Таҳқиқот ҳисоб кардани массаи батарея ва массаи ҳадди аксари парвозии як eVTOL-и гибридии Lift-Plus-Cruise/Tilt-Rotor бо масофаи тарҳии 250 km тавассути алгоритми дудавраи нуқтаи собити MATLAB ва пайвастани натиҷаҳо ба санҷиши худкори талабот дар модели MBSE бар асоси SysML/Cameo-ро меомӯзад. Массаи батарея бо гирифтани бузургтари қиматҳои \(W_E\), ки аз талаботи энергия ҳосил мешавад, ва \(W_P\), ки аз қувваи hover ҳосил мешавад, яъне дар шакли \(W_{battery}=\max(W_E,W_P)\), муайян карда мешавад. Дар ҳисоби ниҳоии таҳқиқот MTOW ба 2969,45 kg, массаи батарея ба 970,34 kg, энергияи умумии миссия тақрибан ба 192,12–192,13 kWh ва қувваи hover ба 774,20 kW наздик шудааст. Маҳдудияти асосии модел дар он аст, ки он модели пешакии тарҳи дараҷаи сифр буда, нисбати массаи холиро собит қабул мекунад ва аэродинамикаи дақиқ, сохтор, гармӣ ва динамикаи ҳуҷайраи батареяро мустақим ҳал намекунад.

Аз нуқтаи назари MATLAB, таҳқиқот махсусан омӯзанда аст; зеро ба ҷойи ҳал кардани танҳо як муодила, параметрҳои вуруд → ҳисобҳои марҳилаҳои миссия → итератсия → маҳдудиятҳои энергия/қувваи батарея → ҳамгароӣ → портҳои баромади Simulink → санҷиши талаботи SysML занҷири воқеии ҳисоббарории муҳандисиро месозад. Ин сохтор нишон медиҳад, ки MATLAB-ро на танҳо барои кашидани график ё ҳал кардани муодила, балки ҳамчун ядрои ҳисоббарории иҷрошавандаи меъмории бузурги муҳандисии рақамӣ чӣ гуна метавон истифода бурд.

Масъалаи асосии муҳандисии таҳқиқот чист?

Ҳангоми андозагирии батареяи eVTOL ду талаботи гуногуни физикӣ бояд ҳамзамон қонеъ карда шаванд. Талаботи аввал энергияаст: батарея бояд энергияи умумии электрикиеро, ки аз парвоз то қисми захиравии охири миссия лозим аст, захира карда тавонад. Талаботи дуюм бошад қуввааст: батарея бояд махсусан ҳангоми парвози амудӣ ва hover дар муддати хеле кӯтоҳ қувваи баланди электрикиро таъмин карда тавонад.

Ин ду мафҳум яксон нестанд. Батарея метавонад миқдори зиёди энергияро захира кунад, аммо агар онро бо суръати лозим холӣ карда натавонад, қувваи баланди hover-ро таъмин карда наметавонад. Баръакс, батареяе, ки қувваи баланд дода метавонад, мумкин аст барои анҷом додани миссияи дароз иқтидори умумии энергияи кофӣ надошта бошад. Равиши асосии математикии таҳқиқот ин ду маҳдудиятро алоҳида ҳисоб карда, батареяи вазнинтарро интихоб мекунад:

\[ W_{\mathrm{battery}}=\max(W_E,W_P) \]

Дар ин ҷо \(W_E\) массаи ҳадди ақали батареяро, ки аз ниёзи энергияи миссия бармеояд, ва \(W_P\) массаи ҳадди ақали батареяро, ки барои додани қувваи қуллавии hover лозим аст, ифода мекунад.

Чаро ин фарқгузорӣ барои eVTOL муҳим аст?

Дар ҳалли ниҳоии таҳқиқот қувваи hover 774,20 kW, қувваи cruise бошад 170,09 kW ҳисоб шудааст. Таносуби қувваи hover/cruise тақрибан 4,6 мебошад. Аз ин рӯ, cruise аз сабаби тӯлонӣ буданаш буҷети энергияро муайян мекунад, дар ҳоле ки hover бо вуҷуди кӯтоҳ буданаш барои электроникаи қувва ва батарея яке аз сахттарин борҳоро ба вуҷуд меорад.

Ба ибораи дигар, энергия ба саволи «батарея чанд вақт кор карда метавонад?» ва қувва ба саволи «батарея дар як лаҳза бо чӣ суръат энергия дода метавонад?» ҷавоб медиҳад. Модели MATLAB-и таҳқиқот ин ду саволро дар як итератсия ба ҳам мепайвандад.

Меъмории eVTOL-и истифодашуда дар таҳқиқот чӣ гуна аст?

