התפתחות עיצוב Aileron

מאז שחר הטיסה המונעת, איילונים היו יסודיים לשלוט מטוסים מתגלגלים. ailerons הם משטחים קשיחים כי מחלחלים או למטה כדי לשנות את ההפצה מעל כנפיים.בעוד יעיל, גישה בינארית זו מגיעה עם עונשים טבועה: השינוי הפתאומי בזווית פני השטח יוצר גרר, הפרדה גבול, וצמצום היעילות בתנאים מעוצבים.

מערכות איילון מודרניות חייבות לאזן סמכות שליטה, משקל, מורכבות וצריכת חשמל.הארוון הדבק המקובל מייצר משטח בלתי פוסק שמשבש את זרימת האוויר חלקה, המוביל לגרור מוגבר ופוטנציאל זרימה הפרדה בזווית של סטיות גבוהות.חוסר יעילות אלה יש מוטיבציה מהנדסים לחקור משטחים רצופים, משתנים שיכולים להשתלב בצורה חלקה עם האגף.

מימון של Aerodynamic Surface Coiling

סלילת פני השטח מתייחסת לגישה עיצובית שבה מבנה aileron בנוי מלוכד, לעתים קרובות helical או coiled אלמנטים שיכולים להיות מעוותים באופן מבוקר.בניגוד משטחים מסורתיים, aileron משועבד יכול להתעקל בהדרגה, צמצום חומרת השיבוש של זרימת האוויר.מנגנון סלילת יכול להיות פסיבי (באמצעות עומסים aeroדינמית כדי devia פעיל) או לפעול בכיוון פעיל (מכיוון).

מכניקה של מבנהים משונים

העיקרון הבסיסי מאחורי סלילת פני השטח הוא ניצול של תאימות מבנית כדי להשיג שינויים צורה חלקה, רציף.בדרך כלל, ailerons coiled בנוי באמצעות מסגרת של ribs גמישים או ספאrs מכוסה עור מתוחה. צלעות עשוי להיות מסודרים בדפוס המקביל או רדיולי מחובר על ידי סדרה של מפרקים או מזחלות טבעי.

חומרים עבור Ailerons

חומרים מתקדמים הם חיוניים עבור עיצובים מוצלחים של סלילת זיכרון (SMAs) כמו Nitinol הם פופולריים כי הם יכולים לשחזר צורה מוגדרת מראש כאשר מחומם, מתן זנים גדולים של פעולה מורכבת עם סיבים מורכבים עם סיבים-reinforced פולימרים מציעים רמות גבוהות של עוצמה-על-משקל, יכול להיות מותאם כדי להציג התנהגות מתפתלת aisotropic.

יתרונות ומסחר

היתרון האנאירודינמי העיקרי של סלילת הוא ההפחתה של גרר, במיוחד בזווית גבוהה של השתקפות של מבחנים של Wind מנהרה הראו כי ailerons coiled יכול להפחית את גרור ב -10-15% בהשוואה לאלה הקונבנציונאליים בתעריפים דומים רולים. coiling גם מקטין את הסיכון של הפרדה זרימה, שיפור סמכות שליטה במהירויות נמוכות או זוויות גבוהות של התקפה.

שיטות ל-Aileron Shape הסתגלות

בעוד coiling מתמקד סוג מסוים של עיוות, מורפיום מקיף קבוצה רחבה יותר של שינויים צורה שיכול להתרחש על איילון במהלך טיסה. Morphing ailerons יכול לשנות את הסום שלהם (טבע של קו ממוצע), טוויסט (שינוי מוקדם של זווית התקפה), אורך כורדי, או אפילו צורה תוכנית.

