不再嘈雜的未來 神奇動畫揭秘無人機氣流原理

導語：無人機當下越來越普遍，但與之同時增長的是越來越令人難以忍受的噪音問題。近日，NASA的兩名科學家利用超級計算機構建數據模型，以令人讚歎的動畫形式展現出了無人機在飛行過程中的空氣流動與壓力情況。他們進而找到了「病根」並著手尋找解決途徑。

如果你是那種會向無人機扔石頭的人，或者曾因無人機侵入了你的領空便用獵槍去射擊它，那麼我不得不告訴你一些壞消息：除非你採取民事訴訟，否則你很快就會發現無人機隨處可見。人們簡直可以輕易地想像出未來將充斥著無人機那令人厭煩的「嗡嗡嗡」、「嗚嗚嗚」的聲音。

但在理論上，無人機的聲音並不會總是這麼嘈雜。 隨著設計師對無人機空氣動力學的理解不斷加深，他們很可能將通過穩定急速氣流的流動而降低無人機的噪音並提高機器的效率。 而對此，NASA（美國宇航局）的科學家已經令人難以置信地製作出了一個用於展示航拍四軸飛行器在空中的氣流和壓力情況的動畫。

下圖即為展示動畫中的一張效果圖。 其中，藍色部分是低壓區，紅色是高壓區，而白色的絮狀物是被攪亂的空氣。這一令人震撼的視覺效果是由來自NASA的宇航工程師Seokkwan Yoon和科學可視化專家Tim Sandstrom合作完成的。他們通過使用數字模型來觀察這種空氣動力現象，而不是傳統的對無人機飛行過程進行連點成像。 他們首先對無人機進行了3D掃描，然後在NASA那擁有1024核的超級計算機Pleiades上進行模擬演示（而你的計算機可能是雙核或四核），進而模擬出飛行器周圍空氣的運動情況。 然而，即使有如此強大的力量，這一模擬仍然耗費了超級計算機五天時間才完成。

那麼，我們通過這幅圖片又能看到什麼？ 首先，注意葉片的頂部是低壓藍色。 而在看不到的葉片的下面，它將是高壓紅色。 正是這樣的壓力差才能產生推進無人機的動力。

但是，這種四軸無人機存在著一個問題。 旋轉機翼在無人機機身的四臂上方，其作用是發送表層的壓力波紋 ，即那些看起來藍色和紅色的閃光。 「當轉子經過手臂時，機身產生了一個大的下載（向下的力），這反過來減少了總推力，」Yoon在一封電子郵件中說。 此外，如果它沒有自動飛行控制系統（該系統具備計算能力和糾錯能並只有一塊電池的壽命），旋轉機翼和機身之間的相互作用可能導致搖擺，使得無人機變得不穩定。

該動畫還表現出無人機如何產生各種噪音。 看到那些由鋒利的機翼葉片產生的低壓藍色圓圈了嗎？ 其實，最終旋轉機翼通過這圓圈切轉回來，氣流彼此造成干擾，因而使得無人機是如此的嘈雜。 在這一的動畫的幫助下，設計師可能會找到重新設計無人機的方法。

這些壓力圖還可以幫助設計人員強化穩定性。而這正是零售商如亞馬遜對無人機所提出的關鍵要求——他們要開始使用無人機來運送包裹。畢竟，微型無人機難以適應陣環境。 它們尤其難以克服建築物兩邊的風將它們吹進建築物的問題。對此，Yoon說「如果我們真的想實現像亞馬遜和其他公司的服務夢想，我們可能需要研究其他設計配置來解決這些安全問題。」

所以放下你手中的那支獵槍吧。 我保證:無人機的未來必將足夠安靜。

原文來自：wired