Модели консептуалии OpenVSP дар саҳифаи 9 меъмории гибридии Lift-Plus-Cruise/Tilt-Rotor (LPC/TR) -ро нишон медиҳад. Дар восита шаш ротори асосӣ мавҷуд аст:

• Чор ротори бардоранда, ки дар минтақаи миёнаи бол тақсим шудаанд, вазифаи hover-ро иҷро мекунанд.
• Ду ротори нӯги бол сохтори моменти баланд доранд.
• Ҳангоми парвози амудӣ ҳамаи шаш ротор ба бардошт саҳм мегузоранд.
• Дар баландии гузариш роторҳои нӯг ба пеш моил шуда, қувваи пешбаранда ҳосил мекунанд.
• Дар cruise чор ротори бардоранда боздошта ва қулф карда мешаванд ва барои кам кардани кашиши паразитӣ ба ҳолати feathered гузошта мешаванд.

Ин меъморӣ тарҳи консептуалиест, ки мехоҳад бартарии hover-и бардошти тақсимшударо бо аэродинамикаи cruise-и боли собит якҷо кунад. Таҳқиқот иддао намекунад, ки ин дугоники пурраи рақамии ҳавопаймои воқеии сертификатсияшуда аст.

Миссияи истинодӣ чӣ гуна муайян шудааст?

Дар миссияи истинодии таҳқиқот ҳамагӣ панҷ нафар — як халабон ва чор мусофир — интиқол дода мешаванд. Қимати собити payload 455 kg қабул шудааст. Азбаски масири асосӣ тақрибан 190 km ва захира 60 km аст, масофаи умумии тарҳӣ 250 km муайян шудааст.

Миссия ба шаш марҳила ҷудо шудааст: hover-и парвози амудӣ, болоравӣ, cruise, фаромад, hover-и фурудгоҳи амудӣ ва захира. Ҳисобҳои MATLAB талаботи қувва ва энергияи ҳар марҳиларо алоҳида арзёбӣ мекунанд.

Занҷири рақамии MATLAB–MBSE чӣ гуна сохта шудааст?

Шакли 1 дар саҳифаи 8 яке аз муҳимтарин тасвирҳои меъмории таҳқиқот аст. Система дар атрофи се қабати асосии модел шарҳ дода мешавад:

1. Қабати тавсифӣ

Дар дохили SysML Block Definition Diagram блоки «eVTOL Aircraft» мавҷуд аст. Тағйирёбандаҳо ба монанди MTOW, массаи батарея, борбардории диск ва қувваҳои марҳилаҳои миссия танҳо нишонаҳои матнӣ нестанд; онҳо хусусиятҳои арзишӣ мебошанд, ки бо қисмҳои дигари нармафзор пайваст шудаанд.

2. Қабати параметрӣ

SysML Constraint Blocks муодилаҳои физикиро ҳамчун маҳдудиятҳои расмӣ нигоҳ медоранд. Вақте баромади MATLAB/Simulink тағйир меёбад, талаботи вобаста аз нав арзёбӣ мешаванд.

3. Қабати иҷрошаванда

Блоки MATLAB Function дар маркази модели Simulink алгоритми андозагирии дудавраро иҷро мекунад. Cameo Simulation Toolkit вурудҳоро ба тарафи MATLAB/Simulink мефиристад; натиҷаҳои ҳамгарошуда дубора ба модели SysML бармегарданд.

Тавозуни масса чӣ гуна баста мешавад?

Муодилаи ибтидоии асосӣ буҷети умумии масса аст:

\[ W_0=W_{empty}+W_{battery}+W_{payload} \]

Массаи холӣ бошад:

\[ W_{empty}=f_{empty}W_0 \]

қабул карда мешавад. Яке аз муҳимтарин фарзияҳо дар ин ҷо ин аст, ки қимати \(f_{empty}=0{,}52\) дар тамоми итератсия собит нигоҳ дошта мешавад. Таҳқиқот инро ошкоро ҳамчун маҳдудият қабул мекунад. Дар ҳавопаймои воқеӣ нисбати массаи сохторӣ ҳатман бо MTOW собит намемонад.

Қувваи hover чӣ гуна ҳисоб карда мешавад?

Массаи ҳавопаймо аввал ба вазн табдил дода мешавад:

\[ W_N=W_0g_0 \]

Дар ин ҷо \(g_0=9{,}81\ \mathrm{m/s^2}\) мебошад.

Муодилаи манбаъ барои hover:

\[ P_{hover}= \frac{W_N}{\eta_h} \sqrt{\frac{\delta}{2\rho_{air}}} \]

чунин аст.

• \(P_{hover}\): талаботи қувваи hover,
• \(W_N\): вазни ҳавопаймо бо Newton,
• \(\eta_h\): самаранокии ҳаракатдиҳии hover,
• \(\delta\): борбардории диски ротор,
• \(\rho_{air}\): зичии ҳаво дар сатҳи баҳр аст.

Натиҷаи муҳими ин робита чунин аст: ҳангоми вазнин шудани восита на танҳо аъзои вазн, балки қувваи hover низ тавассути борбардории диск меафзояд. Таҳқиқот дар бахши натиҷаҳо ин бозхӯрдро бо миқёсгирии тақрибии \(W_0^{3/2}\) шарҳ медиҳад.

