Aile souple adaptative

Une aile souple adaptative est une aile souple qui permet de modifier certains aspects de sa forme en vol. Aile contrôlée adaptative – l’aile de l’aéronef, dont le profil prend une forme presque optimale pour chaque mode de vol donné. La conception d’une telle aile permet en fait (en raison de la souplesse de la peau) de dévier le nez et la queue de l’aile, modifiant ainsi la courbure le long de la travée, en fonction de la hauteur, de la vitesse de vol et de la surcharge. L’aile adaptative est principalement destinée aux avions polyvalents et très manœuvrables. Les éléments d’aile sont contrôlés par un système de variable électrique à distance hautement automatisé.

L’amélioration de la qualité aérodynamique de l’aile est également un système de mécanisation adaptative de la «fente» de l’aile. Il permet un changement en douceur (dans la précision requise, éventuellement par étapes) des angles d’installation des chaussettes et des rabats, en fonction de l’angle d’attaque et du nombre de Mach. Cependant, ce système permet une modification discontinue des dérivées aérodynamiques dans l’ensemble des paramètres, contrairement à l’aile adaptative. Des travaux sont également en cours sur la mise en place d’un écoulement continu autour des surfaces de mécanisation en modifiant la courbure des éléments de la mécanisation de la fente. En raison de la cinématique simplifiée de l’extension des volets, la mécanisation adaptative des ailes est attrayante car elle élimine l’utilisation de configurations compliquées et augmente le poids des rails guidés des ailes, tout en réduisant la perte de propriétés de portance lors de l’équilibrage.

Rendez-vous
Un vol efficace dans l’atmosphère nécessite un aérodynamisme différent de l’appareil, en fonction de la vitesse de vol et du mode de vol. L’approche classique de la conception de nouveaux aéronefs ne permet plus que très légèrement (pas plus de 1-2%) d’améliorer la qualité aérodynamique et d’améliorer les caractéristiques de décollage et d’atterrissage. La mécanisation de l’aile sous forme de chaussettes et de queues déflectables simples du profil ou de changement de balayage ne permet pas d’atteindre des valeurs élevées du coefficient de portance maximal dans des conditions de fonctionnement variables.

C’est pourquoi, ces dernières années, en liaison avec le développement de la base technique et l’émergence de nouveaux matériaux d’aviation, de plus en plus d’attention a été portée à la possibilité d’améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l’aéronef en modifiant la géométrie de la voilure en fonction des conditions. le mode de vol – l’utilisation d’une aile adaptative. L’adaptation du système de porte-avions peut être réalisée en modifiant l’envergure et le balayage de l’aile, ainsi que la forme, la courbure et l’épaisseur du profil.
Il est prévu d’utiliser une enveloppe extérieure élastique et les cadres de commande à l’intérieur de cette enveloppe seront adaptés pour modifier en douceur sa propre géométrie.

Une caractéristique distinctive importante d’une telle aile est la préservation de la finesse de ses profils lors de la déformation de la surface médiane. La résistance réduite peut être obtenue de deux manières. Premièrement, en raison du changement optimal en fonction du mode de déformation de vol de la surface médiane. Cela permet aux modes de croisière de rendre l’aile presque plate, ce qui réduit la résistance lorsque la force de levage est nulle et pendant la manœuvre – déformée de manière optimale avec une répartition de la circulation le long de l’envergure de l’aile proche de l’elliptique, ce qui réduit la résistance inductive. Deuxièmement, lors de grands angles d’attaque, dans les lieux de fracture de la face supérieure de l’aile, lorsqu’une mécanisation classique dévie, il se produit une séparation locale de l’écoulement. L’utilisation de chaussettes adaptatives à ailes avec une grande corde relative et un rembourrage souple peut résoudre ce problème.

La déviation des éléments en mouvement tout en maintenant la douceur de ses contours selon une loi choisie sur la base de recherches expérimentales et calculées, permet de redistribuer la pression à la surface de l’aile de manière à éviter que le flux stagne ou affaiblisse considérablement sa développement dans le mode de vol sélectionné. En conséquence, la limite d’occurrence de tremblement et de mise en mémoire tampon est déplacée vers de grands angles d’attaque, ce qui augmente l’efficacité des surfaces de retournement fonctionnant en mode de commande. Pendant la manœuvre, en empêchant la séparation des flux, l’aile adaptative procure un gain tangible en qualité aérodynamique.

Si un changement de la forme d’une aile adaptative est subordonné à des conditions dans lesquelles le point critique de chaque section de l’aile se déplace vers la pointe du profil et que la distribution de la circulation de la vitesse sur la travée devient elliptique, alors avec un coefficient de portance choisi valeur, le coefficient de traînée est minimal. Dans le premier cas, les pics de raréfaction au voisinage du bord d’attaque, qui sur une aile classique entraînent un angle d’écoulement et une perte de force d’aspiration, c’est-à-dire une augmentation de la résistance, diminuent. Lorsque la deuxième condition est remplie, la résistance inductive est minimisée.

La déviation des éléments de l’aile adaptative, réalisée de sorte que le centre de pression des forces aérodynamiques agissant sur l’aéronef ne change pas de position, permet de contrôler directement la portance aérodynamique.

La base technologique moderne et le développement des matériaux aéronautiques permettent d’assurer la création de mécanismes de commande permettant de contrôler le flux d’un système porteur sans utiliser les ressources d’une centrale en marche, basée sur des sources autonomes d’air comprimé. La base structurelle et technologique des systèmes de commande de jet peut être constituée d’actionneurs actifs à dynamique gazeuse fonctionnant sur le principe de l’injection parallèle utilisant des pistons dynamiques à gaz.

