自适应兼容机翼

自适应柔性机翼(Adaptive compliant wing)是一种灵活的机翼,因此其形状的各个方面可以在飞行中改变。 自适应控制机翼 – 飞机机翼,其轮廓采用接近每种飞行模式的最佳形式。 这种机翼的设计允许平滑地(由于柔软的表面)偏转机翼的机头和尾部,从而根据高度,飞行速度和过载改变沿着跨度的曲率。 自适应机翼主要用于多用途和高度机动的飞机。 机翼元件由高度自动化的电动远程可变系统控制。

各种改进机翼的空气动力学质量也是一种自适应“切口”机翼机械化系统。 它根据攻角和马赫数提供了袜子和襟翼安装角度的平滑(在所需的精度内,可能是逐步的)变化。 然而,与自适应机翼相比,该系统允许在整个参数范围内空气动力学导数的不连续变化。 通过改变槽机械化元件的曲率,在机械化表面周围实现连续流动的工作也在进行中。 由于延伸襟翼的简化运动学,自适应机翼机械化是有吸引力的,因为它消除了复杂配置的使用并增加了机翼导轨的重量,并且还减少了用于平衡的轴承性能的损失。

约定
根据飞行速度,飞行模式,在大气层中的有效飞行需要与装置不同的空气动力学。 设计新飞机的经典方法现在只允许轻微(不超过1-2%)改善空气动力学质量并改善起飞和着陆特性。 以简单的可偏转袜子和轮廓尾部或扫掠变化形式的机翼的机械化不允许在变化的操作条件下实现最大升力系数的高值。

因此,近年来,随着技术基础的发展和新航空材料的出现,人们越来越关注通过根据机翼的几何形状改变机翼的几何形状来改善飞机的空气动力学特性的可能性。飞行模式 – 使用自适应机翼。 可以通过改变机翼的跨度和横向以及轮廓的形状,曲率和厚度来实现航空母舰系统的适配。
它旨在使用弹性外壳,并且该外壳内的动力框架将适于平滑地改变其自身的几何形状。

这种机翼的一个重要的显着特征是在中间表面变形期间保持其轮廓的光滑度。 可以通过两种方式实现降低阻力。 首先,由于最佳变化取决于中间表面的变形的飞行模式。 这允许巡航模式使机翼几乎平坦,这降低了在零提升力下的阻力,并且在操纵期间 – 沿着翼展接近椭圆的循环分布最佳地变形,这降低了感应阻力。 其次,在大迎角时,在机翼上表面断裂的地方,当传统机械化偏离时,会发生局部流动分离。使用具有较大相对弦和柔性装饰的自适应翼袜可以解决这个问题。

根据在实验和计算研究的基础上选择的一些定律,运动元件的偏差在保持其轮廓的平滑度的同时允许在机翼表面上重新分配压力,以防止流动停止或显着削弱其在选定的飞行模式下开发。 结果,摇动和缓冲发生的边界转移到大迎角,提高了以控制模式操作的转动表面的效率。 在机动过程中,通过防止流动分离,自适应机翼在空气动力学质量方面获得了切实的增益。

如果自适应机翼形状的变化从属于机翼每个部分的临界点转移到轮廓的趾部的条件,并且跨度上的速度循环分布变为椭圆形,那么在选定的升力系数下值,阻力系数最小。 在第一种情况下,在前缘附近的稀疏峰值在传统机翼上导致流动角度和吸力损失,即阻力增加,减小。 当满足第二条件时,感应电阻最小化。

自适应机翼的元件的偏差,使得作用在飞机上的空气动力的压力中心不改变其位置,使得可以直接控制气动升力。

现代技术基础和航空材料的发展使得有可能确保创建用于控制载体系统的流动的致动机构,而不使用基于压缩空气的自主来源的行进发电厂的资源。 喷射控制系统的结构和技术基础可以是主动气动执行器,其基于使用气动活塞的并联喷射原理操作。

