Adaptive konforme Flügel

Ein adaptiver nachgiebiger Flügel ist ein Flügel, der flexibel ist, so dass Aspekte seiner Form im Flug geändert werden können. Adaptiv kontrollierter Flügel – der Flügel des Flugzeugs, dessen Profil für jeden gegebenen Flugmodus die Form nahezu optimal annimmt. Die Konstruktion eines solchen Flügels erlaubt es, die Nase und den Schwanz des Flügels (aufgrund der flexiblen Haut) sanft abzulenken und somit die Krümmung entlang der Spannweite in Abhängigkeit von Höhe, Fluggeschwindigkeit und Überlast zu verändern. Der adaptive Flügel ist hauptsächlich für vielseitige und hoch manövrierfähige Flugzeuge vorgesehen. Die Flügelelemente werden von einem hochautomatisierten elektrischen Fernvariablensystem gesteuert.

Eine Vielzahl von Verbesserungen der aerodynamischen Qualität des Flügels ist auch ein System der adaptiven “Schlitz” -Flügelmechanisierung. Je nach Anstellwinkel und Machzahl ergibt sich eine stufenlose (innerhalb der geforderten Genauigkeit, eventuell stufenweise) Veränderung der Einbauwinkel der Socke und der Klappen. Dieses System ermöglicht jedoch im Gegensatz zum adaptiven Flügel eine diskontinuierliche Änderung der aerodynamischen Ableitungen im gesamten Parameterbereich. Es wird auch an der Implementierung einer kontinuierlichen Umströmung der Mechanisierungsflächen gearbeitet, indem die Krümmung der Elemente der Schlitzmechanisierung verändert wird. Aufgrund der vereinfachten Kinematik des Ausfahrens der Klappen ist eine adaptive Flügelmechanisierung attraktiv, da sie die Verwendung komplizierter Konfigurationen überflüssig macht und das Gewicht der flügelgeführten Schienen erhöht und auch den Verlust von Lagereigenschaften zum Auswuchten reduziert.

Geplanter Termin
Ein effektiver Flug in der Atmosphäre erfordert je nach Fluggeschwindigkeit, Flugmodus, unterschiedliche Aerodynamik vom Gerät. Der klassische Ansatz bei der Konstruktion neuer Flugzeuge erlaubt nun nur noch geringfügig (nicht mehr als 1-2%) die aerodynamische Qualität zu verbessern und die Start- und Landeeigenschaften zu verbessern. Eine Mechanisierung des Flügels in Form von einfachen auslenkbaren Socken und Schwänzen des Profils oder eine Änderung des Sweeps lassen keine hohen Werte des maximalen Auftriebskoeffizienten unter variierenden Betriebsbedingungen zu.

Daher wurde in den letzten Jahren im Zusammenhang mit der Entwicklung der technischen Basis und dem Aufkommen neuer Luftfahrtmaterialien immer mehr auf die Möglichkeit geachtet, die aerodynamischen Eigenschaften des Flugzeugs durch Veränderung der Flügelgeometrie zu verbessern der Flugmodus – die Verwendung eines adaptiven Flügels. Die Anpassung des Flugzeugträgersystems kann durch Ändern der Spannweite und der Krümmung des Flügels sowie der Form, Krümmung und Dicke des Profils ausgeführt werden.
Es ist beabsichtigt, ein elastisches Außengehäuse zu verwenden, und die Leistungsrahmen in diesem Gehäuse werden angepasst, um ihre eigene Geometrie sanft zu ändern.

Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal eines solchen Flügels ist die Erhaltung der Glätte seiner Profile während der Verformung der Mittelfläche. Reduzierter Widerstand kann auf zwei Arten erreicht werden. Erstens, aufgrund der optimalen Änderung in Abhängigkeit von der Flugart der Verformung der Medianfläche. Dies ermöglicht, dass der Segelflugmodus nahezu flach ist, wodurch der Widerstand bei Null Hubkraft und während des Manövers reduziert wird – optimal verformt mit Zirkulationsverteilung entlang der Spannweite in der Nähe von elliptisch, was den induktiven Widerstand verringert. Zweitens, bei großen Angriffswinkeln, an Stellen des Bruches der oberen Fläche des Flügels, wenn eine konventionelle Mechanisierung abweicht, tritt eine lokale Trennung der Strömung auf. Die Verwendung von adaptiven Flügelsocken mit einer großen relativen Sehne und flexiblen Polsterungen kann lösen dieses Problem.

