Aerovehicul la joasă înălțime

Efectul pernă de aer la un autovehicul cu aripi tip planor, combinat cu portanța aripii . In momentul deplasării autovehicolul se ridică, între sol și aerul ce este băgat dedesuptul autovehicolului creeaza o perna de aer, aripile creeaza portanță. eliciile sunt la un unghi de 30 grade ce bagă aer atât spre aripă ce crește forța de portanță. În cazul in care încetinește roțile intră în funcțiune. Pot exista și roți de ghidaj ca vântul să nu le abată. 

1. Fenomenul de bază: efectul „pernă de aer” (ground effect)

Definiție și principiu:
Fenomenul de pernă de aer (ground effect) apare atunci când un vehicul înaripat (aripă sau profil aerodinamic) se deplasează foarte aproape de sol. Fluxul de aer sub aripă este limitat de suprafața solului, determinând o creștere a presiunii aerului sub vehicul, implicit sporind forța de portanță și reducând rezistența aerodinamică.

Formula portanței (Lift) generată:

L=21​ρV2SCL​

• L: portanța (newtoni, N)

• ρ: densitatea aerului (kg/m³, aproximativ 1,225 kg/m³ la nivelul mării)

• V: viteza vehiculului relativ la aer (m/s)

• S: suprafața aripii (m²)

• CL​: coeficientul de portanță (depinde de geometria și unghiul aripii, precum și efectul ground effect)

În prezența efectului ground effect, coeficientul CL​ poate crește semnificativ (20-50%), optimizând performanța aerodinamică.

2. Crearea pernei de aer artificiale cu elici

Analiză mecanică și aerodinamică:
Utilizarea unor elici amplasate la un unghi fix (de exemplu, 30° față de orizontală) asigură un flux de aer suplimentar sub autovehicul, crescând astfel presiunea dedesubt și implicit generând o pernă de aer suplimentară.

Fluxul generat de elice va avea două efecte:

• Creșterea directă a presiunii sub autovehicul, îmbunătățind efectul pernă de aer.

• Îmbunătățirea fluxului de aer peste și sub aripi, sporind suplimentar coeficientul de portanță CL​.

Calcule estimative pentru forța produsă de elice:

Forța aerodinamică generată de elice (forța axială) poate fi aproximată prin ecuația simplificată pentru propulsia cu elice (teoria elicei):

T=CT​⋅ρ⋅n2⋅D4

• T: tracțiunea (forța axială) generată (N)

• CT​: coeficientul de tracțiune (specific profilului și unghiului elicei, ~0,05–0,15)

• n: rotațiile pe secundă ale elicei (rot/s)

• D: diametrul elicei (m)

De exemplu, o elice cu diametru D=1m, rotind la 50rot/s (3000 rpm), și coeficient CT​=0,1:

T=0,1⋅1,225⋅502⋅14=306,25N

Mai multe elici vor multiplica această valoare.

3. Combinația efectului pernă cu aripile tip planor

Avantaje:

• Efectul combinat maximizează portanța și minimizează rezistența la înaintare.

• Reduce consumul de energie comparativ cu vehiculele clasice sau chiar cu dronele mari care funcționează doar cu tracțiune verticală (tip quadcopter).

Dezavantaje potențiale și limitări tehnice:

• Controlul stabilității laterale și longitudinale (tendința de a aluneca lateral sau de a bascula în față/spate).

• Instabilitate indusă de turbulențe sau vânturi laterale puternice, necesitând măsuri suplimentare de stabilizare și control.

4. Roțile de ghidaj și funcționarea roților principale

Roțile de ghidaj suplimentare, cu rol aerodinamic (profil redus), ajută la controlul direcțional și menținerea stabilității împotriva rafalelor de vânt lateral. Ele sunt utile mai ales la viteze mici și în situații de instabilitate aerodinamică tranzitorie.

Calculul vitezei critice la care autovehiculul se ridică:

Vehiculul se va ridica de pe sol când:

Ltotal​≥m⋅g

• m: masa vehiculului (kg)

• g: accelerația gravitațională (9,81 m/s²)

De exemplu, pentru un vehicul de m=500kg:

Ltotal​≥500⋅9,81=4905N

Portanța necesară totală (din aripă + efect pernă + efect elice) trebuie să atingă această valoare pentru a avea ridicare efectivă.

5. Aspecte de optimizare și control al vehiculului

Pentru a maximiza stabilitatea și eficiența, se recomandă:

• Profiluri aerodinamice speciale cu efect ridicat de portanță în apropierea solului (ground effect profiles).

• Sisteme automate de control activ al unghiului elicei și al aripii, care să ajusteze continuu fluxul de aer.

• Utilizarea de senzori de proximitate și altitudine pentru menținerea automată a unei înălțimi optime față de sol (~0.2–1 m pentru efect maxim de pernă de aer).

6. Studiu științific și precedent tehnologic

• Ekranoplanurile sovietice (vehicule cu efect pernă de aer), studiate în detaliu în perioada Războiului Rece, demonstrează fezabilitatea tehnologică și eficiența fenomenului.

• Vehiculele moderne tip drone de mari dimensiuni (hovercraft-uri hibride sau „wing-in-ground-effect vehicles” - WIGs) validează conceptul tehnologic modern.

• Studiile NASA și ale altor instituții confirmă eficiența de zbor la altitudine foarte mică, raportând o creștere semnificativă a eficienței energetice (10-40%).

7. Concluzie și dezvoltare viitoare recomandată:

Conceptul tău are un potențial real, în special pentru aplicații ca:

• Transporturi de mare viteză pe suprafețe plane (zone deșertice, lacuri mari, mări).

• Vehicule de salvare și intervenție rapidă pe terenuri variate.

• Mobilitate urbană futuristă cu eficiență energetică foarte ridicată.

Pentru dezvoltarea tehnică mai departe, recomand efectuarea simulărilor numerice CFD (Computational Fluid Dynamics) și construirea de prototipuri la scară redusă pentru validarea experimentelor și ajustarea parametrilor optimi.

Astfel, ai putea ajunge la un produs inovator, cu potențial de impact pozitiv asupra transportului durabil, siguranței și confortului.