Gestion d’emballage
L’un des moyens d’améliorer la qualité aérodynamique en mode vol de croisière et d’améliorer les caractéristiques de décollage et d’atterrissage d’un aéronef consiste à contrôler activement le flux autour des supports aérodynamiques et des surfaces de contrôle à l’aide de méthodes énergétiques: contrôle de la couche limite, soufflage des jets sur les éléments de la mécanisation de l’aile et de l’atterrissage, du jet et des volets. Contrôler la couche limite par son aspiration à partir de la surface de l’aile, de la queue et de la nacelle du moteur est un moyen efficace de réduire la résistance au frottement (par laminarisation artificielle du flux). De plus, le soufflage de la couche limite peut créer un écoulement continu autour de l’aile sous des angles d’attaque élevés et des angles de déviation importants des éléments de la mécanisation de l’aile, augmentant ainsi le coefficient de portance maximal et l’angle d’attaque critique.

Exemples d’implémentation
Le développement d’une aile adaptative capable de modifier la courbure en vol tout en maintenant des contours lisses a été lancé aux États-Unis en 1979 à l’aide du programme AFTI (Advanced Fighter Texnology Integration) mis en œuvre par la NASA et l’US Air Force. Cette aile a été installée pour la première fois dans les années 1980 sur un avion expérimental F-111. Le changement de courbure de l’aile en vol a été effectué en fonction de la hauteur du vol, du nombre de Mach, de l’angle de balayage et de la force de levage requise. L’objectif était d’assurer le plus petit coefficient de traînée à chaque valeur du coefficient de portance. Les parties avant et arrière de l’aile avec une peau flexible ont permis de modifier en douceur la courbure de l’aile, de sorte que la polaire serait l’enveloppe des polaires correspondant à différentes configurations d’aile. Il a ensuite fallu d’énormes dépenses en capital et les décisions constructives les plus compliquées. À l’heure actuelle, avec l’avènement des matériaux composites élastiques, la situation s’est simplifiée.

Par la suite, à partir de 1987, Airbus Industrie a réalisé des études similaires lors du développement d’une aile à courbure contrôlée pour les A330 et A340. Il a été supposé que le contrôle de la courbure de l’aile, dû au changement automatique des angles de déviation de deux paires de volets et d’ailerons pour chaque demi-aile, devrait permettre d’obtenir la courbure optimale du profil pour chaque mode de vol. dont une amélioration significative de la qualité aérodynamique devrait être obtenue en mode croisière avec une valeur de portance accrue. Les tests de modèles d’ailes en soufflerie ont montré que la qualité aérodynamique de l’aile à courbure contrôlée n’est supérieure d’environ 1,5% à la normale. Par conséquent, les chercheurs sont parvenus à la conclusion que la mécanisation supplémentaire et la complexité du système de contrôle de la courbure, ainsi que l’augmentation de la masse de la structure, ne justifiaient pas une légère amélioration du rendement énergétique de l’avion.

Néanmoins, au cours de la période de recherche allant de 2008 à 2012, le projet SADE (appareils à haute levée SmArt pour la nouvelle génération) du SADE du 7e programme-cadre européen a été poursuivi. L’objectif du projet était d’étudier un bord avant adaptatif sans à-coups, un bord de fuite adaptable et légèrement déformable afin d’améliorer la qualité aérodynamique de la voilure d’avion de la prochaine génération tout en réduisant de manière significative le poids de la structure, en réduisant la consommation de carburant.

La dernière modification de l’avion Boeing 787 Dreamliner a appliqué une modification de la courbure de l’arrière du profil de l’aile lors du décollage et de l’atterrissage. Dans ce cas, avec la libération des volets, leurs toits sont également déviés, ce qui augmentera non seulement l’efficacité des volets, mais également la capacité portante de la partie principale de l’aile en raison de la courbure accrue de son profil.

Aux États-Unis, des travaux sont en cours pour créer une aile adaptative de FlexSys Inc., le laboratoire de recherche de l’US Air Force russe. selon le programme de l’aile aéroélastique active de l’aile aéroélastique active Boeing X-53.

Une aile souple adaptative conçue par FlexSys Inc. présente un bord de fuite à cambrure variable qui peut être dévié jusqu’à ± 10 °, de sorte qu’elle se comporte comme une aile équipée de volets, mais sans les segments et les espaces individuels typiques d’un système à volets. L’aile elle-même peut être vrillée jusqu’à 1 ° par pied d’envergure. La forme de l’aile peut être modifiée à une vitesse de 30 ° par seconde, ce qui est idéal pour atténuer la charge en rafale. Le développement de l’aile conforme adaptative est parrainé par le laboratoire de recherche de l’US Air Force. Initialement, l’aile a été testée dans une soufflerie, puis une section d’aile de 1,3 m (50 po) a été testée en vol à bord de l’avion de recherche White Knight Scaled Composites dans le cadre d’un programme en sept heures et 20 vols opéré à partir du Mojave. Spaceport. Des méthodes de contrôle sont proposées.

L’ETH Zurich étudie également les ailes adaptatives conformes dans le cadre du projet Smart Airfoil.

En Russie, les exemples d’utilisation de la mécanisation adaptative de décollage et d’atterrissage sur l’aile d’un avion de passagers sont inconnus. Des études visant à évaluer son efficacité ont débuté à TsAGI il y a plus de 20 ans. Un orteil adaptable pouvant être dévié de l’aile avec une peau flexible a été utilisé sur un chasseur de pont expérimenté Su-33UB.