Die Abweichung der sich bewegenden Elemente unter Beibehaltung der Glätte ihrer Konturen nach einem bestimmten Gesetz, ausgewählt auf der Grundlage experimenteller und berechneter Forschung, erlaubt es, den Druck auf die Flügeloberfläche so umzuverteilen, dass der Strömungsabriss verhindert oder erheblich abgeschwächt wird Entwicklung im ausgewählten Flugmodus. Als ein Ergebnis wird die Grenze des Auftretens von Rütteln und Puffern zu großen Angriffswinkeln verschoben, was die Effizienz von Wendeoberflächen, die in dem Modus von Steuerungen arbeiten, erhöht. Während des Manövers führt der adaptive Flügel durch die Verhinderung der Strömungsablösung zu einem spürbaren Gewinn an aerodynamischer Qualität.

Wenn eine Änderung in der Form eines adaptiven Flügels Bedingungen untergeordnet wird, unter denen der kritische Punkt in jedem Abschnitt des Flügels zu der Spitze des Profils verschoben wird und die Geschwindigkeitszirkulationsverteilung über die Spanne elliptisch wird, dann bei einem ausgewählten Auftriebskoeffizienten Wert, der Widerstandsbeiwert ist minimal. Im ersten Fall treten die Verdünnungsspitzen in der Nähe der Vorderkante auf, die bei einem herkömmlichen Flügel zu einem Strömungswinkel führen und der Verlust der Saugkraft, also eine Erhöhung des Widerstandes, abnehmen. Wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, wird der induktive Widerstand minimiert.

Die Abweichung der Elemente des adaptiven Flügels, die so ausgeführt ist, dass der Druckmittelpunkt der aerodynamischen Kräfte, die auf das Flugzeug wirken, seine Position nicht ändert, ermöglicht es, den aerodynamischen Auftrieb direkt zu steuern.

Die moderne technologische Basis und die Entwicklung von Luftfahrtmaterialien ermöglichen die Schaffung von Betätigungsmechanismen zur Steuerung des Flusses eines Trägersystems, ohne die Ressourcen eines marschierenden Kraftwerks zu verwenden, das auf autonomen Druckluftquellen basiert. Strukturelle und technologische Grundlage von Strahlsteuerungssystemen können aktive gasdynamische Stellglieder sein, die nach dem Prinzip der Paralleleinspritzung mit gasdynamischen Kolben arbeiten.

Verpackungsmanagement
Eine der Möglichkeiten, die aerodynamische Qualität im Reiseflugmodus zu verbessern und die Start- und Landeeigenschaften eines Flugzeugs zu verbessern, ist die aktive Steuerung der Strömung um aerodynamische Träger und Steuerflächen mittels Energieverfahren: Grenzschichtsteuerung, Blasen der Strahlen auf die Elemente der Flügel- und Landemechanisierung, Jet- und Jet-Klappe. Die Kontrolle der Grenzschicht durch ihre Absaugung von der Flügeloberfläche, der Heckanordnung und der Triebwerksgondel ist eine effektive Möglichkeit, den Reibungswiderstand (durch künstliche Laminarisierung der Strömung) zu verringern. Zusätzlich kann das Blasen der Grenzschicht eine kontinuierliche Strömung um den Flügel bei hohen Anstellwinkeln und großen Ablenkungswinkeln der Elemente der Flügelmechanisierung bereitstellen und dadurch den maximalen Auftriebskoeffizienten und den kritischen Anstellwinkel erhöhen.

Beispiele für die Implementierung
Die Entwicklung eines adaptiven Flügels, der in der Lage ist, die Krümmung im Flug zu ändern, während er glatte Konturen beibehält, wurde 1979 in den USA unter Verwendung des AFTI-Programms (Advanced Fighter Texnology Integration) der NASA und der USAF begonnen. Dieser Flügel wurde erstmals in den 1980er Jahren an einem experimentellen F-111-Flugzeug installiert. Die Änderung der Krümmung des Flügels im Flug wurde in Abhängigkeit von der Flughöhe, der Machzahl, dem Wischwinkel und der erforderlichen Hubkraft vorgenommen. Ziel war es, bei jedem Wert des Auftriebskoeffizienten den kleinsten Luftwiderstandsbeiwert sicherzustellen. Der vordere und der hintere Teil des Flügels mit einer flexiblen Haut erlaubt, die Krümmung des Flügels sanft zu ändern, so dass die Polare die Umhüllung der Polare entsprechend verschiedenen Flügelkonfigurationen sein würde. Dann waren enorme Investitionen und komplizierteste konstruktive Entscheidungen erforderlich. Gegenwärtig ist die Situation aufgrund des Aufkommens von elastischen Verbundmaterialien einfacher geworden.

