NASA готовит следующее поколение марсианских вертолётов. Инженеры работают над лопастями, которые позволят машинам летать выше и дальше нынешних аппаратов и при этом нести научные приборы. Результаты опубликованы в журнале AIAA Journal.

Первый вертолёт Ingenuity уже вошёл в историю как первый аппарат с собственным приводом, поднявшийся в небо другой планеты. Миссия SkyFall, запуск которой запланирован на 2028 год, продолжит эту линию: на Марс отправятся сразу три вертолёта. Обе миссии используют лопасть с изогнутой кромкой, приспособленную к тонкой марсианской атмосфере.

Однако исследователи смотрят дальше. Они изучают более тонкие и острые конструкции, чтобы аппараты после SkyFall могли уходить далеко за пределы, доступные сегодня. Группа из Исследовательского центра NASA имени Эймса в Кремниевой долине вместе с Имперским колледжем Лондона и Университетом Нагои испытала новый профиль лопасти - форму поперечного сечения, от которой зависит, как воздух обтекает лопасть.

Новый профиль получил название roamx-0201. Его создали с помощью компьютерных симуляций и алгоритмов, настроенных на марсианские условия, и пришли к более тонкой асимметричной форме. Испытания в аэродинамической трубе показали: оптимизированная конструкция повышает эффективность и лучше восстанавливается в рискованных режимах полёта.

С помощью точных симуляций учёные сравнили roamx-0201 с возможностями Ingenuity. Выяснилось, что новые лопасти могут увеличить расстояние, которое вертолёт пролетает без посадки, с 0,7 километра (0,43 мили) у Ingenuity до 18,7 километра (11,6 мили) при условии, что на борту есть научные приборы. Результаты обнародованы в статье, опубликованной 22 сентября в AIAA Journal.

Частично успех объясняется тем, что профиль дольше работает на высоких скоростях, прежде чем возникает так называемое волновое сопротивление - явление, при котором характеристики резко падают, когда ротор приближается к скорости звука. На Марсе скорость звука ниже, чем на Земле, поэтому этот барьер наступает раньше.

Есть и другое отличие от прежних конструкций. Когда воздух обтекает лопасть, у её поверхности образуется тонкий пограничный слой. Новый профиль намеренно нарушает поток этого слоя прямо у передней кромки. Возникает возмущение, которое, как ни странно, подтягивает лопасть вверх и помогает создавать подъёмную силу эффективнее, чем раньше.

Ещё одна проблема вертолётов - срыв потока: аэродинамическое состояние, при котором характеристики резко падают, а полёт становится неустойчивым после изменения угла набегающего потока. Лопасти Ingenuity в таких условиях теряли эффективность очень быстро, а roamx-0201 в изученных режимах показал заметно лучшее поведение при срыве. Это значит, что будущие вертолёты смогут безопасно летать в более широком диапазоне углов.

Технология пока не готова к отправке на Марс. Однако испытания помогают инженерам понять и устранить расхождения между компьютерными предсказаниями и реальными характеристиками. Исследования NASA нацелены на создание более эффективных марсианских вертолётов, которые смогут улетать дальше, брать больше полезной нагрузки и открывать новые научные возможности.

Источник: Phys.org