Ilmailutekniikan alalla vetojen vähentäminen on jatkuva prioriteetti. Suoraan käännetään parempaan polttoainetehokkuuteen, lisäykseen ja päästöjen vähenemiseen. Niistä monista osista, jotka vaikuttavat lentokoneen aerodynaamiseen profiiliin, läppät ovat erityisen kriittisiä. Nämä siirrettävät paneelit siipien perässä (ja joskus etureuna) ovat välttämättömiä korkean noston aikaansaamiseksi nousun aikana lentoonlähdön ja laskun aikana, mutta niiden käyttöönotto väistämättä lisää drag-arvoa. Next-generation-lentokoneiden kehittäminen asettaa siksi palkkion siipien suunnitelmille, jotka antavat tarvittavan noston lisäyksen samalla kun minimoidaan siihen liittyvä drag-rangaistus. Tässä artikkelissa tarkastellaan aerodynaamisia periaatteita, innovatiivisia geometries- ja kehittyneitä materiaaleja sekä laskentamenetelmiä, jotka ohjaavat matalan drag-lappujen kehitystä.

Flap-aerodynamiikan perusteet

Läppät toimivat muuttamalla väliaikaisesti siipien kameraa ja joissakin malleissa sointupituus ja pinta-ala. Lapajen käyttöönotto lisää siiven suurinta nostokerrointa, jolloin ilma-alus voi tuottaa riittävästi nostoa alemmalla nopeudella.Kriittinen turvallinen lentoonlähtö ja lasku. Kuitenkin nämä samat geometriset muutokset myös lisäävät vetämistä. Läppärien aiheuttaman vetämisen ymmärtäminen on välttämätöntä parannusten suunnittelussa.

  • Inducted drag[ syntyy hissin sukupolvesta ja liittyy suoraan siiven span kuormaukseen; siipien vetoketjut voivat kasvaa vetämällä sitä uudelleen jakamalla hissiä.
  • Paraslaatuinen vetoketju[ johtuu itse läppäpintojen kitkasta ja paineenkestävyydestä sekä käytetyistä aukoista tai askelmista.
  • Wave drag tulee merkityksellinen transonisilla nopeuksilla; huonosti suunnitellut läppä-asennukset voivat aiheuttaa iskun aiheuttamaa erotusta.

Seuraavan sukupolven läppäsuunnittelun tavoitteena on irrottaa nostolaite drag-lisäyksestä.Tässä tarkoituksessa tarvitaan syvä ymmärrys rajakerroksen käyttäytymisestä, painegradienteista ja virtauksen erotusmekanismeista. Korkean nousun järjestelmät ovat lentokoneen monimutkaisimpia aerodynaamisia laitteita; niiden optimointi vähentää vetämistä vaativia monialaisia innovaatioita.

Vedä vähennysstrategiat flappisuunnittelussa

Johtavat reunalaitteet

Johtavat reunat ja Krueger-lavat siirtyvät siiven etureunasta sileään ilmavirtaan yläpinnan yli korkealla hyökkäyskulmalla. Nykyajan mallit käyttävät ääriviivamuotoisia muotoja ja muuttuvia aukkoja viivyttämään rajakerrosten erotusta aiheuttamatta ennenaikaista siirtymistä turbulenssiin. Jotkut seuraavan sukupolven käsitteet korvaavat perinteiset reunat [] adaptiivisilla etureunoilla, jotka muuttavat kaarevuutta saumattomasti, poistaen loisraa'a tuottavia aukkoja. NASAn kehittyneen ilmakuljetusteknologian projektin tutkimus on osoittanut, että nousevat reunat voivat vähentää risteilyn vetämistä jopa 3%:lla säilyttäen samalla vertailukelpoisen matalan nopeuden suorituskyvyn.

Läppät, joiden sivut ovat sivuttaissuuntaiset

Perinteiset polku-reuna-laput tulevat useita lajikkeita.Plain, split, strift, ja Fowler flaps. Jokaisella on erilainen tasapaino noston voitto ja vedä kasvua. Fowler flaps, jotka ulottuvat taaksepäin ja alaspäin, lisätä sekä siipialue ja kamera, tarjoaa korkean nostotehon mutta myös tuottaa merkittävää drag johtuu aukot ja morfing järjestelmät ovat osoittaneet vetää alennuksia [] gapless[ tai merittä morfing läppää ilman erillisiä saranoita ja aukkoja. Wind-tunnel testit tällaisia morfing järjestelmiä ovat osoittaneet vetää vähemmän kuin perinteiset slips käyttämällä muoto-muistin seoksia tai pietsoelectric airmit voivat olettaa sileä, drooped ääriviiva ilman erillisiä saranoita ja aukkoja. Wind-Testejä jatkuvasti.

Sopeutuvat ja morfing pinnat

Läpäisyinnovaation lopullinen ilmentymä on täysin mukautuva siipi, jossa koko peräreuna tai jopa siipi itse .Nämä järjestelmät toimivat eri olosuhteissa optimoimalla. Näitä järjestelmiä käytetään joustavien nahkojen, sisäisten vaatimustenmukaisten mekanismien ja hajautettujen toimilaitteiden yhdistelmä. Edut ovat drag-tuotannollisten aukkojen poistaminen, kyky räätälöidä noston jakelua vähentämään aiheuttamaa vetämistä ja kykyä vaimentaa virtauksen erotusta hienovaraisen pinnan muodon muutosten avulla. Huomattava esimerkki on Aktiivinen Aeroelastic Wing[] -tekniikka, jossa siipikierrettä käytetään ohjaamaan rullaa ja vähentämään ilman erillisiä ohjauspintoja. Kun näitä lähestymistapoja laajennetaan fläppäriksi, ne voivat saavuttaa nopeuden ollessa 5.

