מבוא

המרדף הבלתי פוסק של יעילות, ביצועים ובטיחות בתעופה הוביל מהנדסים אווירוקל כדי לחפש מעבר כנפיים קבועות קבועות ומשטחי בקרה. עיצובים מסורתיים, תוך אמין, הם אופטימיזציה מטבעם למגוון צר של תנאי טיסה. A כנף אשר מבצע היטב במהירות ההפלגה עשויה להיות תת-אופטימית במהלך נטילת חומרים או תמרון.הפתרון הוא במבנים מורפיום - כנפיים ומשטחים שיכולים להשתנות בצורה חכמה, כלומר, חומרים מגנטיים, כגון חומרים מגנטיים, חומרים מגנטיים, כגון חומרים מגנטיים, חומרים מגנטיים, כגון מתחמיים, חומרים מגנטיים, או גירויים, חומרים מכניים, או גירויים, כגון מתחמיים, חומרים מגנטיים, או תמרון, או גירויים, או מתחמיים, או מתחמיים, או תמרון, או גירויים, או מתחמיים, או גירויים, או מתחמיים, חומרים מגנטיים, כגון, כגון מתחמיים, חומרים מגנטיים, כגון מתחמיים, או מתחמיים, חומרים מגנטיים, חומרים מגנטיים, חומרים מגנטיים, או תמרון, ללא גירויים, או תמרון, או תמרון, או מתחמיים, או תמרון, או תמרון, חומרים מגנטיים, או

מאמר זה חוקר את התפקיד של חומרים חכמים בכנפיים הסתגלות ומשטחי בקרה, בוחן את סוגי החומר המרכזיים, היישומים הנוכחיים שלהם, ואת הפוטנציאל הטרנספורמציה שהם מחזיקים עבור מטוסים הדור הבא.מסגסוגת זיכרון צורה שסובבת את הסומבר של כנף למחולים אדזואלקטריים כי לזרז משטח שליטה עם דיוק מיקרו-שני, האפשרויות מעצבות מחדש את מה שיכול לעשות.

מה הם חומרים חכמים?

חומרים חכמים, הידועים גם כחומרים אינטליגנטיים או מגיבים, מונדסים כדי לשנות אחד או יותר מהנכסים שלהם - כגון צורה, קשיחות, חריפות, חריפות, או לחות - באופן מבוקר כאשר נחשפים לתנודות חיצוניות. בניגוד לחומרים מבניים קונבנציונליים, הם יכולים לחוש ולפעול, לטשטש את הקו בין מבנה ומנגנון.

כל סוג מציע יתרונות ייחודיים. SMAs יכול לשחזר זנים גדולים כאשר מחומם, מה שהופך אותם אידיאליים עבור שינויים בצורת ברוטו. חומרים Piezoelectric לייצר תנועות קטנות, מהירות תחת שדה חשמלי והם מצוינים עבור גבוה ⁇ , יישומים בעלי קיבולת נמוכה. פולימרים אלקטרואקטיביים משלבים גמישות קלה עם יכולות הפעלה, בעוד חומרים מגנטיים מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה ותגובה מהירה בתחומים מגנטיים מסוימים תלוי על העקירה, מהירות קיצונית, כגון טמפרטורה, כמו לחץ סביבתית, כמו משקל קיצוני, כמו לחץ סביבתית, כמו לחץ, כמו גם לחץ סביבתית, כמו טמפרטורה, כמו טמפרטורה, כמו גם לחץ סביבתית, כמו טמפרטורה קיצונית, כמו לחץ, כמו לחץ דם, כמו לחץ פיזי, כמו לחץ, כמו לחץ דם, כמו גם חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, כמו גם חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, כמו גם לחץ דם, חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, כמו גם לחץ דם, לחץ דם, חומרים מגנטית, לחץ דם, לחץ דם, חומרים מגנטית, חומרים מגבילים, חומרים מגנטית, חומרים מגבילים, חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, חומרים מגנטית, כמו גם מהירות לחץ דם, חומרים מגנטית, חומרים מגבילים, חומרים מגנטית, כמו תנאי לחץ דם,

Shape Memory Alloys (SMAs)

צורת ⁇ זיכרון, כגון ניקל-טינום (Nitinol), להציג את היכולת המדהימה לחזור לצורה מוגדרת מראש כאשר מחומם מעל טמפרטורת מעבר.אפקט זה, המכונה אפקט זיכרון הצורה, נובע מטרנספורמציה של שלב נית בין מרטן לבין austenite. in aerospace יישומים, SMAs מוטבע או משולב לתוך עור, ספארי, או צלעות על ידי גירוי חום גבוה.

