« הבנת מטוס הכניעה של כנפיים: למה דווקא הצורה

מטוס כנף חרושת (BWB) מייצג עזיבה בסיסית של עיצובים קונבנציונליים של צינורות וwing. בתצורה BWB, הפתיל והכנפיים מתמזגים בצורה חלקה לתוך משטח הרמת יחיד, ויוצר צורה הדומה לאגף מעופף אך עם גוף מרכזי ייחודי המוסמך נוסעים, מטען, או דלק.אינטגרציה חלקה זו מניבה הטבות אוויריות משמעותיות, כולל יחסי מעליות מוגברת למעלה, מופחתת, ומפחיתה גם את אותה משטח ממוחזרת, ומפחיתה את אותה משטח מאובטח יותר, ומפחיתה את אותה אינטגרציה יעילה יותר, ממזגת יותר, ומפחיתה את אותה רמת משקלה.

מושג BWB נחקר כבר עשרות שנים, עם עבודה מוקדמת של נאס"א וחיל האוויר במהלך שנות ה-90, ובכך למפגינים מודרניים כמו סדרת X-48.בניגוד למטוסים קונבנציונליים, שבו האגף והמזגן הם מרכיבים נפרדים הצטרפו בצומת מוגדר היטב, BWBWBBB מכיל כורסאציה מתמשכת כי טשטשת את הגבול בין הגוף לאגף העיצוב הזה דורש מערכות גבוהות להיות מותאמים לשמירה על מהירויות נמוכות של אנרגיה תוך כדי מהירויות נמוכות.

היסטוריה קצרה של BWB Concepts

מחקר BWB צבר תאוצה בשנות ה-90 כאשר נאס"א ומקדונל דאגלס (מאוחר יותר בואינג) יזמו מחקרים על תצורות תחבורה גדולות.המוטיבציה הנהיגה הייתה ההבטחה של חיסכון משמעותי בדלק; estimates נע בין 20 ל -30 אחוזים בהשוואה למטוסים רחבים של גוף.המוטיבציה של שבץ רוח סובסט ודינמיקה של נוזל חישובי (CFD) אישרו כי עיצובים BWB יכולים להשיג באופן משמעותי יותר לגרור בעיקר לצמצום הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הצמיגים.

ה- X-48B ו- X-48C מפגינים, הוטס בין 2007 ל-2013, אישר רבים מהתחזיות הללו.המטוסים הצוללות הללו, הטיסו מרחוק, הוכיחו כי לתצורה של BWB יש תכונות יציבות ושליטה מקובלות, כולל במהלך משטרי טיסה מהירים שבהם מכשירים גבוהים הם קריטיים ביותר.הלקחים של תוכניות אלה ממשיכים להודיע למחקר הנוכחי לאסטרטגיות אינטגרציה גבוהות.

עקרונות אווירודינמיקה נהיגה BWB יעילות

עיצובים BWB להשיג את יעילותם באמצעות מספר מנגנונים אווירודינמיקה. ראשית, כל מסגרת האוויר תורמת למעלית דור, צמצום העומס ליחידה על כל חלק נתון של הזרוע. זה מופץ מעליות מושרה, גרר המהווה מרכיב עיקרי של גרור מוחלט בשיוט.שני, היעדר של ממזג ייחודי מבטל את העומס הפתאומי של ⁇ הלחץ המתרחשים בצומת קונבנציונאליים קונבנציונליים, מצמצם את הפרידה של הגדלה, כמו גם את השבר השלישי, ללא משיכה גבוהה יותר.

עם זאת, תכונות אלה יוצרות קשיים עבור שילוב מרים גבוהה.החלופה המתמשכת של תוכנית BWB פירושה כי מכשירים מתקדמים והמסלולים מתקדמים, אשר נועדו לפעול על פי פלחי כנף סטרייטים יחסית, יש להתאים לדחוס או סחף חלקים. בנוסף, גוף עבה של BWB מייצר מעלית משמעותית על עצמו, כך ההפצה של מעלית גבוהה לאורך זמן חייב להיות מותאם בזהירות כדי למנוע רגעים קשים או למנוע דוכן מוקדם.

התפקיד הקריטי של מכשירי טיס גבוה ב- Modern Aviation

מכשירים גבוהים מעלים הם משטחים מסלקים אשר מגבירים את יעילות המעלית המקסימלית של כנף במהלך ההמראה, הנחיתה, ופעולות מהירות אחרות. בלעדיהם, מטוסים יידרשו הרבה יותר דרכים להשגת מהירויות של עצירות בטוחה ונחיתות, אשר אינו מעשי ולא כלכלי.עבור תחבורה מסחרית, מערכות להרים גבוהות נועדו לפעול באופן אמין על פני עשרות אלפי מחזורי טיסה, עם הפעלת אדום ופעולות מכניות כדי להבטיח ביצועים מכניים לא בטוחים.

