Η εξέλιξη των συσκευών υψηλής ανύψωσης ⁇ ιδιαίτερα των πτερύγων ⁇ είναι μια από τις πιο συνεπείς ιστορίες στην αεροναυπηγική μηχανική. Από τις πρώτες στρατιωτικές εφαρμογές τους στον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, τα πτερύγια έχουν μετατραπεί από απλά στροφέα σε εξελιγμένα, πολυστοιχεία συστήματα που επιτρέπουν στα αεροσκάφη να απογειώνονται και να προσγειώνονται με ασφάλεια σε μικρότερους διαδρόμους ενώ μεταφέρουν βαρύτερα φορτία.

Τεχνολογίες των Κλαπ Κατά τη διάρκεια του Β ́ Παγκοσμίου Πολέμου

Οι επείγουσες επιχειρησιακές απαιτήσεις του Β ́ Παγκοσμίου Πολέμου ανάγκασαν την ταχεία καινοτομία στο σχεδιασμό αεροσκαφών. \" ανάγκη για μικρότερες αποστάσεις απογείωσης και προσγείωσης σε πρόχειρες, πρόχειρες αερομεταφορές οδήγησε στην υιοθέτηση βασικών τύπων πτερυγίων που θα μπορούσαν να αυξήσουν την κάμπερ πτέρυγας και, σε ορισμένες περιπτώσεις, την περιοχή πτερύγων.

Απλή και διαιρεμένη πτερύγια

Η απλούστερη συσκευή υψηλής ανύψωσης, το ]πτερύγιο , είναι ουσιαστικά ένα μεντεσέτο τμήμα της ακάτου που περιστρέφεται προς τα κάτω. Αν και αποτελεσματικό στην αύξηση του κάμπερ, τα απλά πτερύγια δημιουργούν σημαντική έλξη και είναι επιρρεπή στον διαχωρισμό ροής σε γωνίες υψηλής εκτροπής. Το πτερύγιο με λεπίδες[[LPT:3] ⁇ όπου μόνο η κάτω επιφάνεια της πτέρυγας εκτρέπεται ενώ η άνω επιφάνεια παραμένει αμετάβλητη ⁇ προσφέρεται ελαφρώς καλύτερα ανυψώνοντας την αύξηση με μικρότερη αλλαγή ροπής ροπής. Και οι δύο τύποι χρησιμοποιήθηκαν ευρέως σε μαχητικά και βομβαρδιστικά όπως το Supermarine Spitfire και το ιπτάμενο φρούριο Boeing B ⁇ 17. Παρά τους περιορισμούς τους, αυτά τα πτερύγια δίδαξαν στους μηχανικούς το θεμελιώδες εμπόριο ⁇ off μεταξύ ανύψωσης και σύρσεως που συνεχίζει να διαμορφώνει σύγχρονα σχέδια.

Το πτερύγιο του Φάουλερ: μια πολεμική ανακάλυψη

Κοντά στο τέλος του πολέμου, προέκυψε μια πιο αποτελεσματική έννοια: το ] Fowler flip[[LFT:1]]. Σε αντίθεση με απλά ή split flaps, ένα Fowler flap όχι μόνο περιστρέφεται προς τα κάτω, αλλά επίσης μεταφράζεται προς τα πίσω στις γραμμές, αυξάνοντας τόσο την κάμερα πτέρυγα και περιοχή πτέρυγας. Αυτή η διπλή δράση παρέχει μια σημαντική ώθηση ανελκυστήρα με μια σχετικά μέτρια αύξηση της σύρσης. Το Fowler flap χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στο αμερικανικό P ⁇ 51 Mustang και το γερμανικό Heinkel He 219, χορηγώντας αυτά τα αεροσκάφη σημαντικά βελτιωμένη απόδοση απογείωσης και προσγείωσης. Αυτή η καινοτομία έθεσε το στάδιο για τα πτερύγια πολλαπλών στοιχείων που θα γινόταν στάνταρ σε αεροσκάφη αεριωθούμενων.

