Адаптивное совместимое крыло
Крыло с адаптивной совместимостью — это гибкое крыло, позволяющее изменять его формы в полете. Адаптивное управляемое крыло — крыло самолета, профиль которого имеет форму, близкую к оптимальной для каждого заданного режима полета. Конструкция такого крыла позволяет плавно (из-за гибкой кожи) отклонять нос и хвост крыла, тем самым изменяя кривизну вдоль пролета, в зависимости от высоты, скорости полета и перегрузки. Адаптивное крыло предназначено в основном для многоцелевого и высокоманевренного самолета. Элементы крыла контролируются высокоавтоматизированной электрической системой дистанционного управления.
Разнообразным улучшением аэродинамического качества крыла является также система адаптивной «шлицевой» механизации крыла. Он обеспечивает плавное (с необходимой точностью, возможно, ступенчатое) изменение углов установки носков и закрылков в зависимости от угла атаки и числа Маха. Однако эта система допускает прерывистое изменение аэродинамических производных во всем диапазоне параметров, в отличие от адаптивного крыла. Ведется также работа по реализации непрерывного потока вокруг поверхностей механизации путем изменения кривизны элементов механизации щелей. Благодаря упрощенной кинематике расширения заслонок адаптивная механизация крыла привлекательна тем, что исключает использование сложных конфигураций и увеличивает вес направляемых на крыльях направляющих, а также уменьшает потери несущих свойств для балансировки.
Деловое свидание, встреча
Эффективный полет в атмосфере требует различной аэродинамики от аппарата, в зависимости от скорости полета, режима полета. Классический подход к дизайну новых самолетов теперь позволяет незначительно (не более 1-2%) улучшить аэродинамическое качество и улучшить характеристики взлета и посадки. Механизация крыла в виде простых отклоняемых носков и хвостов профиля или изменение развертки не позволяет достичь высоких значений максимального коэффициента подъема при изменяющихся рабочих условиях.
Поэтому в последние годы в связи с развитием технической базы и появлением новых авиационных материалов все большее внимание уделяется возможности улучшения аэродинамических характеристик летательного аппарата путем изменения геометрии крыла в зависимости от режим полета — использование адаптивного крыла. Адаптация системы авианосца может быть выполнена путем изменения пролета и развертки крыла, а также формы, кривизны и толщины профиля.
Он предназначен для использования эластичного внешнего корпуса, а силовые каркасы внутри этого корпуса будут адаптированы для плавного изменения собственной геометрии.
Важной отличительной особенностью такого крыла является сохранение гладкости его профилей при деформации срединной поверхности. Снижение сопротивления может быть достигнуто двумя способами. Во-первых, из-за оптимального изменения в зависимости от режима полета деформации срединной поверхности. Это позволяет крейсерским режимам сделать крыло почти плоским, что снижает сопротивление при нулевой подъемной силе, а во время маневра — оптимально деформируется с распределением циркуляции вдоль пролета крыла, близким к эллиптическому, что снижает индуктивное сопротивление. Во-вторых, при больших углах атаки в местах разлома верхней поверхности крыла, когда обычная механизация отклоняется, происходит локальное разделение потока. Использование адаптивных крыльев с большим относительным хордом и гибкой обивкой может решить Эта проблема.
Отклонение подвижных элементов при сохранении гладкости его контуров в соответствии с каким-либо законом, выбранным на основе экспериментальных и расчетных исследований, позволяет перераспределять давление на поверхности крыла таким образом, чтобы предотвратить срыв потока или значительно ослабить его разработка в выбранном режиме полета. В результате граница возникновения тряски и буферизации сдвигается на большие углы атаки, повышая эффективность поворотных поверхностей, работающих в режиме управления. Во время маневра, предотвращая разделение потока, адаптивное крыло дает ощутимый выигрыш в аэродинамическом качестве.
Если изменение формы адаптивного крыла подчинено условиям, при которых критическая точка в каждом участке крыла смещается к носу профиля, а распределение циркуляции скорости по пролету становится эллиптическим, то при выбранном коэффициенте подъема значение, коэффициент сопротивления минимален. В первом случае пики разрежения вблизи передней кромки, которые на обычном крыле приводят к углу потока и потери силы всасывания, т. Е. Увеличения сопротивления, уменьшаются. Когда выполняется второе условие, индуктивное сопротивление минимизируется.
Отклонение элементов адаптивного крыла, выполненное таким образом, чтобы центр давления аэродинамических сил, действующих на самолете, не менял своего положения, позволяет напрямую управлять аэродинамическим подъемником.
Современная технологическая база и разработка авиационных материалов позволяют обеспечить создание исполнительных механизмов для управления потоком несущей системы без использования ресурсов маршевой электростанции на основе автономных источников сжатого воздуха. Структурно-технологическая база систем управления струей может быть активными газодинамическими приводами, которые работают по принципу параллельного впрыска с использованием газодинамических поршней.