Später, ab 1987, wurden ähnliche Studien bei Airbus Industrie durchgeführt, als ein Flügel mit kontrollierter Krümmung für die Flugzeuge A330 und A340 entwickelt wurde. Es wurde angenommen, dass die Steuerung der Krümmung des Flügels aufgrund der automatischen Änderung der Auslenkungswinkel von zwei Paaren von Klappen und Querrudern für jeden halben Flügel, sollte er die optimale Krümmung des Profils für jeden Flugmodus als Ergebnis liefern von denen eine signifikante Verbesserung der aerodynamischen Qualität im Reiseflugmodus mit einem erhöhten Auftriebswert erreicht werden sollte. Tests von Tragflächenmodellen in einem Windkanal zeigten, dass die aerodynamische Qualität des Flügels mit kontrollierter Krümmung nur ~ 1,5% höher als normal ist. Daher kamen die Forscher zu dem Schluss, dass die zusätzliche Mechanisierung und Komplexität des Krümmungssteuerungssystems sowie eine Erhöhung der Masse der Struktur keine leichte Verbesserung der Treibstoffeffizienz des Flugzeugs rechtfertigen.

Nichtsdestotrotz, in den Jahren 2008 – 2012 Jahre fortgesetzte Forschung über das Projekt SADE (SmArt High Lift Devices für Next Generation Wing) des 7. Europäischen Rahmenprogramms. Das Ziel des Projekts war die Untersuchung einer adaptiven, lückenlosen Vorderkante, einer adaptiven, sanft auslenkbaren Hinterkante, um die aerodynamische Qualität des Flugzeugflügels der nächsten Generation zu erhöhen, während das Gewicht der Struktur erheblich reduziert, das Geräusch während der Start- und Landebetriebsarten reduziert und erhöht wird Kraftstoffeffizienz.

Die neueste Modifikation des Flugzeugs Boeing 787 Dreamliner angewendet eine Änderung der Krümmung der Rückseite des Flügelprofils auf dem Start und Landung. In diesem Fall werden mit der Freigabe von Klappen auch ihre Dächer abgelenkt, was nicht nur die Effizienz der Klappen erhöht, sondern auch die Tragfähigkeit des Hauptteils des Flügels aufgrund der erhöhten Krümmung seines Profils.

In den Vereinigten Staaten wird derzeit an der Entwicklung eines adaptiven Flügels von FlexSys Inc., dem US Air Force Research Laboratory Russian, gearbeitet. nach dem Programm der aktiven aeroelastischen Flügel der Boeing X-53 Active Aeroelastic Wing.

Ein von FlexSys Inc. entwickelter, adaptiv nachgiebiger Flügel hat eine variable Wölbklappenhinterkante, die um bis zu ± 10 ° ausgelenkt werden kann, so dass er wie ein Klappenflügel wirkt, jedoch ohne die für ein Klappensystem typischen einzelnen Segmente und Lücken. Der Flügel selbst kann bis zu 1 ° pro Fuß der Spannweite gedreht werden. Die Flügelform kann mit einer Geschwindigkeit von 30 ° pro Sekunde verändert werden, was ideal für die Entlastung der Böenlast ist. Die Entwicklung des adaptiven Flügels wird vom US Air Force Research Laboratory gefördert. Zunächst wurde der Flügel in einem Windkanal getestet, und dann wurde ein 50-Zoll-Flügelabschnitt an Bord des Forschungsflugzeugs Scaled Composites White Knight in einem siebenstündigen, 20-stündigen Programm der Mojave getestet Weltraumbahnhof. Kontrollmethoden werden vorgeschlagen.

Adaptive konforme Flügel werden auch an der ETH Zürich im Rahmen des Smart-Tragflächenprojekts untersucht.

In Russland sind Beispiele für den Einsatz von adaptiver Start- und Landemechanisierung auf dem Flügel eines Passagierflugzeugs unbekannt, Studien zur Bewertung der Wirksamkeit begannen vor mehr als 20 Jahren bei TsAGI. Bei einem erfahrenen Deckjäger Su-33UB wurde eine adaptive, auslenkbare Spitze des Flügels mit einer flexiblen Haut verwendet.