Μετά τον πόλεμο προχωρούν: Από το Πίστον στην αεριωθούμενη δύναμη

Για να διατηρήσουν ασφαλή χειρισμό χαμηλής ταχύτητας, οι μηχανικοί χρειάζονταν πτερύγια που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μεγαλύτερους συντελεστές ανύψωσης χωρίς να πυροδοτήσουν απότομο καθήκον.

Πτερύγια και διατάξεις προπορευόμενης αιχμής

Η εισαγωγή του ελικωμένου πτερυγίου[[LFT:1]] ήταν ένα κομβικό βήμα. Με την έξοδο ενός κενού (slot) μεταξύ της ακμής της πτέρυγας και της προπορευόμενης ακμής του πτερυγίου, ο αέρας υψηλής πίεσης από κάτω από την πτέρυγα ενεργοποιείται και κατευθύνεται πάνω από την άνω επιφάνεια του πτερυγίου. Αυτό το επαναενεργοποιημένο στρώμα ορίων καθυστερεί το διαχωρισμό, επιτρέποντας υψηλότερες γωνίες εκτροπής και παράγοντας συντελεστές ανύψωσης δύο έως τρεις φορές μεγαλύτερους από τα απλά πτερύγια. Παράλληλα, [LFT:2] ηγετικά πτερύγια αιχμής [[LFT:3]] και τα πτερύγια αναπτύχθηκαν για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών του πτερυγίου του κρουέγκερ ⁇ ένα πάνελ που αναποδογυρίζει προς τα εμπρός από την κάτω επιφάνεια της πτέρυγας ⁇ κάμακο στις πρώτες πτερυγικές πτερυγικές πτερυγικές αερογραμμές όπως το Boeing 707.

Αυτές οι μεταπολεμικές εξελίξεις επέτρεψαν στα αεροσκάφη να λειτουργούν από διαδρόμους μικρού μήκους, ανοίγοντας αεροδρόμια σε πυκνά αστικά περιβάλλοντα. Η αεροδυναμική κατανόηση που αποκτήθηκε από συστηματικές δοκιμές ανεμογεννητριών σε εγκαταστάσεις όπως το Ερευνητικό Κέντρο Λάνγκλεϊ της NASA ήταν κρίσιμη. Η έρευνα της NASA ] αεροδυναμική συνεχίζει να ενημερώνει τον σχεδιασμό συστημάτων υψηλών ανυψώσεων σήμερα.

Πτερύγια πολλαπλών στοιχείων για μεγαλύτερα φτερά

Καθώς τα αεροσκάφη μεγάλωναν και βαρύτερα κατά τις δεκαετίες του 1960 και του 1970, τα πτερύγια μονής ολίσθησης αντικαταστάθηκαν από διπλά ⁇ και τριπλά ⁇ ρυθμισμένα. Το διπλό ⁇ επιπεδωμένο πτερύγιο χρησιμοποιεί δύο διαδοχικές υποδοχές, κάθε ένα από τα οποία ενεργοποιεί τη ροή αέρα και επιτρέπει στο πτερύγιο να εκτρέπεται περαιτέρω χωρίς να καθυστερεί. Το [τριπλό ⁇ τριπλό ⁇ τριπλό ⁇ τριπτερ [, όπως είναι γνωστό ότι χρησιμοποιείται στο Boeing 747, μπορεί να επιτύχει συντελεστές ανύψωσης άνω των 3.0. Αυτά τα συστήματα πολλαπλών στοιχείων είναι βαριά και μηχανικά σύνθετα, αλλά πληρώνουν για τον εαυτό τους μέσω τεράστιων κερδών ανύψωσης που επιτρέπουν στα μεγαλύτερα αεροπλάνα να λειτουργούν από διαδρόμους μόλις 10.000 ft.

