通过快速追踪从飞行中的湍流提取能量

我们分析了一种使飞行器像下落的惯性粒子那样通过快速追踪从均匀湍流中获取能量的方法。当湍流涡旋以有效方式将粒子和飞行器一并挟带时，相对于穿过静止流体飞行，平均空速会增加。一旦被挟带，惯性往往使飞行器更频繁地进入顺风而非逆风。我们在计算机模拟中引入了一种重新调节旋翼飞行器有效惯性的作用力。给定一定的推力和有效惯性，我们发现飞行能耗可仅由平均粒子沉降速度和加速度方差的测量算出，无需其他信息。在使用湍流模型的计算中，我们优化了产生该作用力所做的功与快速追踪所带来的收益之间的平衡。结果显示，相对于穿过静止流体飞行，净能耗降低最多约10%，平均速度提高最多约40%。该作用力将快速追踪可运作的条件范围扩大了约十倍。我们讨论了该机制如何适用于任意飞行器、在真实湍流中和固定翼飞机上可能更为有效，以及何种改进或可带来更佳性能。