Қувваҳои болоравӣ, фаромад, cruise ва захира

Қувваи болоравӣ:

\[ P_{climb}= \frac{W_N}{\eta_s} \left( ROC+\frac{V_{climb}}{(L/D)_{climb}} \right) \]

Қувваи фаромад:

\[ P_{descent}= \frac{W_N}{\eta_s} \left( ROD+\frac{V_{descent}}{(L/D)_{climb}} \right) \]

Қувваи cruise:

\[ P_{cruise}= \frac{W_N}{\eta_c} \frac{V_{cruise}}{L/D} \]

Қувваи захира:

\[ P_{reserve}= \frac{W_N}{\eta_c} \frac{V_{reserve}}{L/D} \]

муайян шудаанд.

Чаро қувваи фаромад манфӣ нест?

Яке аз интихоби муҳими моделсозии таҳқиқот ин аст, ки фаромад на ҳамчун режими регенеративӣ ё авторотатсионӣ, балки ҳамчун парвози лағжиши ҳаракатдиҳанда бо истеъмоли қувваи мусбат моделсозӣ шудааст. Дар манбаъ шарҳ дода мешавад, ки азбаски \(ROD<0\) ва синуси кунҷи фаромад манфӣ аст, таносуби \(V_{descent}=ROD/\sin\gamma_{desc}\) мусбат мемонад ва аъзои кашиши аэродинамикӣ қувваи умумиро мусбат нигоҳ медорад.

Дар тарҳи ниҳоӣ қувваи фаромад 29,40 kW аст. Ин қимат нисбат ба қувваи hover-и 774,20 kW хурд аст. Аз ин рӯ, муаллифон бар ин назаранд, ки модел накардани фаромади регенеративӣ ба буҷети энергия ҷаримаи нисбатан хурд меорад. Ин фарзияи модели таҳқиқот аст; натиҷаи умумӣ барои ҳамаи меъмориҳои eVTOL нест.

Round 1: итератсияи нуқтаи собит чӣ гуна кор мекунад?

Дар даври аввал ҳадаф ҳалли пурраи физикӣ нест. Арзёбии MTOW ба даст оварда мешавад, ки барои Round 2 нуқтаи оғоз медиҳад.

Дар матни асосӣ нисбати массаи батарея:

\[ f_{bat}= \frac{R g_0} {(L/D)\eta_s SED_{cell},3600} \]

чоп шудааст. Аммо, ҳарчанд \(R\) дар ҷадвал бо километр дода шудааст, дар муодилаи асосӣ табдили ошкори километр ба метр дида намешавад. Сатри якуми Замимаи A дар ҳамин амал \(R\times1000\)-ро ошкоро истифода мебарад. Фарқи байни ин ду ифодаи манбаъ дар ин ҷо нигоҳ дошта шудааст.

Робитаи нуқтаи собит:

\[ W_0^{(i+1)} =========== W_{payload} + f_{empty}W_0^{(i)} + f_{bat}W_0^{(i)} \]

чунин аст.

Барои касе, ки MATLAB меомӯзад, маънои он чунин аст: барнома қимати ибтидоии \(W_0\)-ро мегирад; аз он массаи холӣ ва массаи батареяро ҳисоб мекунад; массаи умумии навро ҳосил мекунад; қимати нав ҷойгузини қимати кӯҳна мешавад ва амал то вақте такрор мегардад, ки фарқ аз таҳаммул камтар шавад.

Ин намунаи маъмулии мантиқи ҳалли итеративӣ мебошад, ки дар MATLAB хеле зиёд истифода мешавад. Нуқтаи муҳим он аст, ки рақами натиҷа «дар як маротиба» ҳисоб намешавад; зеро он ба қимати худ бавосита таъсир мерасонад, пайдарпай нав карда мешавад.

Чаро SOC-и ҳадди ақал бо \(1-SOC_{min}\) моделсозӣ шудааст?

Таҳқиқоти манбаъ ҳолати ҳадди ақали зарядро ҳамчун ҳиссаи иқтидоре, ки набояд истифода шавад, баррасӣ мекунад. Агар \(SOC_{min}=0{,}20\) бошад, танҳо %80-и иқтидори умумии батарея дар миссия истифода шуда метавонад.

\[ C_{total} ========= \frac{E_{mission}} {1-SOC_{min}} \]

Массаи батареяи маҳдудшуда аз рӯи энергия:

\[ W_E= \frac{E_{mission}\times1000} {(1-SOC_{min})SED_{cell}\eta_{bat}} \]

муайян карда мешавад.