Kehittyneet materiaalit ja aktivointijärjestelmät

Nykyaikaisten läppä- ja köysien materiaalivalintoja ohjaavat tarve korkeaan jäykkyyteen, väsymisvastus ja kyky mukautua morfointirakenteisiin. Hiilikuituvahvistetut polymeerit (CFRP) hallitsevat nykyisiä korkeahissikomponentteja, koska ne ovat kevyitä ja vahvoja. Muokattavien läppäen osalta perinteisessä CFRP:ssä ei kuitenkaan ole tarvittavaa joustavuutta muodonmuutokseen.

  • Muoto-muistiseokset (SMAs)[ ... ..................................................................................................................................................................................................................................
  • Pietsosähköiset toimilaitteet[ .] ... .................................................................................................................................................................................................................................
  • ]Taajuuspinta-ala (FLT:1]) .

Boeingin ekoDemonstrator-ohjelma on testannut komposiittireunus-reunaiset siipien siipien runkoja integroiduilla muoto-muistiseoksella toimivilla toimilaitteilla, mikä osoittaa, että osaluku on vähentynyt yli 90 prosenttia verrattuna tavanomaisiin saranoituihin siipiin sekä havaittavaan drag-supistukseen. Samoin Airbusin älykkäitä lentokonerakenteita (SARISTU) [] koskevassa tutkimuksessa on osoitettu, että morfoivat hihnan rungot ja SMA- ja ultramolekyylipainoinen polyeteenivahvistus yhdistyvät.

Laskutoimituksellinen nestedynamiikka Flapin optimointi

Moderni fläppäsuunnittelu perustuu voimakkaasti komprutaationaaliseen nestedynamiikkaan (CFD)[] simulaatioihin, joilla tutkitaan laajoja suunnittelutiloja ennen fyysisten prototyyppien rakentamista. Korkea uskollisuus Reynolds-keskiarvon mukaan Navier-Stokes (RANS) -ratkaisijat ja yhä suurempikokoisevat simulointimenetelmät, joiden avulla insinöörit voivat ennustaa käytössä olevien lappien ympärillä olevia monimutkaisia virtauskenttiä, mukaan lukien pyörteen vuorovaikutus, erilliset virtausalueet ja iskunmuodostus.

  • Muotoilu optimointi[ ... ........................................................................................................................................................................................................................................
  • Monitieteellinen optimointi[ ... .......................................................................................................................................................................................................................................
  • Unstabiili analyysi[ .

Esimerkiksi Saksan ilmailukeskuksen (DLR) tutkijat ovat käyttäneet CFD:tä optimoimaan transonisen siiven morfoivan perän siipiläpän, jolloin risteilyn vetokyky pienenee 4 prosenttia samalla kun ajettavat marginaalit säilyvät. Simulaatiot validoidaan tuulitunnelin tietoja vastaan ennen lentokokeita, mikä tarjoaa luotettavan reitin konseptista sertifiointiin.

Seuraavan sukupolven flappien testaus ja validointi

Vaikka CFD on välttämätön, fyysinen testaus on edelleen olennaista sertifioinnin ja havaitsevien ilmiöiden havaitsemiseksi, joita simulaatiot eivät kata. Tuulitunnelitestien morfoivien läppäen on mitattava paitsi aerodynaamisia voimia myös ihon muodonmuutoksia, toimilaitekuormitusta ja melutasoja. Omistettujen demonstroijien lentokokeet.NASAn [X-53 Active Aeroelastic Wing[] tai []Airbus A340:n mukautuvalla polku-edellä[] .Nämä testit vahvistavat, että drag-arvon alennukset ovat saavutettavissa risteilyllä, ja jopa suuremmat edut ovat saavutettavissa noustessa ja laskeutuessa, kun korkea nosto on tarpeen.

Läppäluukkujen sertifiointiin tarvitaan uusia menetelmiä, koska tavanomaisissa lentokelpoisuussäännöissä otetaan huomioon erilliset saranapinnat. FAA:n ja EASAn kaltaiset virastot kehittävät teollisuuden kanssa sertifiointistandardeja mukautuville rakenteille, erityisesti joustavien nahkojen ja toimilaitteiden vikaturvallisen käyttäytymisen ja väsymisiä varten.

Tulevaisuuden näkymät ja laajempi vaikutus

Läppäsuunnittelun avulla tapahtuva vetämisen vähentäminen on vain yksi osa suurempaa työntöä kohti kestävää ilmailua. Yhdistettynä laminaarivirran ohjaukseen, edistyneisiin moottoreihin ja kevyisiin rakenteisiin matalapaineiset siipien säädöt voivat edistää 15..20 prosentin vähennystä ilma-alusten kokonaisvetoon vuosikymmenen kuluessa. Tulevat lentokoneet, kuten NASA.s :n ]:n ja eurooppalaisen :]:n suunnittelemat ilma-alukset, ovat todennäköisesti täysin mukautuvia, kun siipiä ei enää ole erillisillä laitteilla, vaan ne ovat saumaton osa älykästä, kuormaavaa rakennetta.

Materiaalitiede jatkaa rajojen ylittämistä: uudet itseparantavat polymeerit ja nanokomposiittitoimilaitteet lupaavat entistäkin suuremman kestävyyden ja muodonmuutoksen auktoriteetin. Näiden teknologioiden kehittyessä, aidosti aukottoman, matalaraahaisen korkean nostojärjestelmän tavoite on siirtymässä laboratoriouteliaisuudesta tuotantotodellisuuteen. Seuraava sukupolvi, lentokoneet, liikelentokoneet ja jopa miehittämättömät ilma-alukset hyötyvät näistä edistysaskelista, mikä tekee lentomatkustamisesta entistä tehokkaampaa ja ympäristövastuullisempaa.