Uma asa compliant adaptável é uma asa que é flexível de modo que os aspectos de sua forma possam ser mudados no vôo. Ala controlada adaptativa – a asa da aeronave, cujo perfil assume a forma ideal para cada modo de voo dado. O design de tal asa permite suavemente (devido à pele flexível) desviar o nariz e cauda da asa, alterando assim a curvatura ao longo do vão, dependendo da altura, velocidade de vôo e sobrecarga. A asa adaptativa destina-se principalmente a aeronaves polivalentes e altamente manobráveis. Os elementos da asa são controlados por um sistema variável remoto elétrico altamente automatizado.
Uma variedade de melhoria da qualidade aerodinâmica da asa é também um sistema de mecanização de asa de “fenda” adaptativa. Ele fornece uma suave (dentro da precisão necessária, talvez em etapas) a mudança nos ângulos de instalação das meias e abas, dependendo do ângulo de ataque e do número Mach. No entanto, este sistema permite uma mudança descontínua em derivados aerodinâmicos em toda a gama de parâmetros, em contraste com a asa adaptativa. O trabalho também está em andamento sobre a implementação de um fluxo contínuo em torno das superfícies de mecanização, alterando a curvatura dos elementos da mecanização do slot. Devido à cinemática simplificada de extensão dos flaps, a mecanização de asa adaptativa é atraente, pois elimina o uso de configurações complicadas e aumenta o peso dos trilhos guiados por asa, além de reduzir a perda de propriedades do rolamento para o balanceamento.
Compromisso
Voo efetivo na atmosfera requer diferentes aerodinâmicas do aparelho, dependendo da velocidade de vôo, do modo de vôo. A abordagem clássica para o projeto de novas aeronaves agora permite apenas um pouco (não mais que 1-2%) para melhorar a qualidade aerodinâmica e melhorar as características de decolagem e pouso. A mecanização da asa na forma de meias e caudas defletíveis simples do perfil ou mudança de varredura não permite alcançar altos valores do coeficiente de levantamento máximo sob condições de operação variáveis.
Portanto, nos últimos anos, em conexão com o desenvolvimento da base técnica e o surgimento de novos materiais de aviação, mais e mais atenção está sendo dada à possibilidade de melhorar as características aerodinâmicas da aeronave, alterando a geometria da asa dependendo o modo de voo – o uso de uma asa adaptativa. Adaptação do sistema de porta-aviões pode ser realizada alterando o span e varrer da asa, bem como a forma, curvatura e espessura do perfil.
Destina-se a usar o revestimento externo elástico, e as estruturas de energia dentro deste invólucro serão adaptadas para alterar suavemente sua própria geometria.
Uma característica distintiva importante de tal asa é a preservação da suavidade de seus perfis durante a deformação da superfície mediana. A resistência reduzida pode ser alcançada de duas maneiras. Em primeiro lugar, devido à mudança ideal, dependendo do modo de voo da deformação da superfície mediana. Isso permite que os modos de cruzeiro tornem a asa quase plana, o que reduz a resistência com força de levantamento zero e durante a manobra – idealmente deformada com distribuição de circulação ao longo do vão da asa próximo ao elíptico, o que reduz a resistência indutiva. Em segundo lugar, em grandes ângulos de ataque, em locais de fratura da superfície superior da asa, quando uma mecanização convencional se desvia, ocorre a separação local do fluxo. O uso de meias asa adaptativas com um grande acorde relativo e estofamento flexível pode resolver este problema.
O desvio de elementos móveis, mantendo a suavidade de seus contornos de acordo com alguma lei, selecionada com base em pesquisas experimentais e calculadas, permite redistribuir a pressão na superfície da asa de modo a evitar que o fluxo pare ou enfraqueça significativamente desenvolvimento no modo de voo selecionado. Como resultado, o limite da ocorrência de tremores e buffers é deslocado para grandes ângulos de ataque, aumentando a eficiência das superfícies de virada operando no modo de controle. Durante a manobra, impedindo a separação do fluxo, a asa adaptativa dá um ganho tangível na qualidade aerodinâmica.
Se uma mudança na forma de uma asa adaptativa estiver subordinada a condições sob as quais o ponto crítico em cada seção da asa muda para a ponta do perfil, e a distribuição de circulação de velocidade ao longo do vão se torna elíptica, então em um coeficiente de elevação selecionado valor, o coeficiente de arrasto é mínimo. No primeiro caso, os picos de rarefação na vizinhança da borda inicial, que em uma asa convencional levam a um ângulo de fluxo e perda de força de sucção, ou seja, um aumento na resistência, diminuem. Quando a segunda condição é atendida, a resistência indutiva é minimizada.
O desvio dos elementos da asa adaptativa, realizado de modo que o centro de pressão das forças aerodinâmicas atuantes na aeronave não alterem sua posição, possibilita o controle direto da sustentação aerodinâmica.
A moderna base tecnológica e o desenvolvimento de materiais aeronáuticos permitem garantir a criação de mecanismos de acionamento para controlar o fluxo de um sistema transportador sem utilizar os recursos de uma usina em marcha, com base em fontes autônomas de ar comprimido. As bases estruturais e tecnológicas dos sistemas de controle de jato podem ser atuadores dinâmicos a gás ativos que operam com o princípio de injeção paralela usando pistões dinâmicos a gás.