Барои \(SOC_{min}=0{,}20\) коэффисиенти миқёсгирии иқтидор:

\[ \frac{1}{1-0{,}20}=1{,}25 \]

мешавад. Таҳқиқот махсус таъкид мекунад, ки истифодаи \(1+SOC_{min}=1{,}20\) дар баъзе равишҳои алтернативӣ ҳамон модели физикиро ифода намекунад ва байни ин ду равиш %4,2 фарқ ба вуҷуд меояд.

Массаи батареяи маҳдудшуда аз рӯи қувва чӣ гуна ёфта мешавад?

\[ W_P= \frac{P_{hover}}{\sigma_{bat}} \]

Дар ин ҷо \(\sigma_{bat}\) қувваест, ки бастаи батарея ба ҳар воҳиди масса дода метавонад ва воҳидаш kW/kg аст.

Масалан, дар ҳалли ниҳоӣ:

\[ W_P= \frac{774{,}20\ \mathrm{kW}} {1{,}0\ \mathrm{kW/kg}} ======================= 774{,}20\ \mathrm{kg} \]

ба даст меояд.

Азбаски дар ҳамон нуқта массаи аз рӯи энергия лозим 970,34 kg аст:

\[ W_{battery}=\max(970{,}34,\ 774{,}20)=970{,}34\ \mathrm{kg} \]

мешавад. Бинобар ин, дар нуқтаи ниҳоии тарҳи асосӣ маҳдудияти муайянкунанда энергияаст.

Қувваи хоси crossover чиро нишон медиҳад?

\[ \sigma_{cross}= \frac{P_{hover}}{W_E} \]

Ҳангоми истифодаи рақамҳои тарҳи ниҳоӣ:

\[ \sigma_{cross} \approx \frac{774{,}20}{970{,}34} \approx0{,}798\ \mathrm{kW/kg} \]

мешавад ва таҳқиқот онро бо гирдкунӣ ҳамчун 0,80 kW/kg медиҳад.

• Агар \(\sigma_{bat}>\sigma_{cross}\) бошад, маҳдудияти энергия батареяи вазнинтарро талаб мекунад.
• Агар \(\sigma_{bat}<\sigma_{cross}\) бошад, маҳдудияти қувва батареяи вазнинтарро талаб мекунад.

Чаро Round 2 аз Round 1 фарқ мекунад?

Дар Round 2 дигар танҳо энергияи ибтидоӣ истифода намешавад. Дар ҳар итератсияи беруна бо истифода аз \(W_0\)-и ҷорӣ қувваҳои ҳамаи марҳилаҳои миссия аз нав ҳисоб мешаванд, энергияҳо аз давомнокии марҳилаҳо ёфта мешаванд, энергияи умумии миссия нав мешавад, \(W_E\) ва \(W_P\) алоҳида ҳисоб мешаванд ва массаи нави батарея интихоб мегардад.

Шарти баромад низ танҳо масса нест:

\[ |\Delta W_0|\leq\epsilon_W \]

ва ҳамзамон:

\[ |\Delta E|\leq\epsilon_E \]

бояд иҷро шаванд.

Ин санҷиши дугонаи ҳамгароӣ муҳим аст. Агар масса қариб тағйир наёбад, вале энергия ҳанӯз тағйир ёбад, алгоритм намеистад; агар энергия ҳамгаро шуда бошад, вале масса тағйирро идома диҳад, боз ҳам намеистад.

Алгоритми Замимаи A ба омӯзандаи MATLAB чӣ меомӯзонад?

Ин сохтор як мафҳуми муҳимро дар омӯзиши MATLAB равшан нишон медиҳад: барномаи муҳандисӣ танҳо script-е нест, ки дар он муодилаҳо навишта шудаанд; он занҷири вуруд, навсозии ҳолат, такрор, санҷиши ҳад ва баромад аст.

Чаро Simulink истифода шудааст?

Шакли 3 дар саҳифаи 13 модели ҳамсимулятсияи Simulink-ро нишон медиҳад, ки дар марказаш блоки MATLAB Function ҷойгир аст. Дар тарафи чап портҳои вуруди параметрҳои миссия ва тарҳ, дар тарафи рост бошад портҳои натиҷаҳо ба монанди MTOW, массаи холӣ, payload, массаи батарея, қувваҳо ва энергияҳои марҳилаҳои миссия мавҷуданд.

Аҳамияти ин меъморӣ дар ҷудо кардани ҳисоббарорӣ аз дигар моделҳои муҳандисӣ аст. Дар ҳоле ки модели SysML «кадом қиматҳо барои система маъно доранд» ва «кадом талабот бояд иҷро шаванд»-ро нигоҳ медорад, блоки MATLAB Function ҳалли математикиро иҷро мекунад.

Пайванди байни SysML/Cameo ва MATLAB чӣ гуна кор мекунад?

Дар таҳқиқот портҳои баромади MATLAB/Simulink ба параметрҳои Constraint Block-и SysML «eVTOL Sizing Analysis» пайваст карда мешаванд. Вақте параметри миссия тағйир меёбад, ҳалли нав иҷро мешавад; натиҷаҳо ба модели меъморӣ бармегарданд ва талаботи вобаста аз нав арзёбӣ мешаванд.