Σύγχρονα συστήματα φλάντζας: Ακρίβεια και ολοκλήρωση

Τα σημερινά εμπορικά αεροσκάφη χρησιμοποιούν συστήματα υψηλής ολοκλήρωσης πτερυγίων που ελέγχονται με ακρίβεια από ψηφιακούς υπολογιστές πτήσης. Η εποχή των χειροκίνητων καλωδίων και τροχαλιών έχει δώσει τη θέση της να πετάξει ⁇ by ⁇ wire ενεργοποίηση που προγραμματίζει την ανάπτυξη πτερυγίων βέλτιστα σε όλο το φάκελο πτήσης.

Fly ⁇ by ⁇ συρματόσχοινα και την ανακούφιση φόρτωσης

Σε ένα Airbus A380 ή Boeing 787, ο μοχλός πτερυγίων στέλνει εντολές σε ενεργοποιητές που συγχρονίζονται ηλεκτρονικά. Αν συμβεί ασυμμετρία, οι υπολογιστές ελέγχου πτήσης μπορούν να το διορθώσουν αυτόματα ή να απορρίψουν την επέκταση. Επιπλέον, τα πτερύγια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ενεργά για [] την απάλυνση του φορτίου των αερίων[. Κατά τη διάρκεια αναταράξεων, ασύμμετρη ή μερική ανάπτυξη πτερυγίων μπορεί να μειώσει τις δομικές στιγμές κάμψης, επεκτείνοντας τη ζωή του αεροπλαίσιο. Αυτό το επίπεδο ολοκλήρωσης θα ήταν αδιανόητο κατά τη δεκαετία του 1940.

Boeing’s 787 Dreamliner], για παράδειγμα, χρησιμοποιεί ένα απλό σχέδιο ενός μόνο ⁇ sripped πτερύγιο που βασίζεται στην προηγμένη αεροδυναμική και τον ακριβή έλεγχο για να ανταποκριθεί στους στόχους επιδόσεων ⁇ μια αποχώρηση από τα τριπλά ⁇ sripped πτερύγια των προηγούμενων μοντέλων. Αυτή η επιλογή μειώνει το βάρος, τη συντήρηση, και σύρετε κατά τη διάρκεια της κρουαζιέρας, που δείχνει πώς η σύγχρονη βελτιστοποίηση μπορεί μερικές φορές να ευνοήσει την απλότητα πάνω από τη μέγιστη ανύψωση.

Υλικά και κατασκευή

Σύνθετα υλικά έχουν επίσης αλλάξει την κατασκευή πτερυγίων. Όπου κάποτε τα πτερύγια ήταν κατασκευασμένα από αλουμίνιο ή χάλυβα, τα σύνθετα ανθρακονήματα κυριαρχούν τώρα. Αυτά τα υλικά προσφέρουν υψηλές αναλογίες αντοχής προς βάρος και μπορούν να σχηματιστούν σε σύνθετα καμπυλωτά σχήματα που απαιτούνται για αποδοτικά σχέδια πολλαπλών στοιχείων. Η χρήση του [[LFT:0]]γυαλί ⁇ φινάδων ενισχυμένο πλαστικό[[[LFT:1]] σε κορυφές και ίχνες με ίχνους μειώνουν τον κίνδυνο καταμέτρησης μερών και διάβρωσης. Το αποτέλεσμα είναι ένα ελαφρύτερο, πιο ανθεκτικό σύστημα που συμβάλλει στην οικονομία καυσίμου.

Το μέλλον: Προσαρμόσιμα και μορφωτικά φλέγματα

Η έρευνα στα πτερύγια επόμενης γενιάς επικεντρώνεται στην εξάλειψη των διακριτών, μηχανικά ενεργοποιημένων πάνελ της σημερινής εποχής υπέρ των προσαρμοστικών δομών που μπορούν να αλλάξουν το σχήμα τους συνεχώς. Ο στόχος είναι να προσεγγίσουμε το ιδανικό μιας απρόσκοπτης πτέρυγας που μεταβάλλει το κάμπερ, το στρίψιμο και το εύρος ως απάντηση στις συνθήκες πτήσης, όπως το πτερύγι ενός πουλιού.