Управление обручем
Одним из способов улучшения аэродинамического качества в режиме круизного полета и улучшения характеристик взлета и посадки самолета является активное управление потоком вокруг аэродинамических несущих и поверхностей управления с использованием энергетических методов: управление пограничным слоем, продувка струй на элементах механизации крыла и посадки, реактивного и струйного клапана. Контроль пограничного слоя за счет его всасывания с поверхности крыла, хвостового узла и гондолы двигателя является эффективным способом снижения сопротивления трения (путем искусственной ламинаризации потока). Кроме того, выдувание пограничного слоя может обеспечить непрерывный поток вокруг крыла под большими углами атаки и большими углами отклонения элементов механизации крыла и тем самым увеличить максимальный коэффициент подъема и критический угол атаки.
Примеры реализации
Развитие адаптивного крыла, способного изменять кривизну в полете при сохранении плавных контуров, было начато в США в 1979 году с использованием программы AFTI (Advanced Fighter Texnology Integration), реализованной НАСА и ВВС США. Это крыло было впервые установлено в 1980-х годах на экспериментальном самолете F-111. Изменение кривизны крыла в полете производилось в зависимости от высоты полета, числа Маха, угла развертки и требуемой подъемной силы. Целью было обеспечить наименьший коэффициент сопротивления при каждом значении коэффициента подъема. Передняя и хвостовая части крыла с гибкой кожей позволили плавно изменить кривизну крыла, так что полярность была бы огибающей полюсов, соответствующих различным конфигурациям крыла. Затем потребовались огромные капитальные затраты и самые сложные конструктивные решения. В настоящее время, благодаря появлению эластичных композиционных материалов, ситуация стала проще.
Позднее, начиная с 1987 года, аналогичные исследования были проведены в Airbus Industrie при разработке крыла с контролируемой кривизной для самолетов A330 и A340. Предполагалось, что контроль кривизны крыла за счет автоматического изменения углов отклонения двух пар клапанов и элеронов для каждого полукрыла должен обеспечить оптимальную кривизну профиля для каждого режима полета, в результате из которых необходимо добиться значительного улучшения аэродинамического качества в режиме круиза с увеличенным лифтом. Испытания моделей крыла в аэродинамической трубе показали, что аэродинамическое качество крыла с контролируемой кривизной лишь на 1,5% выше, чем обычно. Поэтому исследователи пришли к выводу, что дополнительная механизация и сложность системы контроля кривизны, а также увеличение массы конструкции не оправдывают небольшое улучшение топливной эффективности летательного аппарата.
Тем не менее, в 2008-2012 годах продолжились исследования по проекту SADE (Smärt High Lift Devices для следующего поколения крыла) 7-й Европейской рамочной программы. Целью проекта было изучение адаптивного бесщелевого переднего края, адаптивного плавно отклоняющегося заднего края для увеличения аэродинамического качества крыла летательного аппарата следующего поколения, при этом значительно уменьшая вес конструкции, уменьшая шум во время режимов взлета и посадки и увеличивая эффективность топлива.
Последняя модификация самолета Boeing 787 Dreamliner применила изменение кривизны задней части профиля крыла при взлете и посадке. В этом случае с выпуском закрылков их крыши также отклоняются, что не только повысит эффективность заслонок, но и несущую способность основной части крыла из-за повышенной кривизны его профиля.
В Соединенных Штатах ведется работа по созданию адаптивного крыла компании FlexSys Inc., американской исследовательской лаборатории ВВС России. в соответствии с программой активного аэроупругого крыла активного аэроупругого крыла Boeing X-53.
Крыло с адаптивной совместимостью, разработанное компанией FlexSys Inc., имеет заднюю кромку с переменным развалом, которая может быть отклонена до ± 10 °, так что она действует как крыло, оснащенное клапаном, но без отдельных сегментов и зазоров, типичных для системы клапанов. Само крыло может быть скручено до 1 ° на футов. Форма крыла может быть изменена со скоростью 30 ° в секунду, что идеально подходит для снижения нагрузки на порывы. Исследовательская лаборатория ВВС США спонсирует развитие адаптивно-совместимого крыла. Первоначально крыло тестировалось в аэродинамической трубе, а затем 50-дюймовый (1,3 м) участок крыла проходил летные испытания на борту исследовательского самолета Scaled Composites White Knight в семилетней 20-часовой программе, работавшей от Mojave Космопорт. Предложены методы управления.
Адаптивные совместимые крылья также исследуются в ETH Zurich в рамках проекта Smart aerfoil.
В России примеры использования адаптивной взлетно-посадочной механизации на крыле пассажирского самолета неизвестны, исследования по оценке его эффективности начались в ЦАГИ более 20 лет назад. На опытный палубный истребитель Су-33UB использовался адаптивный отклоняющийся носок крыла с гибкой кожей.