עבור מטוס BWB, הנתחים גבוהים אף יותר כי הגיאומטריה הבלתי קונבנציונלית מגבירה את ההשלכות של תכנון מעלית גבוה ירודה. Flow הפרדה על BWB יכול להתפשט במהירות על פני פני השטח הרהורים המתמשך, המוביל לאובדן סמכות שליטה.לכן, כל מערכת מעלית גבוהה מותקנת על BWB חייב להיבדק ביסודיות ואומתה על פני הטיסה המלאה.

מכשירים מובילים: סליאטים ודנופ נוס

מכשירים מובילים מתקדמים מוכנים להגדיל את ה-Sams של הזרוע ועיכוב זרימת ההפרדה בזווית גבוהה של התקפה. Slats להרחיב קדימה מן הקצה המוביל, יצירת חריץ הממריץ את שכבת הגבול ומאפשר לאגף לפעול בזווית גבוהה יותר של התקפה לפני דוענח. Droop האף, אשר מסיט את כל ה-edge-edge-edge-edge-Ricate, להשיג השפעה דומה עם פשוט יותר אבל פחות מכונאי.

בעיצובים BWB, מכשירים מובילים חייבים להתאים את הסחף המשתנה ולצמצם לאורך זמן. ליד הרכז, שבו הזרוע עבה ביותר והזווית הגורפת נמוכה, לוחות יכולים להיות קונבנציונאליים יחסית. אבל עוד מחוץ ללוח, שבו הזרוע הופכת רזה יותר סחף, הגיאומטריה הופכת מאתגרת יותר. חלק BWBWB הציע להשתמש בסדקים עם פעולה עצמאית כדי לטפל אלה, אם כי זה מוסיף מורכבות.

שבילים מכשירים: פלאפס וריאציות

חיתוך סטיות שבילים מגבירים את הטור יעיל של הזרוע ולפעמים את האזור שלה, מתן דחיפה משמעותית במעלית קו יעיל.סוגים נפוצים של להקות, להקות, flaps מלוטשות, ו Fowler flaps. עבור מטוס תחבורה, Fowlers הם פופולריים במיוחד כי הם מרחיבים אחורי כמו גם כלפי מטה, הרחבת האזור כנף ושיפור ביצועים אווירודינמיקה.

על BWB, יש לתכנן את המכשירים פורצי הדרך לעבוד בקונצרט עם התרומה של מרכז הגוף. כי המרכז עצמו מייצר מעלית משמעותית, את הטיפות על חלקי כנף החוצות חייב להיות בגודל מתוכנן לשמור על מסגרת מעלית טובה לאורך זמן חיובי.אם המשטח החוצה עצמו מייצר אגרסיבי מדי, הטיפים יכולים לעמוד לפני המרכז, לגרום לרגע של אובדן שדה נוח, אם לא ניתן להשיג את המשטח הקדמי, ייתכן שיהיה צורך על ידי ירידה שמרנים מדי, אם אתה יכול להשיג את הפח, אם אתה יכול להשיג את הפח, אם אתה יכול להשיג את הפחמיצים שמרנים מדי, אם אתה יכול להשיג את הפחמיצים.

Croeger Flaps ופתרונות מיוחדים אחרים

חלוקי קרוגר הם לוחות מכווצים על פני השטח התחתון של הקצה המוביל כי מתקפל החוצה ולמטה, גדל קמפינג ועיכוב הפרדה.הם פשוט מכנית מאשר סלאטים והם משמשים לעתים קרובות על קטעי כנף בתוך שטח עבור מסלולים סלאט מוגבל. עבור תצורה BWB, קרגר flaps עשוי להיות יתרון על קצה מרכזי המוביל, שבו את רפיח הוא בולט יהיה קשה להתקין.

מושגים אחרים של מעלית גבוהה כוללים מערכות סומבר משתנה, אשר משתמשים עיוות מתמשך של קצה שביל הזרוע כדי להשיג שינויים מרים חלקה ללא פערים דיסקרטיים. בעוד מערכות אלה הן כבדות יותר מורכבות יותר מאשר flaps קונבנציונליים, הם מציעים הטבות אווירודימיות על ידי צמצום הגרור הקשור פערים flap ו hinge ירידים. חלק BWB חקרו כי הם מעלים שבילים כדרך ליישב את הביצועים גבוהים של יעילות גבוהה של סיירות.