קאמבר מורפיינג

מרומבר מורפיום כרוך בשינוי רפיח של משטחים העליונים והנמוכים של איילון כדי לשנות את יעילות המעלית בזווית נתונה של התקפה. ailerons משתנה יכול להתאים את הריצוף שלהם ברציפות, המאפשר לאגף לפעול ליד תפקוד המעלית האידיאלי שלה ל-dragile של נאס"א גם מושג באמצעות מנגנונים פנימיים כגון נפיחות, מזחלות עור, או פעולה של 36% של המטוס המשולבים.

Twisting

טוויסט משנה את זווית ההשתקפות של איילון לאורך כל הזמן, החלפת קו hing דיסקרטי עם הפצה מעוות רציפה.זה מפחית זוויתי זרימה מקומיים ומצמצם את הגרור המושרה. Twisting יכול להיות הבין עם צינורות torque, חוטי SMA, או אדזואלקטריים כי להתאים את הסיבוב היחסי של פלחי aileron.יש אחד מבטיח הוא שימוש במבנה מתפתל פחות משינויים מורכבים.

הרחבה מכוננת ו מצבי מורפינג אחרים

כמה עיצובים משלבים הרחבה של אקורד, שבו איילון מגביר את שטח פני השטח שלו על ידי פריסת קטע טלקופינג או מזחלות מן קצה השבילים. מושג זה אנלוגי לסף פורצ דרך בשילוב עם איילון, מתן מעלית נוספת כאשר נדרש ללא עונש גרר של משטח קבוע, גדול יותר.

מערכות בקרה משולבות ופעולה

מוריפוס ailerons דורשים מערכות בקרה מתוחכמות שיכולה לחוש תנאי טיסה וכושר פיקוד שינויים בזמן אמת. מערכות זבוב-על-ידי-חוט מסורתיות חייבות להיות מורחבות לניהול דרגות מרובות של חופש בו-זמנית - כגון Transducers לחץ, accelerometers, ו-Sim-אופטיקה-אופטיקה - לספק משוב עבור בקרת קיבולת סגורה. Actuators חייב להיות מהיר מספיק כדי להגיב פקודות טייס (או טייסים), אך ורק בתוך אלפי מחזורים עמידים, אך עמידים, אך ורק ב-שניים, אך ורק ל-זמנית) של אלפי מחזורים, אך עמידים, אך עמידים, אך עמידים, אך עמידים, אך ורק ב-זמנית, מספיק, אך ורק ל-זמנית של אלפי מחזורים, אך עמידים, אך ורק ל-זמנית של כלי רכב, מספיק, מספיק, מספיק, מספיק, אך עמידים, מספיק, בטווח של טייסים, אך עמידים, אך עמידים, בטווח של אלפי, מספיק, בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, של אלפי טיס, בטווח הארוך, אך ורק לטייסים, בטווח של אלפי, אך בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, אך ורק לטייסים של אלפי, אך ורק לטייסים של אלפי

Actuator Technologies

מספר שיטות פעולה הן בפיתוח של איילונים מורפפים:

  • (FLT:0) , רפורמטורים חשמליים אלקטרוניקה 1: 1): מנועים משמרים ארכיוניים עם כונני בורג מספקים כוח ודיוק גבוה, אך מוסיפים משקל ומורכבות.
  • (FLT:0) סגסוגת זיכרון של שף 1 (FLT): SMAs מציע עבודה ספציפית ופעילות שקטה אך דורש ניהול תרמי והם איטיים יותר מאשר מערכות אלקטרו-מכניות.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) שרירי סלק מלאכותיים ⁇ (FLT) 1:1: שרירי מסוג מקיני יכולים לייצר כוחות גדולים תוך כדי להיות קל משקל, אם כי הם זקוקים למערכת אספקת נוזלים.
  • (FLT:0) פולימרים פולימרים חשמליים חשמליים חשמליים (FLT:1): חומרים מתעוררים כמו אלסטומרים דיאלקטריים יכולים להתפכח כאשר שדה חשמלי מוחל, המציע צפיפות אנרגיה דומה לשריר טבעי, אך האמינות בסביבות התעופה עדיין אינה מוכחת.