חומרים Piezoelectric

חומרים מטבוליזם, כגון עופרת zirconate titanate (PZT) ופוליווינילidene fluoride (PVDF), לייצר מטען חשמלי כאשר הלחץ מכני (אפקט ישיר) ועיוות כאשר שדה חשמלי מוחל (אפקט הפוך) פונקציונליות כפולה זו הופכת אותם אידיאליים עבור משטחים חישה ופעולה.

פולימרים אלקטרואקטיביים (EAPs)

פולימרים אלקטרואקטיביים הם מעמד חדש של חומרים חכמים כי מפורשים בתגובה לשדה חשמלי.הם מחולקים לשתי קטגוריות עיקריות: elastomers אלקטרונים דיאלקטריים ופולימרים ionic. Dielectric elastomers לפעול כמו capacitors להרחיב באזור וחוזה עובי כאשר מתח מוחל, המאפשר זנים גדולים (מעל 100%) ו צפיפות אנרגיה גבוהה.

יישומים ב-Virtive Wings

הרעיון של כנפיים הסתגלותיות - כנפיים שיכולות לשנות את צורתן באופן קבוע כדי להתאים למשטרי טיסה שונים - היה חלום של אווירודינמיקה במשך עשרות שנים. מכשירים מסורתיים גבוהים מסורתיים כמו להקות, סלאטים, ו ailerons הם דיסקרטיים, כבדים, ויוצרים פערים המגדילים את גרר חומרים חכמים מאפשרים מתחלפים, מתמשך כי משמרת זרימת לחמניות ולהפחית את התוכנות מפתח הופיעו הן תוכניות מחקר והן בטיפוס.

בסביבה הקרובה של Camber Wings with SMAs

אחת האפליקציות הבוגרות ביותר של SMAs ב-Aerospace היא בכנפיים של סומב משתנה.על ידי הטמעת חוטי SMA או מעיינות לאורך קצה השביל של כנף, מהנדסים יכולים לשנות את ה-Samsber - את הריצוף של האוויר-foil - ללא צורך במנועי בקרה הידראוליים ויציאה של תחנת דלק גמישה, תוך כדי משיכת יתר של אספקת דלק ויציאה, ה-SEP (SCC) מוגברת, לעומת זאת, לעומת זאת, הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה-SPTMA (SPTL) לחיסכון הגמישות).

כנפיים Twist and Aeroelastic Tailoring

יישום מבטיח נוסף הוא להשתמש בחומרים חכמים כדי לסובב באופן פעיל כנף - שינוי זווית של הפצה התקפה לאורך טווח - כדי לייעל את ההפצה ולהקטין את ה-GarHz מוקדם עבודה על ידי המעבדה לחקר חיל האוויר האמריקאי (AFRL) ובואינג על ה- Active Aeroelastic Wing (AAW) התוכנית הראו כי עיוותים מותאמים להורדת יכולת הפעלה ללא איילוריונים מסורתיים.

עור ממורפ

פני השטח החיצוניים של כנף הסתגלות חייב להיות גמיש מספיק כדי להתאים שינויים צורה עדיין נוקשה מספיק כדי לשמור על חלקה אווירודינמי תחת עומסי אווירודינמיקה.זה הוביל לפיתוח של עור מורפיום - חומרים מורכבים או אלסטומריים מתחזקים עם נוקשות מבנים אוויריים או שמציעים מבנים סלולריים באופן פעיל את שטח ה-DMAMA משחק תפקיד כפול: הם יכולים להיות חלק ממערכת ההפעלה או לשמש כמו העור עצמו.

חומרים חכמים בשליטה על פני השטח

משטחים שליטה - איילונים, מעליות, מדרגות, רפידות, וכרטיסיות תלת-ממות - הם האמצעים הבסיסיים של היגוי וייצוב מטוס. Re הצבת מחוללים הידראוליים או אלקטרומיאניים מסורתיים עם חומרים חכמים יכול להפחית משקל, לשפר את מהירות התגובה, ולאפשר שליטה מבוזרת.הת להלן מדגיש כיצד חומרים חכמים שונים מוחלים לאתגרים ספציפיים של פני השטח.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

Flutter הוא חוסר יציבות אווירולקטית הרסנית שיכול להתרחש כאשר כוחות אווירודינמיקה יחד עם רטטים מבניים. pazelectric actuators אידיאלי עבור דיכוי שטף פעיל כי הם יכולים להגיב במהירות מספיק כדי למנוע את הoscillations. על ידי חיבור כתמים אדזואלקטריים על פני השטח של משטח שליטה או עלייה במשקל בתוך ה hing, מערכת בקרה יכולה ליישם כוחות מנוגדים בזמן אמת, אנרגיה חכמה (U) אשר הוכחומטרה על ידי ירידה במשקל איטי יותר של פחמן פעיל של פחות לחץ אווירי אווירי אווירי לחץ אווירי אווירי אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי של 15.