אתגרים טכניים של Integrating High Lift מכשירים ב- BWB Configurations

שילוב של מכשירי מעלית גבוהים לתוך מסגרת אוויר BWB אינו רק עניין של דרוג עיצובים קיימים.הגאומטריה הייחודית והפריסת המבנית של BWBS הנוכחי, הדורשים פתרונות הנדסיים חדשים.אתגרים אלה משתרעים על אווירודינמיקה, מבנים, מנגנונים ושילוב מערכות, והם חייבים להיות נפתרים לפני שמטוסי BWBWB יכולים להיכנס לשירות מסחרי.

זיהום אווירינמי ו Flow Separation Risks

האתגר האנאירודימי המיידי ביותר הוא הימנעות מהפרדה מוקדמת של זרימה כאשר מכשירים מרימה גבוהה פרוסים.באגף קונבנציונלי, הפתיל מספק גבול טבעי המגביל את זרימת ה- BWB, משטח ההנעה המתמשך מאפשר הפרעות להפיץ בחופשיות. A flap de השתקפות הגורם הפרדה מקומית ליד מרכז הגוף יכול להתפשט במהירות, המוביל לאובדן פתאומי וסימטרי של המעלית.

סימולציות נוזלים Computational (CFD) הראו כי לוח הזמנים הפריסה האופטימלי עבור BWB גבוה להרים מכשירים הוא מורכב יותר מאשר כנפיים קונבנציונליות. יצרנים חייב רצף בזהירות את הסיומת של מכשירים מובילים ו פורצי דרך כדי לשמור על זרימה מחוברת לאורך כל טווח. אקטיבית טכנולוגיות בקרה, כגון מטוסי סילון סינתטיים או גנרטורים טורטקס, עשוי להיות הכרחי כדי לדכא הפרדה בתנאים קריטיים.

התפלגות טעינה ואינטגרליות

מכשירים מרימה גבוהה מייצרים עומסים אווירודינמיים גדולים שיש להעביר באמצעות המבנה האגף אל מסגרת האוויר.על BWB, נתיב העומס מורכב על ידי היעדר מבנה של כנף דיסקרטית נושאת דרך. במקום זאת, המרכז פועל כמו קופסה מבנית, ועומסי מעלית גבוהים חייב להיות מחולק באמצעות מסגרת משולבת או מתכתית מאוד.

רכיב פינט מנתח את העובדה כי נקודות ההחזקה של מסלולים רפלקים ומסילות סלאט ליצור ריכוזים מקומיים בעור של BWB ומבנה תת-מבנה. מעצבים חייבים לחזק את האזורים האלה ללא תוספת משקל מופרז, אשר יכול לשלול את היתרונות של תצורה BWB. חומרים מורכבים מתקדמים, עם נוקשות גבוהה שלהם וכוח, להציע פתרון חלקי, אבל הם גם מציגים אתגרים הקשורים להתרחבות תרמית, גמישות, עמידות מהירה, ופגיעות, פגיעה.

מורכבות מכנית ו-Peting Constraints

נפח פנימי של כנף BWB הוא רדודה יותר ובאופן לא סדיר יותר מזה של כנף קונבנציונלית, במיוחד ליד הרכז.מרחב מוגבל זה מגביל את הגודל והגאומטריה של המנגנונים הפורסים ומכשירי הרים גבוהים יותר. קואר פועלים, צינורות טורק, פעמונים, ומסילות חייב להתאים כולן בתוך המעטפה הזמינה ללא התערבות עם מיכלים, ציוד נחיתה, או הילוך לקווי חשמל הידראוליים.

אריזה הופכת אפילו יותר מאופקת כאשר BWB מיועד תחבורה נוסעים, שכן המרכז חייב להתאים את התא, lavatories, רימות, ואת מעל פניות בינאריות.התחרות וכתוצאה מכך עבור צוותי עיצוב של כוח פנימיים כדי לתעדף ולפעמים להתפשר על פריסת מערכת מעלית גבוהה. חלק הציע BWBBBBB מושגים עלייה של ממריצים מחוץ לאגף בזרימת ירידים, אבל גישה זו ורעש.