הבחירה של אקטוטור תלויה במצב ההרדמה הספציפי, כוח נדרש, שבץ, מהירות וסביבה תפעולית.עיצובים רבים משתמשים בהפעלת ההנעה ההיברידית – למשל, שילוב של SMAs להגדרה ולפועלים אלקטרו-מכאניים לשליטה נאה.

שליטה על Algorithms

אלגוריתמי בקרה מתקדמים נדרשים לתאם את מספר משטחי המעלות.מודל בקרה חיזוי (MPC) ולשלוט הסתגלות כבר הוחלו על לימודי כנף מורפיום. אלגוריתמים אלה מהווים את חשבון הארודינמיקה הלא לינארית, דינמיקות מבניות, ומגבלות הפעלה. אופטימיזציה בזמן אמת יכול לקבוע את צורת העלרון הטובה ביותר עבור מצב טיסה נתון, איזון סמכות נגד גרור.מערכת הבקרה חייבת גם לשלב זיהוי ואבטחה כדי להבטיח בדיקה מוצלחת של מרכז המחקר של נאס"א.

חברת Aerodynamic Performance Gains: Data and Simulations

קביעת היתרונות של סלילת פני השטח ומורפיום דורש בדיקות מנהרות רוח נרחבות ודינמיקה נוזלי חישובי (CFD) סימולציות.

מחקר שפורסם בשנת 2020 ב-FLT:0[עריכת קוד מקור | עריכה] ו-[[1824]], השווה את איילון הדבק הדבק ב-Aileron משועבד עם קצה של מסלול רציף של רפלקציה.בנקודת דה של 10 מעלות, העיצוב המשולב הראה ירידה של 12% ב- Mach 0.3, תוך שמירה על אותו הרגע המגלגל בגובה גבוה יותר (20 מעלות), היתרון המוגדל ל-18%, למרות שהמבנה הצטמצם גם הוא עד להפחתה של פחותה של 5 מעלות, אם כי הוא המאוחר של המאוחר של המאוחר של השבר, לאחר מכן היה פחות מלמטה, לאחר מכן היה פחות מלמטה, לאחר מכן, לאחר מכן היה פחות מלמטה יותר, לאחר מכן היה פחות מלמטה יותר, לאחר מכן, לאחר מכן היה פחות מלמטה יותר, לאחר מכן היה פחות מלמטה יותר, לאחר מכן היה פחות מלמטה יותר.

חקירה נפרדת של DLR (מרכז החלל הגרמני) בחנו איילון מהדהד המשולב באגף גמיש.דמייתם שלהם חזו שיפור של 4% ביחס למעלית טיסה מלאה.המזלרון הממירל איפשר לאגף לשמור על סמרטוט כמעט-אופטימי לאורך כל הזיוט, צמצום צריכת הדלק על ידי 3–5% על משימה קצרה טיפוסית של איירבוס הראו כיבוי של מחקר דומה של Airbus, אשר דווח על ידי "Wirph" על ידי שידורים.

חשוב לציין כי הישגים אלה באים עלות משקל מערכת מוסף ומורכבות.השוואה הוגנת חייבת לכלול את המסחר בין יעילות אווירודינמי לבין מסה מבנית. מחקרים parametric Preliminary מציעים כי עבור מטוסים עם טעינה כנף מעל 600 ק"ג / m2, עונש המשקל עשוי לעלות על הפחתת הגרור אלא אם כן חומרים קלים ומבצעים קומפקטיים משמשים עבור מטוסים קטנים יותר (בדרך כלל, רחפנים טקטיים), נראה יותר טוב יותר.