Έννοιες για τη μορφοποίηση πτερύγων

Αρκετά προγράμματα, συμπεριλαμβανομένων των προσαρμοστικών Compliant Trailing Edge (ACTE) της NASA και το ευρωπαϊκό πρόγραμμα SARISTU, έχουν επιδείξει εύκαμπτα trailing ⁇ edge πτερύγια που χρησιμοποιούν έξυπνα υλικά ⁇ όπως κράματα σχήματος ⁇ μνήμης ή πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές ⁇ για να παράγουν λεία περιγράμματα. Αυτά τα μορφοποιητικά πτερύγια μπορούν να μειώσουν την έλξη κατά τη διάρκεια της κρουαζιέρας, ενώ εξακολουθούν να παρέχουν υψηλή ανύψωση για απογείωση και προσγείωση.

Έξυπνα υλικά και ενεργοποίηση

Τα κράματα σχήματος-μνήμης μπορούν να αλλάξουν σχήμα όταν θερμαίνονται, προσφέροντας μια ελαφριά, στερεά-κατάσταση εναλλακτική λύση σε υδραυλικούς ή ηλεκτρικούς κινητήρες. Παρομοίως, [[LFT:0]]Ηλεκτροδραστικά πολυμερή[[LFT:1]] θα μπορούσαν να επιτρέψουν πτερύγια που λυγίζουν χωρίς καμία μηχανική σύνδεση ⁇ ένα «στερεό ⁇ state» πτερύγιο. Ενώ αυτές οι τεχνολογίες δεν είναι ακόμα έτοιμες για εμπορική υπηρεσία, έχουν την υπόσχεση για τα εξαιρετικά αποδοτικά αεροπλαίσια της δεκαετίας του 2030 και πέρα. Έρευνα από [[LFT:2]]Η DLR (γερμανικό Aerospace Center)[LT:3]] διερευνά ενεργά αυτές τις δυνατότητες.

Περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις

Ακόμα και μια βελτίωση 1% στην αεροδυναμική απόδοση σε όλο τον παγκόσμιο στόλο μεταφράζεται σε εκατομμύρια μετρικούς τόνους σωζόμενων καυσίμων ετησίως. Τα προσαρμοστικά πτερύγια, σε συνδυασμό με την κατάποση ορίων ⁇ στρώματος και άλλες νέες έννοιες, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίτευξη του στόχου της βιομηχανίας για την ανάπτυξη του άνθρακα ⁇ ουδέτερου ρυθμού ανάπτυξης μέχρι το 2050. Το ταπεινό πτερύγιο, που γεννήθηκε σε πολεμική πρακτικότητα, μπορεί να αποτελέσει ακόμα ακρογωνιαίο λίθο της βιώσιμης αεροπορίας.

Συμπέρασμα

Από τα απλά split πτερύγια των μαχητικών του Β' Παγκοσμίου Πολέμου στα τριπλά ⁇ θλιωμένα συστήματα τζάμπο τζετ και τα αναδυόμενα μορφωτικά φτερά του αύριο, η τεχνολογία πτερυγίων έχει ωθήσει σταθερά τα όρια του τι μπορεί να επιτύχει το αεροσκάφος. Κάθε γενιά πτερυγίων έχει προσφέρει βελτιώσεις στην ανύψωση, σύρσιμο, βάρος και έλεγχο ⁇ που ενεργοποιεί ασφαλέστερη, πιο αποτελεσματική πτήση. Καθώς ωριμάζει η έρευνα σε έξυπνα υλικά και προσαρμοστικές δομές, το επόμενο κεφάλαιο στην ιστορία πτερυγίων είναι έτοιμο να είναι το πιο μεταμορφωτικό ακόμα. Για όσους ενδιαφέρονται για τη βαθύτερη αεροδυναμική επιστήμη πίσω από αυτές τις συσκευές, ο οδηγός του αρχάριου της NASA για αεροναυτικές προσφέρει ένα εξαιρετικό σημείο εκκίνησης.