התפקיד הקריטי של מערכות Flap במטוסי חלל גדולים ורכבי שיגור הניתנים להחלפה

כמו תעשיית החלל דוחפת לאדריכלות שאפתנית יותר ויותר - ממערכות סופר-כבדות בעלות על משטחים למסלולים - ההצלחה של פלטפורמות אלה נשענת על יכולתם לשלוט בטיסה על פני משטרים שונים מאוד.מערכות Flap, המשויכות באופן מסורתי למטוסים והשתלטות על מטוסים והשתלטות על מטוסים סיניים, לקחת על תפקיד תובעני הרבה יותר במכוניות שיגור (RLVs) ומרחבי חלל כמעט כדי לספק קרינת חללים ניסיוניים כגון:

מאמר זה בוחן את האתגרים הספציפיים שעולים כאשר מערכות ה-Fap מסולמות למטוסים גדולים ו-RLVs, חוקר פתרונות שפותחו על ידי מוסדות תעשייה ומחקר, ומזהה את המכשולים הנותרים שיש להתגבר עליהם כדי להפוך את השגרה, את הגישה של החלל הכלכלי למציאות.

הבנת משטרי הטיסה הייחודיים של RLVs

בניגוד למטוסים קונבנציונליים, הפועלים בתוך המעטפה הצרה יחסית של מהירויות וגבהים, מטוסים גדולים ו-RLVs חוצים היפרוזיוניקה, סופר-סטוני, טרנסטונית, וטיסה תת-קולית במשימה אחת.משטחי ה-Fap - המכונה לעתים קרובות כעומסי גוף, מהירויות גבוהות יותר, או פיות לינאריות בהתאם לתצורה של הרכב - יש לתפקד ביעילות ב-250 נדיר, ואז לשרוד את גודל האוויר הדחוס, לאחר מכן, עד 50 מטרים קצרים יותר, או מהירויות גבוהות יותר, או דחוסים, עד אפסיים, עד אפסיים, עד אפסיות, עד אפסיות, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, או דחוסים, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, או על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, או דחוסים, או דחוסים, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, או כנף, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, על פני השטח של תאים גבוהים יותר, או כנף גבוהה יותר, או

הבדל מפתח הוא הזרוע הרגעית: על פי כמה טיפות גדולות לייצר רגעים של שליטה להתגבר על הרבה יותר כלי רכב גדול יותר. a שרטוטור קטן עשוי לדרוש כוחות הפעלה של כמה קילווטונים; רכב מקיף בקנה מידה מלא עשוי לדרוש מאות קילוומונים. זה קנה מידה משפיע על כל תת-מערכת, החל מהשביטה הנושאת את אספקת החשמל.

אתגרים הנדסיים גדולים ב Scaling Flap Systems

אינטגרליות ובחירת חומרית

האנירודינמיקה עומס על פני השטח השברירי עולה עם הכיכר של המהירות ואת ליניארי עם שטח פני השטח. במהלך שלבים בלחץ דינמי גבוה - באופן חד משמעי סביב מאך 2-5 בגובה של 20-40 ק"מ - צמח גדול יכול לחוות עומס מבוזר מעל 100 kPa, וכתוצאה מכך רגעים מתפתלים כי מבני אלומיניום קונבנציונליים.

תרכובות פחמן פחמן-פחמן, פחמן-פייבר-reinforced סיליקון carbide (C / SiC), ו oxide-oxide ממטריקס קרמיקה מוערכות עבור מבנים ראשוניים מפלסים.חומרים אלה שומרים על כוח בטמפרטורות מעבר ל 1500 מעלות צלזיוס ומציעים הפחתה של 30-50% בהשוואה ל- Superalloys. עם זאת, החלפה של צינורות ניסויים קטנים ללוחים פגומים גדולים, ללא מגבלות חום, כמו גם כן, כמו גם קומפקטיות של כלי רכב נוזליות נמוכה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, כמו גם כן, כמו גם כן, לחץ אוויריות של מחזורי מתכתי רכב נוזלית שומן עם עלויות קירור גבוה יותר, לעומת עלויות קירור גבוה יותר.

(ב) [15] [15] [17] ,2 [15] ,2 ,2 ,2 ,N) מחקר של נאס"א על חומרי הגנה תרמיים (מרכז מחקר איימס) ,3

דרישות מערכת הפעלה

הפעלת ערימה גדולה במהירויות היפרוזיות דורשות לא רק רגעים אווירודינמיקה, אלא גם חיכוך בנושאות שעשויות להיתקל בטמפרטורות קיצוניות.עבור חלל, גוף מתפתל ופוחיות אלברון היו הידראוליים, מונעים על ידי יחידות כוח עזר (מעבדים) מקבילה בקנה מידה עבור רכב ברמה של ספינת חלל, ידרוש קווי נוזל לאורך תאטום, בעיות בטמפרטורה גבוהה וספק כוח מסוגלות כוח.