מחקרים ודמי טיסה

נאס"א: Compliant Trailing Edge (ACTE)

אחד הבדיקות המשמעותיות ביותר בעולם האמיתי של טכנולוגיית איילון מורפיום הוא פרויקט ACTE של נאס"א, שהוצא לפועל בשיתוף עם מעבדת המחקר של חיל האוויר ו- FlexSys. ACTE השתמש בחוד החנית של נתיבי הונאה משתנים על בדיקת מפרץ הזרם השלישי.העומס הגמיש הגמישות שרד את הכישלונות ה-hing aileron ו-Flowing על הזרוע הנכונה, תוך התבססות על מנגנון עקבי שסיפוק על כל התחזיות ה-זמנית, אשר הוכיחו את ה-זמנית של נאס"כ-ידי נאס"כ- 22 פעולות בדיקה מכניות.

מבנה המטוסים של DARPA (MAS)

תכנית MAS של DARPA חקרה מטוסים שינוי צורה רדיקלי, כולל איילונים שיכולים לשנות את תוחלתם ואת אקורד. כמה קבלנים פיתח אבטיפוס מבוסס קרקע. לוקהיד מרטין "חץ הזהב" עיצוב השתמש כנף טלסקופית עם איילונים מורפיום שיכולים להאריך עד 30% של בסיס.למרות התוכנית הסתיימה באמצע שנות ה-2000 בשל עלויות גבוהות, זה הניח על משטחים של מחקר רב-תפקודים הבאים.

מבנה מטוסים חכם (SARISTU)

פרויקט SARISTU של האיחוד האירופי שילב מערכי מוביל וחוד קצה (כולל ailerons) לתוך אחד טכנולוגיה מוחש טכנולוגיה אחת.שימוש סגסוגת זיכרון צורה ו pzoelectric Actuators, הפגין מושג שינויים צורה בבדיקות מנהרות רוח ובדיקות קרקעיות מבניות.חלק aileron יכול להשתנות ברציפות מ +5 מעלות ל -5 מעלות יחסית לבסיס.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות האירודינמיים ברורים, יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים ותפעוליים לפני שיפוע איילונים מצאו שימוש נרחב בתעופה מסחרית.

  • (FLT:0Weight and ComplexofFLT:1): מנגנוני ההפעלה והעורים הגמישים מוסיפים מסה.עבור מטוס תחבורה גדול, מערכת איילון מורפטיבית עשויה לשקול 20–40% יותר מאשר אחד רגיל.
  • (FLT:0) אחריות ותחזוקה של תחזוקת (FLT:1): עורים גמישים נוטים לקרוע, השפלה UV ושחיקה. החלקים הנעים (השלל צלעות, נושאים) דורשים תנובה קבועה ובדיקה. רשויות הסמכה דורשות אמינות גבוהה ועיצובים לא בטוחים, אשר מאתגרים עם רכיבים רבים נעים.
  • (FLT:0) Power הצריכה של PowerFLT:1; חיזוק פעיל דורש חשמל או הידראולי כוח. בעוד חיסכון אווירודינמי להפחית את שריפת הדלק, כוח נוסף שואב מן הפועלים עשוי לשלול חלקית את התועלת.
  • (FLT:0) מורכבות מערכת הבקרה של מורכבות מערכת ההפעלה של FLT:1: מעלות מרובות של חופש והתנהגות לא ליניארית דורשות בקרים מתוחכמים.אינטגרציה עם מערכות חוטי זבוב וטייסי רכב קיימים דורשות אימות נרחב ובדיקה.
  • (FLT:0) CosteurFLT:1; עלויות הפיתוח וההסמכה על פני השטח מורפיום גבוהות.תעשיית התעופה שמרנית, ומפעילים עשויים להיות חסרי מוטיבציה לאמץ טכנולוגיות לא מוכחות אלא אם כן הוכחו יתרונות כלכליים ברורים.