עונשי משקל וסחר יעילות

כל קילוגרם של חומרה מערכת הרים גבוהה מפחית את המטען או הדלק כי מטוס יכול לשאת. עבור עיצובים BWB, אשר כבר רגישים משקל בשל המבנה הלא קונבנציונלי שלהם, המסה של סלאטים, flaps, מסלולים, אקטוטורים ומערכות קשורות יש לשלוט בזהירות. מנגנוני ירידה במשקל להתמקד לעתים קרובות על שימוש בחומרים מורכבים עבור משטחים מורכבים ושילוב של פעולות עם מערכות בקרה אחרות.

עם זאת, משקל הוא לא הדאגה היחידה.העונש על פערים, צירים, וההגינות יכולים להשפיע באופן משמעותי על יעילות ההפלגה.מעצבי BWB חייבים להחליט כמה ניקיון אווירי להקריב עבור ביצועים גבוהים של מעליות מורפיינגס מציעים נתיב כדי לחסל פערים לחלוטין, אבל הם מוסיפים מורכבות ועלויות.המאזן האופטימלי ישתנה בהתאם לפרופיל המשימה ולדרישות התפעוליות של המטוס.

טכנולוגיות מתפתחות ואסטרטגיות שילוב חדשניות

כדי להתגבר על האתגרים המתוארים לעיל, חוקרים ויצרנים מפתחים טכנולוגיות חדשות שטשטשות את הקו בין מכשירים למעלית גבוהה לבין מבנה כנף בסיסית. חידושים אלה מבטיחים לספק את הגדלת המעלית הנדרשת מבלי להתפשר על היתרונות האירודינמיים והמבניים של תצורה BWB.

מבנים משוריינים וחוזים הסתגלות

מבנים ממורפינג משנים את הצורה בתגובה לתנאי טיסה, באמצעות מעשים מוטבעים כדי לפענח את העור האגף ואת המסגרת הפנימית. עבור יישומים להרים גבוה, קצה מוביל מורפיום יכול להגדיל את הסימון ללא צורך של סלאטים דיסקרטיים, בעוד שחוד שביל מתפתל יכול לתפקד כמו פליפה חלקה. נאס"א וכמה אוניברסיטאות הוכיחו הוכחה של מכשירים תפיסה כי להשיג שינויים משמעותיים עם עונשים מינימליים.

המכשול העיקרי להעלאת פני השטח הוא עמידות. העורים הגמישים והמנגנונים התואמים חייבים לעמוד בפני אלפי מחזורי הפריסה, חשיפה לגשם ולקרח, והתקפות ציפורים בהווה מתמקדות בסגסוגת זיכרון בצורת ותרכובות פולימריות שיכולות להשתנות שוב ושוב ללא עיוות קבוע.אם חומרים אלה מתבגרים, הם יכולים לאפשר למטוסי BWBWB עם כנפיים הסתגלות באמת.

המונחים: apopulsion and Boundary Layer Ingestion

הדחף המנוצל כרוך הצבת מספר מנועי או אוהדים קטנים לאורך קצה השביל של כנף, לעתים קרובות תוך כדי צמת שכבת הגבול איטי הנעה כדי לשפר את היעילות propulsive. כאשר בשילוב עם מכשירים מרימה גבוהה, הדחף מבוזר יכול לשפר את המעלית על ידי צמצום הזרם מעל פני השטח העליון, מתנהג ביעילות כמו מטוס.

Boundary layer ingestion (BLI) further improves efficiency by re-energizing the flow near the surface, delaying separation and allowing higher lift coefficients. While BLI is primarily studied for its fuel-saving potential, it also has synergy with high lift systems. By carefully integrating the propulsion and high lift functions, designers can reduce the size and weight of mechanical devices while maintaining or improving field performance.

חומרים מתקדמים וטכניקות ייצור

ייצור אדקטיבית, מיקום סיבים אוטומטיים, ומבנים מורכבים הקשורים ל-Core-cured אפשרו גישות חדשות לתכנון מערכת הרים גבוה.לדוגמה, רצועות צנרת מפובנות של lattice-structured המיוצר על ידי אבקת לייזר היתוך יכול להפחית משקל עד 30 עד 40 אחוזים בהשוואה ל-אלומיניום ממכונה המקבילה.

ההתקדמות של ייצור אלה היא בעלת ערך מיוחד עבור מטוסי BWB, הדורשים מרכיבים מבניים גדולים ומעוכבים ויקרים לייצר עם שיטות קונבנציונליות.כפי שיבולי הייצור עבור מטוסי BWB, העלות של טכניקות ייצור מתקדמות אלה צפויה לרדת, מה שהופך את האימוץ שלהם ליותר קיימא מבחינה כלכלית.

