亚马逊和其他公司的服务梦想,我们可能需要研究其他设计配置来解决这些安全问题。”

所以放下你手中的那支猎枪吧。 我保证:无人机的未来必将足够安静。

原文来自:wired
 
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