מעבר למבצעים אלקטרו-מכאניים (EMAs) מבטל את מערכת הנוזלים ההידראולית, צמצום הסיכונים של תחזוקה ודליפה.עם זאת, מנועים חשמליים מייצרים חום בחומרים מגנטיים ורוחות אשר מאבדים יעילות מעל 200 מעלות צלזיוס, מתקדם EMAs עם מגנטים עתירי זמן גבוהים (סמנריום cobalt, או סוללת קירור עתידיים) ומערכות בידוד מדורגות עבור 500 מעלות צלזיוס הן תחת טמפרטורות גבוהות יותר כמו דחיסות הפעלה של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת של קיבולת גבוהה יותר של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת של קיבולת גבוהה של קיבולת של קיבולת של קיבולת גבוהה של מערכת ההפעלה אחורית שטח אחורית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית שטחית (R2RIRD: 1RIRD 1RV 1

(ב) [15] ,2 (ב"ג): ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ניהול תרמי במהלך Reentry

אולי ההיבט התובעני ביותר של מערכות חיתוך קשקשים הוא הגנה תרמית. במהלך החזרה, ערימה - במיוחד אם פגום בזווית שיוצרת אינטראקציה הלם - יכול לראות טמפרטורות קיפאון מעל 2000 מעלות צלזיוס. הגוף של מעבורת החלל היה עשוי מחוזק פחמן פחמן-פחמן (RCC), אבל אפילו עם RCC, עובי היה צריך להיות מנוהל כדי למנוע חום לתוך המבנה הפנימי, כי הוא פחות קר יותר, אבל קירור שטח חם יותר.

גישה אחת נלמדת היא קירור טרנסספירציה, שבו קרר (למשל, מים או מתאן מבוהג) הוא נאלץ דרך עור חיצוני ⁇ , סופג חום באמצעות שינוי שלב.מושג זה נבדק במנהרות רוח גירוניקה בקנה מידה, אך עדיין לא היה מעוופף על משטחים שליטה ראשוניים גדולים. חלופה היא להשתמש שכבת הגנה על קצה השבר המוביל, אבל עדיין לא היה צורך שינויים קלים בין אזור רפלקטיים של קירור פעיל.

(ב) [15] [15] [17] ,2 ,2 ESA - הגנה תרמית על כלי רכב חוזרים

אחריות ושליטה

מערכות גדולות של קפיצות חייבות להגיב לפקודות בעלות רוחב פס גבוה ודיוק כדי לשמור על טיסה יציבה, במיוחד במשטר הטראנסוני שבו שינויים במרכז האירודינמי יכולים לגרום לנטיות של סטפ או סט-למטה למטה.משטחי הבקרה עצמם יכולים להיות כפופים לפלוטר, לזמזם, להגביל את תנודות מחזור אם נוקשות מבנית ולחות הם לא מספיקים.

ניתוח פלוטר עבור סדקים גדולים דורש שילוב של דינמיקת נוזל חישובית גבוהה (CFD) וניתוח אלמנט סופי (FEA) לחזות התנהגות אירובית. Active flutter דיכוי באמצעות ממריצים מהירים ו accelerometers הוא נחקר, אך הוספת משוב מציג בעיות לב וכלי נשק מתקדמים.

שילוב עם מערכות רכב

מערכות Flap אינן רכיבים מבודדים; הן אינטראקציה עם המבנה התרמי של הרכב, avionics, מערכות חשמל, והילוך הנחיתה. על RLV גדול, את שיעורי הנתונים הדרושים עבור ניטור בריאות בזמן אמת של טמפרטורות ירכיים, עומסי הפעלה, וחותמתים הם משמעותיים.הפלפלה חייבת לכלול גם הוראות עבור חשמל אותות, אותות, אשר חייב לשרוד את הסביבה התרמית, כמו גם כן, כמו גם כן, לא יכול להחליף ממשק מהיר, אבל לא יכול להיות תחליף, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם למנוע ממשק מהיר, לא יכול להיות מנקה, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם למנוע ממשק יעיל.

שיעורים מתוך תוכניות קיימות

מעבורת החלל הייתה ה- RLV המבצעית הראשונה, והאתגרים שלה מתועדים היטב.הגוף היה צריך להיות מוסמך לשרוד ±15 של השתקפות, ולבש מוקדם על לוחות RCC הוביל לבדיקות בדיקה לאחר כל נחיתה. X-37B, חלל קטן יותר, משתמש בתצורה דומה של פלסבון, אך עם משך כניסה קצר יותר, צמצום החשיפה התרמית של חלל X-S) משתמש חלקית בבדיקות של בקרת דלק (N) של כלי רכב אבודים (N) של קיבולת נמוכה (N) של בקרת דלק (NDapapapator) של כלי רכב (S) ללא בקרת דלק (N) אשר מופעלת, כולל מהירויות קבועות, ללא בקרת דלק (N) של אמצעי בקרה נמוכה יותר, כולל קיבולת נמוכה יותר, כולל קיבולת נמוכה יותר, כולל קיבולת של כלי רכב).