SMA-based Flow control

ניתן להשתמש גם ⁇ זיכרון צורה כדי לפרוס מכשירים קטנים של בקרת זרימה - כגון גנרטורים מערבים, ספוילרים או כרטיסיות זעירות - בדיוק כאשר והיכן צורך. פועל SMA יכול לבודד גנרטור טורטקס במהלך השייט כדי להפחית את גרר ופרוס במהלך הנחיתה כדי להגדיל את המריבה. כי המפעיל הוא קל משקל ודורש חשמל בלבד, זה יכול להיות להציב בחלקים דקים שבו ניתן לבדוק את המולקולות כדי להפחית את המשתנים של בואינג.

פולימר פולימר טרימב

כרטיסיות טריאם על מטוסים גדולים תחבורה הם בדרך כלל מותאם על ידי קישורים מכניים או מנועים חשמליים קטנים. עבור מל"טים ומטוסים קטנים יותר, פולימרים אלקטרואקטיביים מציעים אלטרנטיבה פשוטה יותר, נמוך יותר ממסים ניתן להגדיר כמו ממריצים קדומים כי נתקלו בטמפרטורה גבוהה יותר (כולל עומס אנרגיה) ללא כמה מעלות עם תגובה תת-שנית.

יתרונות ואתגרים של חומרים חכמים

הגדלת חומרים חכמים לתוך כנפיים הסתגלות ומשטחי בקרה מביאה שורה של הטבות, אבל גם מכשולים טכניים משמעותיים שיש לטפל בהם לפני אימוץ נרחב של מטוסים מסחריים וצבאיים.

יתרונות מפתח

  • (FLT:0Weight Reductionment: 1FLT) על ידי ביטול משאבות הידראוליות, אקטוטורים, וחיבור קישורים, מערכות חומר חכמות יכולות להפחית את משקל המערכת ב-30–50% עבור תפקוד שליטה נתון.
  • (FLT:0) של פשטות ואמינות: ההרחבה של 1 (FLT:1) חלקים נעים יותר פירושו תחזוקה מופחתת, עלויות מחזור חיים נמוכות יותר, ושיפור האמינות החומר החכם הם מכשירים יציבים עם לא רקמות או נוזלים מחוסנים כדי להדליף.
  • (FLT:0)Faster Response Times: 10.10.10.1 פיטזואלקטרי ומניפסטים מגנטיים יכולים להגיב במיקרו-שניות, המאפשרים שליטה פעילה בפלוטר, הקלה בגלסט ודיכוי רעש שאי אפשר עם מערכות מכניות.
  • (FLT:0)Distributed Actuation: ⁇ F1 חומרים חכמים ניתן לחלק על פני השטח של הזרוע או השליטה, ומאפשר שינויים בצורת מקומית מדויקים אשר מייעלים ביצועים אווירודינמיקה בכל נקודה.
  • (FLT:0) משטחים מעוקלים:FLT:1, כנפיים הסתגלות עם חומרים חכמים יכולים לשמור על משטחים חיצוניים חלקיים, צמצום גרר מפעפיים, צירים, ונקודות שליטה דיסקרטיות.

אתגרים בלתי אפשריים

  • (FLT:0) ,Limited Stroke and Force:FreaLT:1) חומרים חכמים מייצרים זנים קטנים יחסית (piezoelectrics: 0.1%) או דורשים קלט אנרגיה גדול עבור זנים גדולים (SMAs דורש חימום).
  • (FLT:0)Fatigue and Durability:FLT:1) אופניים חוזרים יכולים לזלזל SMAs באמצעות עייפות פונקציונלית, בעוד חומרים אדזואלקטריים יכולים לפצח תחת לחץ רבצי אופניים גבוה.
  • (FLT:0) ההשפעות הירומליות: 1FLT:1, יש לגרות את הטורים SMA, קריר, איטי ורגיש באנרגיה.בגובה גבוה, טמפרטורות מסובכות ניהול תרמי.
  • דרישות כוח:0 (איור 1) כפל 1 דורש חשמל משמעותי, אשר יכול להיות נטל על מערכות חשמל מטוסים. pzoelectric Actuators צריך מגבר גבוה להוסיף משקל ועלות.
  • (FLT:0) אינטגרטיביות של אינטגרציה: FLT:1 ; ⁇ חומרים חכמים לתוך מבנים מורכבים ללא היערכות של יושרה מבנית היא מאתגרת. אלגוריתמי בקרה חייבים לקחת בחשבון את ההיסטריה, המצטפת, התנהגות חומרית לא לינארית.