Дар иҷрои зиндаи Cameo, ки дар саҳифаи 15 нишон дода шудааст, система:

• MTOW_Final = 2969,45 kg,
• Power_Hover = 774,20 kW,
• Power_Cruise = 170,09 kW,
• Payload = 455,0 kg

қиматҳоро мустақим ба панели тағйирёбандаҳо интиқол медиҳад.

Манбаъ мегӯяд, ки панҷ санҷиши талабот дар ҳамон як иҷро арзёбӣ мешаванд: payload-и ҳадди аксар, ҳудудҳои нисбати массаи холӣ, сатҳи асосии энергияи хос, диапазони L/D-и cruise ва ҳудуди MTOW, ки таҳқиқот истифода мебарад.

Чаро ба ҷойи spreadsheet чунин система сохта шудааст?

Далели асосии таҳқиқот бештар аз худи ҳисоббарории рақамӣ ба паҳншавии тағйирот марбут аст. Spreadsheet метавонад ҳамон рақамҳоро нигоҳ дорад; аммо вақте фарзияи payload тағйир меёбад, ҳатман талаботи вобастаи система худкор аз нав ҳал намешаванд ва далели тасдиқ нав карда намешавад. Дар занҷири MATLAB–Simulink–SysML бошад, як тағйири вуруд метавонад тамоми шабакаи ҳисоб ва constraint-ро аз нав фаъол кунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Усули ҳисоббарорие муайян шудааст, ки маҳдудиятҳои энергия ва қувваро дар як чаҳорчӯбаи итеративӣ якҷо баррасӣ мекунад.
• Барои миссияи намунавии 250 km LPC/TR нуқтаи тарҳии ҳамгарошуда ба даст оварда шудааст.
• Ҳисобҳои MATLAB/Simulink ба параметрҳои SysML/Cameo пайваст карда шудаанд.
• Нишон дода шудааст, ки қувваи хоси батарея гузариш байни режимҳои маҳдудшуда аз рӯи энергия ва қувваро муайян мекунад.
• Дар таҳлили ҳассосият нисбати массаи холӣ ҳамчун яке аз омилҳои хеле пурқуввати тарҳ намоён мешавад.
• Дар муқоисаи калибршуда бо се конфигуратсияи саноатӣ, инҳирофи MTOW дар ҳудуди %1,5 гузориш шудааст.

Чизҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Ин модел нишон намедиҳад, ки сертификатсияи eVTOL-и воқеӣ пурра анҷом ёфтааст.
• Ҳудуди 5700 kg, ки дар таҳқиқот истифода шудааст, набояд ҳамчун ҳадди ҳуқуқии универсалӣ ва мустақилона тасдиқшуда барои ҳамаи eVTOL-ҳо шарҳ дода шавад; Verianla дар ин ҷо танҳо талаботеро, ки манбаъ модел кардааст, интиқол медиҳад.
• Модели дараҷаи сифр ҷойгузини таҳлили аэродинамикӣ ё сохтории дақиқ нест.
• Идоракунии гармии батарея, пиршавии ҳуҷайра ва рафтори электрикии transient бо тафсил ҳал нашудаанд.
• Муқоиса бо се воситаи саноатӣ benchmark-е аст, ки дар он вурудҳо ба профилҳои гузоришшудаи миссия калибр шудаанд; ин тасдиқи кӯр ва мустақил нест.
• Дар муқоисаи code-to-code қисми қиматҳои истинодӣ аз тамоюлҳои нашршуда бозсозӣ шудаанд; таҳқиқот инро ҳамчун такрори пурраи тарҳ пешниҳод намекунад.

Ин барои Тоҷикистон чӣ маъно дошта метавонад?

Таҳқиқот дар Тоҷикистон анҷом нашудааст ва таҳлили сертификатсияи ҳавопаймои махсуси Тоҷикистон нест. Бо вуҷуди ин, усуле, ки MATLAB–Simulink-ро бо моделҳои муҳандисии система пайваст мекунад, дар лоиҳаҳои eVTOL, ҳавопаймои бесарнишин, ҳавопаймои электрикӣ ё дигар лоиҳаҳои бисёрсоҳаи муҳандисӣ дар Тоҷикистон метавонад намунаи омӯзандае бошад барои он ки занҷири муҳандисии рақамӣ аз талабот ба ҳисоб ва аз ҳисоб ба тасдиқи автоматӣ чӣ гуна сохта мешавад. Қоидаҳои маҳаллӣ, шароити миссия, технологияи батарея ва меъмории восита бояд алоҳида муайян карда шаванд.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Муҳити ҳисоббарорӣ

Таҳқиқоти манбаъ нишон медиҳад, ки модели андозагирӣ бо MATLAB R2024b татбиқ шудааст. Компютери истифодашуда протсессори Intel Core i7-4790 @ 3,60 GHz ва 16 GB RAM дорад.