פתרונות חדשניים וכיוונים עתידיים

חומרים מתקדמים מעבר לפחמן-קרבון

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חוק חשמלי ו היברידי

כדי לחסל הידראולים, מחקר תחת תוכניות כמו FLT:0 מכונים של נאס"א ProciopulsionFLT:1 (החל להשיק כלי רכב) מתמקדת במניפסט אלקטרו-מכאניים בעוצמה גבוהה עם בקרים מנועים משולבים שיכולים לסבול סוללות היברידיות גבוהות באמצעות אלקטרו-hydrostatic Actuators (EHA) - שבו מעגל הידראולי קטן הוא על ידי מאוזנת מנועים של מערכת חשמל, אשר יש שיפור מורכבות ללא מנועים של מערכת ההפעלה חשמלית.

מערכת הגנת הרמימוס מתקדמת

מעבר לשחיקה, החוקרים חוקרים חוקרים את FLT:0regenerative קירורFLT 1:1 באמצעות דלק כקרר לפני הבעירה - טכניקה מוכחת בגרון ללא סחרחורת, אך עדיין לא מוחלת על משטחים שליטה.השימוש בציפוי גבוה (למשל, צבעי חום מבוססי HfO2) יכול להגביר את הדחייה קורנטיבית, הורדת פני השטח הניסויים היא בגדר רמה נוספת של חום (Fapadax) של חום גבוה יותר:2xive Defative Defative Defative Defative Defative Defative Defative Defative Defative) טמפרטורות חום, או חום, כלומר, לעומת זאת ניתן עדיין יכול עדיין יכול לקרינת חום.

תאומים וסימולציות

בהתחשב בעלות גבוהה של בדיקות פיזיות, תאומים דיגיטליים - מודלים בזמן אמת המשקפים את מערכת ה-Felf הפיזי - הופכים חיוניים לאימות ול ניטור בריאותי תפעולי. על ידי הטמעת חיישנים ומודלים המבוססים על פיזיקה על הסיפון, הרכב יכול לזהות כישלונות בלתי אפשריים (למשל, סדק, קידוד, קידוד) ולהתאים את אסטרטגיית הבקרה או לוח הזמנים של תחזוקה גדול.

מערכות בקרה אוטונומיות

ההפיכה בין סטיות דה סטיות ודינמיקה של כלי רכב במהלך הכניסה היא מאוד לא ליניארית.מערכות בקרה אוטונומיות מודרניות, באמצעות רשתות עצביות או למידה חיזוק, יכול ללמוד לייעל את תזמון הפחתת חימום, טווח, או לשפר דיוק נחיתה.עם זאת, לאשר מערכות כאלה עבור כלי רכב מתוחזקים אנושי נשאר אתגר.המגמה היא לקראת ארכיטקטורה היברידית: בקרים מוכחים (כמו PID) עבור nominal עם מוגבלות, עם בעיות למידה, עבור מצבים של למידה.

הדרך קדימה: שמירה על אתגרים

למרות ההתקדמות, דרוג מערכות של כלי רכב הגדולים ביותר - כגון כוכבי חלל בין כוכבי לכת כבדים או מחסני דלק מקיפים - גבולות יסודיים של המבנה הפחיד והפועלים גדל כמעט ליניארי עם גודל הרכב, בעוד הפוליניודינמיקה עומס עם שטח ולחץ דינמי.עבור רכב 200 טון, מסה יכול לעלות על 10 טון, השפעה לשלם על שבריר של $, בנוסף על בסיס של $ 50 ריצוף, אבל לחץ על בסיס של $, 000 יעיל ביותר של ציוד מחוספסה, 000.

שאלה פתוחה נוספת היא ההשפעה של חשיפה ממושכת לסביבה החלל (UV, חמצן אטומי) על ציפויי משטח רפלקים.עבור כלי רכב שנשארים במסלול במשך שבועות או חודשים לפני הכניסה, השפלה יכולה להפחית את יעילות ההגנה התרמית לבסוף, את הדחף האנושי של מערכות גדולות של מערכות הפלפל מוסיף דרישות הסתברות מחמירות: המערכת חייבת להיות מתוכננת כך שלא יובילו לכישלון אחד לאובדן של רכב, אשר מניעים את הגמישות המסחרית וחסו אותה, אך לא מספקים את אותה מטרה מסחרית.

מסקנה

מערכות של חיפוי עבור מטוסים גדולים וכלי רכב שיגור ניתן להחלפה הוא אחד המשימות ההנדסה התובעניים ביותר בתחום התעופה כיום.זה דורש שליטה בין עיצוב מבני, טמפרטורות קיצוניות, פעולה חזקה ומדויקת, ושליטה חזקה, כל זאת תוך שמירה על המשקל והעלות הדרושים לחידוש כלכלי, בעוד טכנולוגיות שנלקחו ממטוסים, טילים, וטילים מספקים בסיס, שילוב ייחודי של פתרונות אוויריים מתקדמים, כמו גם קוסמטיקה מתקדמת, כמו גם פתרונות אוויריים מתקדמים, אשר צפויים ל-X, ימשיכו לפעולת מטוסים חדשים.