包裹管理
在巡航飞行模式中改善空气动力学质量并改善飞机起飞和着陆特性的方法之一是使用能量方法主动控制气动载体和控制表面周围的流动:边界层控制,吹动元件上的喷射机翼和着陆机械化,喷射和喷射襟翼。 通过其从机翼表面,尾部组件和发动机机舱的抽吸来控制边界层是降低摩擦阻力的有效方式(通过人工层流化流动)。 此外,吹动边界层可以在大迎角和机翼化元件的大角度偏转的情况下提供围绕机翼的连续流动,从而增加最大升力系数和临界迎角。

实施的例子
1979年,美国开始使用美国国家航空航天局和美国空军实施的AFTI(先进战斗机编组一体化)计划开发能够在保持平滑轮廓的同时改变飞行曲率的自适应机翼。 该机翼于20世纪80年代首次安装在一架实验性F-111飞机上。 根据飞行高度,马赫数,扫掠角度和所需的提升力,飞行中机翼曲率的变化取决于飞行高度。 目标是确保升力系数的每个值处的最小阻力系数。 具有柔性皮肤的机翼的前部和尾部允许平滑地改变机翼的曲率,使得极性将是对应于不同机翼配置的极性的包络。 然后它需要巨额资本支出和最复杂的建设性决策。 目前,由于弹性复合材料的问世,情况变得更加简单。

后来,从1987年开始,空中客车工业公司在为A330和A340飞机开发一种曲率受控的机翼时进行了类似的研究。 假设由于每对半翼的两对襟翼和副翼的偏转角度的自动变化而控制机翼的曲率,它应该为每种飞行模式提供最佳的轮廓曲率,结果其中,在巡航模式中应该以提升的升力值实现空气动力学质量的显着改善。 在风洞中对机翼模型进行的测试表明,具有可控曲率的机翼的空气动力学质量仅比正常情况高约1.5%。 因此,研究人员得出的结论是,曲率控制系统的额外机械化和复杂性以及结构质量的增加并不能证明飞机燃油效率的轻微改善。

尽管如此,在2008年 – 2012年对第七届欧洲框架计划的SADE(下一代机翼的SmArt高扬程装置)项目进行了持续研究。 该项目的目标是研究自适应无间隙前缘,自适应平滑可偏转后缘,以提高下一代飞机机翼的空气动力学质量,同时显着减轻结构重量,降低起飞和着陆模式下的噪音,并增加燃油效率。

最新改装的飞机波音787梦想飞机在起飞和着陆时改变了机翼轮廓后部的曲率。 在这种情况下,随着襟翼的释放,它们的顶部也被偏转,这不仅会提高襟翼的效率,而且还会增加机翼主要部分的承载能力,因为其轮廓的曲率增加。

在美国,正在努力通过美国空军研究实验室俄罗斯的FlexSys公司创建一个自适应机翼。 根据波音X-53主动气动弹翼的主动气动弹性翼程序。

由FlexSys Inc.设计的自适应柔性机翼具有可变弯度后缘,可以偏转至±10°,因此它的作用类似于装有襟翼的机翼,但没有襟翼系统中典型的单个节段和间隙。 机翼本身可以每英尺跨度扭转1°。 机翼的形状可以每秒30°的速度改变,这是减轻阵风负荷的理想选择。 自适应合规机翼的开发由美国空军研究实验室赞助。 最初,机翼在一个风洞中进行了测试,然后一架50英寸(1.3米)的机翼部分在Scaled Composites White Knight研究飞机上进行了飞行测试,这是一项由Mojave运营的七班20小时计划太空港。 提出了控制方法。

在苏格兰皇家太空卫队(ETH Zurich)的智能翼型项目框架中也研究了适应性柔性机翼。

在俄罗斯,在客机机翼上使用自适应起飞和着陆机械化的例子尚不清楚,20多年前在TsAGI开始的评估其有效性的研究。 在经验丰富的甲板战斗机Su-33UB上使用了具有柔韧皮肤的机翼的自适应可偏转的鞋头。