Round 1:

• дар 62 итератсия ҳамгаро шудааст.
• Таҳаммул \(10^{-6}\) аст.

Round 2:

• дар 125 итератсия ҳамгаро шудааст.
• Ҳам таҳаммули масса ва ҳам энергия \(10^{-6}\) аст.

Натиҷаи Round 1

Шакли 6 нишон медиҳад, ки қимати ибтидоии 2177 kg ба таври монотонӣ кам шуда, ба 1722,73 kg наздик мешавад. Ин давр дар таҳқиқот ҳамчун ҳалли асосии «energy-dominated» ё дар баъзе бахшҳо «energy-only» истифода шудааст; аммо шарҳи усул нишон медиҳад, ки Round 1 арзёбии ибтидоиро махсусан бар асоси cruise-only energy анҷом медиҳад.

Қиматҳои марҳилаҳои миссияи Round 1

Ёддошти манбаъ дар бораи мутобиқати қувва дар Round 1

Таҳқиқот қимати \(342{,}19/371{,}91=0{,}92\) kW/kg-ро ҳисоб карда, онро бо қимати ниҳоии crossover-и 0,80 kW/kg муқоиса мекунад ва батареяи Round 1-ро «marginally power-infeasible» меномад.

Аммо ҳамон манбаъ қувваи хоси асосии бастаро 1,0 kW/kg қабул мекунад. Дар ин ҳолат:

\[ 371{,}91\ \mathrm{kg}\times1{,}0\ \mathrm{kW/kg} ================================================ 371{,}91\ \mathrm{kW} \]

қувваи назариявии баста ба даст меояд ва ин қимат аз талаботи hover-и 342,19 kW баландтар аст. Аз ин рӯ, ин ҷумлаи мушаххаси манбаъ бо фарзияҳои асосии рақамии худ пурра мувофиқат намекунад. Verianla ин номувофиқатиро хомӯшона ислоҳ намекунад.

Натиҷаи Round 2

Дар даври дуюм MTOW аз 1722,73 kg оғоз шуда, пас аз 125 итератсия ба 2969,45 kg мерасад. Энергияи миссия бошад, аз тақрибан 109,65 kWh ба сатҳи 192,12–192,13 kWh меафзояд.

Қувва ва энергияҳои ниҳоии марҳилаҳои миссия

Кадом марҳила буҷети энергияро муайян мекунад?

Ҳарчанд қувваи баландтарини лаҳзавӣ дар hover аст, бузургтарин ҷузъи ягонаи буҷети энергия cruise мебошад. Талаботи қувваи 170,09 kW дар cruise аз сабаби давомнокии дароз ба 115,63 kWh истеъмоли энергия табдил меёбад.

Ин фарқгузорӣ ғояи асосии таҳқиқотро хеле хуб ҷамъбаст мекунад:

• Hover: муддати кӯтоҳ + қувваи хеле баланд.
• Cruise: қувваи камтар + муддати дароз + энергияи умумии баланд.

Давомнокии миссия ва профили суръат

Профилҳои миссия дар Шакли 9 нишон медиҳанд, ки миссияи умумӣ тақрибан 4200 saniye давом мекунад. Суръатҳои хоси дар манбаъ додашуда:

• Hover: суръати пешравии тақрибан 0 m/s,
• Болоравӣ: 58,3 m/s,
• Cruise: 67 m/s,
• Роҳи парвози фаромад: 76,4 m/s,
• Захира: 46,9 m/s.

Графикҳои алоҳида дар саҳифаҳои 42 ва 49 тағйири зинавии қувва ва суръати миссияро вобаста ба вақт равшантар нишон медиҳанд. Инҳо симулятсияи доимии transient-и дақиқ нестанд, балки баромадҳои модели марҳилавӣ мебошанд, ки дар он марҳилаҳои миссия собит қабул шудаанд.

Тасдиқи SOC

Графики SOC дар саҳифаҳои 21 ва 47-и манбаъ нишон медиҳад, ки батарея миссияро бо %100 SOC оғоз карда, дар охири захира маҳз ба %20 мерасад.

Энергияи умумии миссия:

\[ E_{mission}=192{,}12\ \mathrm{kWh} \]

Иқтидори умумии насбшуда:

\[ C_{total}=240{,}15\ \mathrm{kWh} \]

ҳангоми чунин будан, нисбати иқтидори истифодашуда:

\[ \frac{192{,}12}{240{,}15}\approx0{,}80 \]

ва SOC-и боқимонда тақрибан %20 мешавад. Таҳқиқот инро ҳамчун санҷиши мутобиқати дохилии формулаи \(1/(1-SOC_{min})\) истифода мебарад.

Таҳқиқоти crossover-и қувваи хоси батарея

Таҳлили ҳассосият чиро нишон медиҳад?