Gerenciamento de envoltório
Uma das maneiras de melhorar a qualidade aerodinâmica no modo cruzeiro e melhorar as características de decolagem e aterrissagem de uma aeronave é controlar ativamente o fluxo em torno de transportadores aerodinâmicos e controlar superfícies usando métodos de energia: controle de camada limite, soprando os jatos nos elementos da asa e mecanização de pouso, jet e jet flap. Controlando a camada limite por sua sucção da superfície da asa, o conjunto da cauda e a nacela do motor é uma maneira eficaz de reduzir a resistência ao atrito (por laminarização artificial do fluxo). Além disso, soprando a camada limite pode fornecer um fluxo contínuo em torno da asa em altos ângulos de ataque e grandes ângulos de deflexão dos elementos de mecanização de asa e, assim, aumentar o coeficiente de elevação máxima e ângulo crítico de ataque.
Exemplos de implementação
O desenvolvimento de uma asa adaptativa capaz de mudar a curvatura em vôo, mantendo contornos suaves, foi iniciada nos EUA em 1979, usando o programa AFTI (Advanced Fighter Texnology Integration) implementado pela NASA e pela USAF. Esta asa foi instalada pela primeira vez na década de 1980 em uma aeronave experimental F-111. A mudança na curvatura da asa em vôo foi feita dependendo da altura do vôo, do número Mach, do ângulo de varredura e da força de levantamento necessária. O objetivo era garantir o menor coeficiente de arrasto em cada valor do coeficiente de sustentação. A frente e as partes da cauda da asa com uma pele flexível permitiram suavemente mudar a curvatura da asa, de modo que o polar seria o envelope dos polares correspondentes a diferentes configurações de asa. Então exigiu enormes gastos de capital e as decisões construtivas mais complicadas. Atualmente, devido ao advento de materiais compósitos elásticos, a situação tornou-se mais simples.
Mais tarde, a partir de 1987, estudos similares foram realizados na Airbus Industrie, quando da criação de uma asa com curvatura controlada para as aeronaves A330 e A340. Foi assumido que o controle da curvatura da asa devido à mudança automática dos ângulos de deflexão de dois pares de flaps e ailerons para cada meia asa, deve fornecer a curvatura ótima do perfil para cada modo de voo, como resultado dos quais uma melhoria significante na qualidade aerodinâmica deveria ser alcançada no modo de cruzeiro com um valor de elevador aumentado. Testes de modelos de asas em um túnel de vento mostraram que a qualidade aerodinâmica da asa com curvatura controlada é apenas ~ 1,5% maior do que o normal. Portanto, os pesquisadores chegaram à conclusão de que a mecanização adicional e a complexidade do sistema de controle de curvatura, bem como um aumento na massa da estrutura, não justificam uma ligeira melhora na eficiência de combustível da aeronave.
No entanto, em 2008 – 2012 anos de pesquisa contínua sobre o projeto SADE (Dispositivos de Elevação Elevada da SmArt para a Ala de Próxima Geração) do 7º Programa-Quadro Europeu. O objetivo do projeto era estudar um bordo de ataque sem fio adaptável, um bordo de fuga adaptável e suavemente flexível para aumentar a qualidade aerodinâmica da asa da aeronave da próxima geração, reduzindo significativamente o peso da estrutura, reduzindo o ruído durante os modos de pouso e decolagem e aumentando eficiência do combustível.
A última modificação da aeronave Boeing 787 Dreamliner aplicou uma mudança na curvatura da parte traseira do perfil da asa na decolagem e pouso. Neste caso, com a liberação de flaps, seus telhados também são desviados, o que não só aumenta a eficiência dos flaps, mas também a capacidade de suporte da parte principal da asa devido à maior curvatura de seu perfil.
Nos Estados Unidos, o trabalho está em andamento para criar uma ala adaptativa pela FlexSys Inc., Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA, na Rússia. de acordo com o programa da asa aeroelástica ativa da Asa Aeroelástica Ativa Boeing X-53.
Uma asa complacente adaptável projetada por FlexSys Inc. caracteriza uma borda de fuga de cambagem variável que pode ser defletida até ± 10 °, de forma que isto age como uma asa equipada com aba, mas sem os segmentos individuais e aberturas típico em um sistema de aba. A asa em si pode ser torcida até 1 ° por pé de extensão. A forma da asa pode ser alterada a uma taxa de 30 ° por segundo, o que é ideal para o alívio da carga de rajadas. O desenvolvimento da asa compliant adaptável está sendo patrocinado pelo laboratório de pesquisa da força aérea dos EU Inicialmente, a asa foi testada em um túnel de vento e, em seguida, uma seção de asa de 50 polegadas (1,3 m) foi testada a bordo do avião de pesquisa White Knight da Scaled Composites em um programa de 20 horas operado a partir do Mojave. Espaçoporto. Métodos de controle são propostos.
As alas complacentes adaptáveis também são investigadas na ETH Zurich no âmbito do projeto Smart aerofólio.
Na Rússia, são desconhecidos os exemplos do uso da mecanização adaptativa de decolagem e pouso na asa de uma aeronave de passageiros, e estudos para avaliar sua eficácia começaram na TsAGI há mais de 20 anos. Um dedo do pé adaptável defletível da asa com uma pele flexível foi usado em um lutador de convés experiente Su-33UB.