כיוונים עתידיים ומחקר

מחקרים מתקדמים נועדו להתמודד עם אתגרים אלה.אזורי פיתוח פעילים כוללים:

עיצובים משכנתאים

במקום לפעולת פעילות פעילה, חלק מהחוקרים חוקרים חוקרים ממורמרים פסיביים, שבו צורת איילון משתנה בתגובה לעומסים האירודינמיים.אירוליסטים חייטים – תוך שימוש בשכבות מורכבות שעולות תחת עומס – יכולים לספק שינויים קלים ללא משקל או כוח מוסף.מושג זה, הידוע בשם "מורפיום חד-משמעי", נחקר על פני השטח דמויי-קרקעיים על רחפנים בעלי יכולת גבוהה של רחפנים.

חומרים מתקדמים וייצור

טכניקות הדפסה תלת מימדיות חדשות מאפשרות ייצור מבנים מורכבים עם ערוצי הפעלה משובצים. פולימרים מוליכים ורשתות פחמן ננוtube יכולים לשמש הן חיישנים והן אקטוטורים, לפשט את הארכיטקטורה.

מערכת Aileron/Flap Systems

מטוסים עתידיים עשויים לשלב aileron ו flap פונקציות לתוך משטח אחד מורפיום.הרעיון "aileron-flap", באמצעות שבילים רב פונקציונליים שבילים פורצים, יכול לספק שליטה רול והיכולת גבוהה.אינטגרציה זו מאמת את המורכבות המכנית של כנף תוך מתן וריאציות ארוכות של עמוד השדרה מחוד החנית לחוד.

גנטיקה ואופטימיזציה בזמן אמת

באמצעות טכנולוגיה תאום דיגיטלית, כל איילון מורפיום ניתן לעקוב בזמן אמת, עם הביצועים שלה בהשוואה למודל האידיאלי. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים לייעל את הצורה למצב הטיסה הנוכחי, חשבונאות להידרדרות חיישן או שינויים מבניים קטנים.מערכת כזו יכולה להפחית את הצורך בשוליים בטיחותיים מעוצבים יתר.

מסקנה

פני השטח האירודינמיים קושרים טכניקות לגירודנות של עיצוב איילרון.על ידי החלפת משטחים קשיחים עם מבנים אדפטיים שיכולים לשנות את צורתם ברציפות, מהנדסים יכולים להשיג הפחתה משמעותית בגרור, שיפור ההיענות לשליטה, וכלכלת דלק טובה יותר.בעוד אתגרים נשארים במשקל, אמינות, ועלות, הגוף ההולך וגדל של מחקר והפגנות מוצלחות של טיסות מצביעות על כך ששיפור של פריימים של מטוסים הם בדרך של פעילות לא מאוישת מטוסים מסחריים או סוללות חדשות, או אווירית, או אוויריתות אווירית, או אווירית מטוסים מסחריים, או אווירית, או אווירית מטוסים חדשים, או יעילות, או מטוסים חדשים, או אווירית מטוסים חדשים, או אווירית מטוסים חדשים, או מטוסים חדשים, או יעילות אוויריתים, או מטוסים.

בעוד התעשייה ממשיכה לדחוף לעבר קיימות ולהפחית פליטות פחמן, כל שיפור מצטבר בביצוע האירודינמי הופך קריטי. Morphing ailerons, לצד טכנולוגיות כנף אדפטיות אחרות, יכול לשחק תפקיד מרכזי בהשגת מטרות היעילות השאפתנית שנקבעו עבור 2030 ומעבר.עתיד הטיסה עשוי להיות אחד שבו כנפיים כבר לא לשאת משטחים מתכת קבועים, אלא במקום זאת, לנשום, לסובבים, כמו יצורים חיים בתגובה אווירית סביב אותם.

(ב) ◄ .

  • (ב) ,0) , NASAA Compliativeing Edge (ACTE) דו"ח אחרון
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד:
  • מחקר על מבנה מורטינג:0DLR Research on Morphing Structuresphing Structuresphing Structures
  • (ב) "המופע האירודינמיקה של שבילים שבילים צוק פני השטח" - מדעי האוויר והטכנולוגיה של חיל האוויר 1LT