Таҳқиқот чор параметри асосиро дар атрофи ±%20-и қимати ибтидоӣ тағйир додааст:

• нисбати массаи холӣ \(f_{empty}\),
• \(L/D\)-и cruise,
• энергияи хоси ҳуҷайра \(SED_{cell}\),
• payload.

Нисбати массаи холӣ ҳассостарин тағйирёбанда аст

Манбаъ мегӯяд, ки афзоиши %10-и \(f_{empty}\) аз 0,52 то 0,572 MTOW-ро аз тақрибан 2969 kg ба 4750 kg мерасонад. Ба тағйири ҳамагӣ %10-и вуруд тақрибан %60 афзоиши MTOW мувофиқ меояд, ки дар таҳқиқот ҳамчун «structural weight spiral» шарҳ дода мешавад.

Самаранокии аэродинамикӣ

Ҳангоми кам шудани \(L/D\) талаботи энергия меафзояд; \(W_E\)-и калонтар ба MTOW-и калонтар ва MTOW-и калонтар боз ба қувва ва энергияи бештар меорад. Ба гуфтаи манбаъ, дар атрофи \(L/D=12\) MTOW-и ҳисобшуда аз ҳудуди массаи татбиқшудаи таҳқиқот мегузарад. Сарлавҳаи Шакли 13 нишон медиҳад, ки дар ин нуқта MTOW аз 6500 kg зиёд мешавад.

Энергияи хоси батарея

Ба гуфтаи манбаъ, вақте \(SED_{cell}\) аз тақрибан 250 Wh/kg поён меравад, масъалаи нуқтаи собит рафтори сахти ғайрихаттӣ нишон медиҳад ва зичии пасти энергия бозхӯрди массаи батареяро зиёд мекунад. Таҳқиқот дар асоси муодилаҳои ислоҳшудаи худ ҳадди қобили амалро тақрибан 245 Wh/kg медиҳад.

Payload

Таъсири payload тақрибан хаттӣ аст. Мувофиқи нишебии додаи таҳқиқот, ҳар 1 kg payload тақрибан 2,15 kg MTOW-и иловагӣ талаб мекунад. Сабаби зиёда аз 1 kg будани таъсири 1 kg дар он аст, ки бо афзоиши payload массаи сохтор ва энергияе, ки онро мебардорад, низ меафзояд.

Таҳлили trade-off-и технологии MBSE

SysML Instance Table энергияи хоси ҳуҷайраро дар байни 200–400 Wh/kg бо қадамҳои 25 Wh/kg месанҷад. Барои ҳар сатр Cameo Simulation Toolkit ҳалкунандаи Simulink-ро иҷро мекунад ва ҳолати pass/fail-и тарҳи ҳамгарошударо сабт мекунад.

Дар манбаъ:

• намунаҳои поёнтар аз тақрибан 245 Wh/kg аз сабаби гузаштан аз ҳудуди 5700 kg-и таҳқиқот FAIL мебошанд,
• намунаҳои технологияи 350–400 Wh/kg дар диапазони тақрибан 2200–2400 kg MTOW

нишон дода шудаанд.

Муқоиса бо конфигуратсияҳои саноатӣ

Тафсири дурусти ин муқоиса муҳим аст. Таҳқиқот ошкоро мегӯяд, ки барои ҳар восита вурудҳо ба монанди борбардории диск, самаранокиҳо, payload ва масофа ба профилҳои миссияи нашршуда калибр шудаанд Аз ин рӯ, натиҷа нишон медиҳад, ки алгоритм зери ин вурудҳо метавонад қиматҳои маълуми MTOW-ро ба таври наздик бозсозӣ кунад; ин тасдиқи мустақил ва кӯри модел нест.

Муқоисаи сатҳи код бо ду таҳқиқоти нашршудаи андозагирӣ

Ҷадвали 8-и манбаъ махсус қайд мекунад, ки қиматҳои истинодӣ аз тамоюлҳои нашршуда бозсозӣ шудаанд. Аз ин рӯ, ҳадафи муқоиса такрори як ба яки восита нест, балки арзёбии мутобиқати рақамии алгоритми ҳисоббарорӣ мебошад.

Маҳдудиятҳои муҳимтарини таҳқиқот

Муаллифон дар бахши натиҷаҳо се самти асосии идомаи корро муайян мекунанд:

1. Нисбати собити массаи холӣ: \(f_{empty}=0{,}52\) дар ҳамаи сатҳҳои MTOW собит нигоҳ дошта шудааст. Дар оянда модели вобаста ба маълумоти парк дар шакли \(f_{empty}=f(W_0)\) пешниҳод мешавад.
2. Ҳадди қобили амал будани SED: пешниҳод мешавад, ки ҳадди тақрибан 245 Wh/kg ҳамчун функсияи масофа ва payload харитасозӣ шавад.
3. Доираи тасдиқи MBSE: давраи мавҷуда ба маҳдудияти масса тамаркуз мекунад; илова кардани маҳдудиятҳои зерсистемаҳои гармӣ ва сохторӣ самти кори оянда аст.