מחקר גבולות וכיוון עתידי

תחום החומרים החכמים עבור מטוסים מתאימים מתקדם במהירות, מונע על ידי פריצות דרך במדעי החומרים, ייצור תוספים, ותאוריה שליטה.כמה מגמות מתעוררות מבטיח להתגבר על המגבלות הנוכחיות ולפתוח יכולות חדשות.

מערכות הפעלה היברידיות

כדי לשלב את הכוח הגבוה של SMAs עם התגובה המהירה של ⁇ electrics, החוקרים מפתחים פועלים היברידיים המשתמשים בשני סוגים חומריים.לדוגמה, אלמנט SMA יכול לספק התאמות גדולות, איטיות לשינוי סומבר, בעוד אלמנטים אדזואלקטריים להתמודד עם כוונון עדין גבוה ⁇ .המעבדת מחקר של צבא ארה"ב נבדקה כנף היברידית עם SMA כדי צינורות עבור טוויסט ודימום חשמלי עבור גרורות נמוכה, הן לשרירים.

ייצור גמיש של מבנים חכמים

הדפסה תלת מימדית מאפשרת את ייצור ישיר של גיאוגרפיות מורכבות עם חומרים חכמים משובצים.חוקרים הודפסו מרקים פולימרים פולימרים עם עקבות מוליכים משולבים עבור חימום התנגדות, יצירת מבנים מונוליטיים מורפיות. בדומה, סיבים אדזואלקטריים ניתן לעטוף יחד לתוך מגרות תרמופלסט כדי לייצר חיישנים ופועלים בשלב אחד.

מערכות אנרגיה וכוח עצמי

אולי המטרה הסופית היא ליצור כנפיים עצמיות שמקצירות אנרגיה מהסביבה כדי לכפות את החומרים החכמים שלהם. משככי האנרגיה המזינים שרכובים על הזרוע יכולים להמיר אנרגיה רטט ממתחם או רעש המנוע לחשמל.כוח זה יכול לשמש כדי לפעול ל SMAs או להפעיל אלקטרוניקה שליטה. בעוד שנקודות אנרגיה נוכחיות הן נמוכות, התקדמות באלקטרוניקה נמוכה ויעילות גבוהה יותר הן שהופכות למגבונים קטנים יותר עבור כלי טיסים אלה.

למידה ממוחשבת לשליטה

ההתנהגות הלא ליניארית של חומרים חכמים - היסטריה ב ⁇ אלקטריים, תכונות תלויות טמפרטורה SMAs - עושה שליטה קשה אלגוריתמי למידת מכונה, כגון רשתות עצביות ולמידה חיזוק, הם מאומנים להסדיר את החומרים האלה בזמן אמת. לדוגמה, רשת עצבית עמוקה יכולה ללמוד את לולאה היסטריה של פועל אדזואלקטרי לפצות על השגת מיקום מדויק של כנפיים עשוי לשלב אופטימיזציה של נתונים המבוססים על מודלים מתקדמים באופן קבוע.

מסקנה

חומרים חכמים אינם סקרנות מעבדה חולפת; הם אבני הבניין של הדור הבא של משטחי טיסה הסתגלות.מסגסוגת זיכרון צורה שיכול לכופף כנף לתוך צינור חדש לאימון אדזואלקטרי המדכא פלוטר במכלות, חומרים אלה כבר מוכיחים את הערך שלהם במטוסי מחקר ומפגינים טיסה.הדרך לאימוץ נרחב דורשת פתרון אתגרים הקשורים לעייפות, ניהול תרמי, צריכת חשמל, ושילוב יעיל יותר, אך יעיל יותר, יעיל יותר, אך יעיל יותר, יעיל יותר, תגמולים.

ככל שייצור התוספים, מושגי ההנעה ההיברידיים מופיעים, ואלגוריתמים שולטים הופכים חכמים יותר, החלום של כנף באמת מורפטיבית שמתאימה בצורה חלקה לכל שלב של טיסה מתקרב למציאות.השימוש בחומרים חכמים בכנפיים הסתגלות ומשטחי בקרה יגדירו יותר ויותר את הסטנדרט לחדשנות אווירו-מרחב בעשורים הקרובים.

(ב) [ה] [ה]] [ה]], [ה]], [ה], [ה], [ה]], [ה]], [ה]], [ה']], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'']''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''