מחקרים ומחקר תוכניות

מספר תוכניות מחקר סיפקו נתונים יקרים ותובנות מעשיות לשילוב של מעליות גבוהה בעיצובים של BWB. מאמצים אלה משתרעים על סוכנויות ממשלתיות, קונסורטוריטיה בתעשייה ומוסדות אקדמיים, כל אחת תורמת חתיכה מהפאזל.

X-48 BWB Demonstrator של נאס"א

סדרת X-48, שנבנתה על ידי בואינג ווטסה על ידי נאס"א, היא תוכנית הניסוי המתועדה ביותר BWB. X-48B (8.5% סקאלה) ו- X-48C (עם גוף גניבת משתנה וכספים) שצברה מעל 100 טיסות, כולל Takeoff, נחיתה והערכה מהירה איטית של טיפול.

תוצאות מ- X-48 טיסות הראו כי תוכנית BWB מציגה מאפיינים דוכי דוציל אם הרכז מעוצב כראוי.המטוס יכול להיות טס לזווית של התקפה מעבר ל-20 מעלות ללא הפסקה, נותן לטייסים התראה פשוטה של דוכני חסימה.התנהגות זו חיובית עבור תכנון מערכת מעלית גבוהה כי זה אומר שגם אם הפרדה זרימה מקומית מתרחשת, התגובה האירודינמית העולמית נותרה צפויה יותר מידע על XF48 הוא זמין באמצעות תוכנית המחקר XF- נאס"א.

Airbus MAVERIC ותעשיות אחרות

Airbus חשף את MAVERIC (Model מטוסים עבור אימות וניסוי של רובוסט Innovative Controls) מפגינים בתערוכת איירווינס של 2020 סינגפור Airshow.זה 1:6.5 סולם BWB קונספט כולל צורה ייחודית בשילוב עם מנועים משובצים ולא זנב אנכי. בעוד Airbus לא שחרר מפרטים מפורטים עבור מערכת המעלית הגבוהה, החברה ציינה כי MAVERIC כולל פני השטח חדשניים השולטים כי המאפיינים הייחודיים של BWBWBS.

יוזמות תעשייתיות אחרות כוללות מחקרים על ידי FLT:0 (Boeing's Advanced Program division division) ו- Europeanנקי סקיי 2 מחקר קונסורציום. תוכניות אלה חקרו מושגים של מעליות גבוהה שונים, כולל flapsed, דפדפו את הקצוות המובילים, ובקרת זרימה פעילה, החל על תצורה BWBWBWB של קשקשים שונים ומשימות.

תחזית לעתיד ומסקנות

השילוב של מכשירים מרים גבוהה לתוך מטוס גוף כנף משולב נשאר אחד ההיבטים המאתגרים ביותר של הבאת התצורה המבטיחה לשוק.עם זאת, ההתקדמות שנעשתה בשני העשורים האחרונים & mdash; מניסויים במנהרות רוח וסימולציות CFD ועד בדיקות טיסה של מפגינים תת בקנה מידה וטכניקות מתפתחות; יש בנו בסיס איתן להמשך התקדמות.

במבט קדימה, אבן הדרך הבאה תהיה מטוס בקנה מידה מלא של טכנולוגיות שמטב מערכת מעליות גבוהה לחלוטין.רכב כזה יאפשר למהנדסים לאמת קריומטיות פריסה, מדדים ונקודות מפנה בטיסה, ולהעריך את עמידות ארוכת הטווח של המערכת.שיעורים מהמפגינים האלה יאכילו ישירות לתוך עיצוב של מטוסי BWBWB, אשר יכולים להיכנס לשירות ב -2030 או דרישות על שוק רגולטוריות.

עבור חברות תעופה ומפעילים, השילוב המוצלח של מכשירי מעלית גבוהים בעיצובים BWB הוא גישה למטוס המשלב יעילות יוצאת דופן בשיוט עם תאימות בשדה התעופה.אורך שדה קצר יותר, טביעת רגל נמוכה יותר, וצריכת דלק מופחתת נמצאים בהישג יד אם מערכת המעלית גבוהה מונדסת לאותן סטנדרטים גבוהים כמו שאר מסגרת האוויר.

שיתוף פעולה מתמשך בין חוקרים, יצרנים וגופים רגולטוריים יהיה חיוני לפתרון אי-ודאות שנותרו.ארגונים כגון FLT:0) מינהל התעופה הפדרלי של התעופה הפדרלי (FLT:1 ו-FLT:2 הסוכנות האירופית לבטיחות תעופה אוויריות FLT 3:3 כבר מעורבים בדיונים ראשוניים על דרישות הסמכה עבור תצורה BWB.