Илова бар ин, худи модел дараҷаи сифр аст. Аз ин рӯ, аэродинамикаи дақиқи ротор, aeroacoustics, шиддати сохторӣ, ҳарорати ҳуҷайра, суқути шиддат, пиршавӣ ва идоракунии гармии бастаи батарея баромадҳои мустақиман ҳисобшудаи ин ҳалли мазкур нестанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: A MATLAB–MBSE Integrated Sizing Framework for Preliminary Weight, Power, and Energy Estimation of eVTOL Aircraft

Муаллифон: Vinay Kumar Reddy Sirigireddy; Darryl K. Ahner.

Тартиби муаллифон: Тартиби манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.

Ҳамсаҳмӣ/ҳаммуаллифи аввал: Гузориш нашудааст.

Муаллифи масъул/тамос: Дар саҳифаи намоёни PDF аломати ошкори corresponding-author мавҷуд нест; сабти библиографии SSRN Vinay Kumar Reddy Sirigireddy-ро ҳамчун Contact Author муайян мекунад.

Муассиса: PDF-и манбаъ: Wright State University, Fairborn, Ohio, 45435. Сабти муаллифи SSRN ҳамон муассисаро ҳамчун Dayton, OH 45435 нишон медиҳад. Ин ду ифодаи ҷойгиршавӣ хомӯшона ба як шакл табдил дода нашудаанд.

DOI: 10.2139/ssrn.6662520

Платформа: SSRN.

Санаи нашр: Дар сабти SSRN: 27 апрели 2026.

Навъи манбаъ: Preprint-и усули техникӣ/ҳисоббарорӣ ва муҳандисии системаҳо.

Ҳолати баррасии ҳамтоён: Ин таҳқиқот preprint-е мебошад, ки аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст; натиҷаҳо бояд бо дарназардошти ин марҳилаи нашр арзёбӣ шаванд.

Пайванди расмии нашр: https://ssrn.com/abstract=6662520

Литсензия/ҳуқуқи муаллиф: Дар сабти библиографии SSRN маълумоти «All rights reserved. No reuse allowed without permission» мавҷуд аст. Аз ин рӯ, скриншотҳои аслии таҳқиқоти манбаъ, тасвири OpenVSP, экранҳои Cameo ва худи графикҳои MATLAB ба HTML-и Verianla нусхабардорӣ нашудаанд. Ҷузъҳои Live дар мақола аз ҷадвалҳои рақамии ошкоро дар манбаъ додашуда бозсозӣ шудаанд.

Маблағгузорӣ: Дар версияи баррасишуда изҳороти ошкори маблағгузорӣ ёфт нашуд.

Дастрасии маълумот: Дар версияи баррасишуда изҳороти алоҳидаи дастрасии маълумот ёфт нашуд.

Бархӯрди манфиатҳо: Дар версияи баррасишуда изҳороти алоҳидаи бархӯрди манфиатҳо ёфт нашуд.

CRediT/саҳми муаллифон: Дар версияи баррасишуда ҷадвали CRediT ё изҳороти муфассали ҳамарзиши саҳм ёфт нашуд.

Манбаи мундариҷаи илмӣ: Усул, формула, фарзия, натиҷа, муқоиса, маҳдудият ва қиматҳои рақамии мақолаи Verianla ба таҳқиқоти 50-саҳифагии боршуда такя мекунанд. Манбаи беруна танҳо барои тасдиқи майдонҳои ҳувияти библиографӣ ба монанди унвон, муаллиф, DOI, санаи нашр, муаллифи тамос ва литсензия истифода шудааст.

Огоҳии муҳими мутобиқати дохилии манбаъ: Тавсифи батареяи Round 1 ҳамчун «marginally power-infeasible» ҳангоми якҷо арзёбӣ шудани қувваи hover-и 342,19 kW, массаи батареяи 371,91 kg ва қувваи хоси асосии бастаи 1,0 kW/kg, ки дар ҳамон манбаъ дода шудаанд, мустақиман мувофиқат намекунад. Илова бар ин, намоиши табдили километр-метр байни Муодилаи (7)-и матни асосӣ ва Замимаи A фарқ мекунад. Ин нуктаҳо аз ҷониби Verianla хомӯшона ислоҳ нашудаанд.

Ҳадди тафсири илмӣ: Натиҷаҳо модели пешакии тарҳи дараҷаи сифр мебошанд, ки ба меъмории муайяни гибридии LPC/TR, миссияи 250 km, самаранокиҳо ва параметрҳои интихобшудаи батарея ва нисбати собити массаи холӣ такя мекунанд. Таҳқиқот маънои сертификатсияи пурраи ҳавопаймо, озмоиши парвози прототип ё тасдиқи физикии дақиқи ҳамаи зерсистемаҳо надорад.