תכנון מערכות Flap עבור מטוסים בעלי יכולת גבוהה ומטוסי לטווח ארוך

הקדמה: הביקושים של טיסה ארוכה,

מטוסים ארוכי טווח, לטווח ארוך (He) פועלים בשוליים הקיצוניים של המעטפה המתהווה – לעתים מעל 50,000 רגל במשך 24 שעות או יותר.פלטפורמות אלה משרתות תפקידים קריטיים במעקב מתמשך, מחקר אטמוספירי, וממסר תקשורת.כנפיים שלהם ארוכים, מזחלים ומתאים ליעילות מקסימלית של הנדסת אוויר, אבל אפילו הזרוע היעילה ביותר דורשות גיאומטריה משתנה כדי לטפל במעבר, באמצעות עלייה, דרך דרישות מהירות גבוהה, כדי לגרור את השטח, כדי לגרור את ה-ה, כדי לגרור את ה-HS בטווח הארוך, כדי לגרור את המערכת הקלה ביותר, כדי לגרורה, לחץ אווירית, כדי לגרור את ה-HS בטווח הארוך, כדי לגרור מחדש, כדי לגרור את ה-HSquarephrephreventrallid, כדי לייצב גבוה, כדי לגרור מחדש, כדי לגרור מחדש, כדי לגרור את המהירות הגבוהה ביותר, כדי למנוע את ה-Halrend, כדי לגרור את המהירות הגבוהה ביותר, כדי למנוע את המהירות הגבוהה ביותר, כדי לקצבה, כדי לגרור את המהירות הגבוהה ביותר, כדי לגרור את ה-Hal-Hal ה-Halrend את המהירות הגבוהה ביותר, כדי לקצב

תפקיד ה-Flaps in Hré מטוסים

פלפס לא רק סיועים משתולפים ויבשות; הם חלק בלתי נפרד מגמישות המשימה.על חברת תעופה קונבנציונלית, להקות להגדיל את הרציף coefficient (CIRFLT:0LirFLT:1) וגרור (CIRLT:2DIRFLT 3:2DIRFLT 3: 3) כדי לאפשר מהירויות גישה בטוחות.

(FLT:0) Takeoff:cioFLT:1) בשדות תעופה בעלי טווח גבוה (למשל, מעל 5,000 רגל גובה צפיפות), צפיפות האוויר מופחתת, הדורשת מהירות אוויר אמיתית גבוהה יותר לייצר מעלית.
(FLT:0)Climb:FLT:1 פעם באוויר, המטוס חייב לטפס דרך הרוטספירה לתוך הסטרטוספרה.יותר מדי פסולת פריסת פיזור; מעט מדי סיכונים נמוכים מדי של טיפוס או זמן ממושך ממושך במהירויות מתוחכמות.
(FLT:0)Loiter and Cruiseue: 1 בגובה של מעל 50,000 רגל, המטוס טס לעתים קרובות על פי מספר קבוע של מאך (הטווח הטוב ביותר כאן, הטיפות בדרך כלל ממושכות כדי לשמור על כנף נקייה לזרח.עם זאת, סטיות קטנות (למשל, 1 מעלות עד +2) משמשות לעתים קרובות לזיעת מסמנת מינימלית עבור תנאים מינימליים ודרמוספריים תחת משקל.
(FLT:0) דונם ו Landing: FLT:1 לאחר שעות רבות, המטוס חוזר כבד עם דלק (או בהיר יותר אם דלק נצרך) פלמים חייבים שוב לספק מעליות גבוהה ללא שיעור כיור מופרז, במיוחד בשדות תעופה בגובה גבוה שבו המנועים פחות חזקים.

העיצוב חייב גם להתמודד עם העובדה כי מטוס הרה הם לעתים קרובות ללא פגע, כלומר מערכת בקרת ה-Fap חייבת להיות אוטומטית לחלוטין, סובלנית לחלוטין, ומסוגלת להתמודד עם מחזורי חובה ארוכים ללא התערבות אנושית.

אתגרים אווירודינמיקה ב-High Altitude

אוויר דק וצמצם את דור המעלית

[האתגר האנאירודינמיקה היסודי] הוא צפיפות האוויר הנמוכה בגובה של כ-60,000 רגל, צפיפות היא בערך 10% משווי רמת הים.כדי לייצר את אותו כוח המעלית, המטוס חייב לטוס מהר יותר או יש לו הרבה יותר גבוה מעל פניית מעלית גבוהה יותר, אבל כנפיים HARA כבר נועדו ליחס אספקט גבוה (בדרך כלל: 1.0) כדי להפחית את הנפיחות הגדולה יותר מגדילה את המעלית המקסימלית (CLTIRST), אך ורק 2, 0, 4.

קצבה נוספת של אווירודינמית היא אפקט מספר ריינולדס בגובה גבוה, צפיפות נמוכה ואורך אקורד קטן יותר של חלקי ערימה טיפוסיים לגרום למספרים נמוכים בהרבה (כ-500,000 עד 2 מיליון) במספרים אלה של ריינולדס, שכבות הגבול לעתים קרובות לחלחל במעלה הזרם אבל המעבר מוקדם על החיסרון, המוביל לגרורת עור גבוהה יותר והפרדה פוטנציאלית.

אופטימיזציה ל-Long Endurance

סיבולת ארוכה דורשת צריכת דלק מינימלית, אשר מושגת על ידי מיקסום היחס המעלית-ל-דזה (L /D) מערכת ה-Fap, כאשר פרוסה, באופן בלתי נמנע מוסיפה לגרור באמצעות חיכוך עור, לחץ ואפקטים הפרעה.האגף הנקי של מטוס HARA מראה דלי בולט ליד מעצב המעלית, מושג לעתים קרובות על ידי שמירה על לליטר לזרום מעל חלק משמעותי של פריסת Flap זה יכול להרוס את זה, במיוחד אם זה או לשבש את הירכיים על פני השטח.

(ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [ה] [ה]: [ה]] [ה]] [ה]] במקום לוחות משיכת-הפלה, כמה מושגים ניסיוניים משתמשים בשינויים קבועים רצופים וחלקיים, אשר נמנעים מפערי-הפעפיים פתאומיים.
(ב) ⁇ 0 (ב"ב) ,"השטח העליון של ה-FLT" (ב) הוא מתכנס כדי לשמור על לחץ חיובי ⁇ , עיכוב מעבר או הפרדה אפילו בזווית של דה-העיצוב.

בנוסף, מערכת ההפעלה השברירית עצמה לא חייבת ליצור גרור טפילי. Actuator ירידות, דחיפים, או קווים הידראוליים שנטועים לתוך זרם האוויר יכולים להוסיף גרר משמעותי לאורך שעות טיסה - הוצאות המצטברות לשרוף דלק.

שיקולים סטרקטיים וחומריים

חומרים משותפים למבנה Flap

משקל הוא האויב של סיבולת.כל קילוגרם נוסף למערכת ה-Fap דורש יותר מעליות ויותר דלק לשאת אותו aloft. לכן, מבני HING ap כמעט אך ורק מורכבים מתקדמים - סיבים פחמימנים מחזקים פולימרים (CFRP), aramid, או מלות היברידיות.חומרים אלה מציעים נוקשות גבוהה ועייפות.

אתגר חומרי נוסף הוא רכיבה תרמית. at 60,000 רגל, טמפרטורות מתפתל יכול לרדת מתחת -70 מעלות צלזיוס על משימה ארוכה, הטיפ עשוי לחוות מחזורים של חימום סולארי (אם צבוע כהה) וכבדות קרות חומרים Composite יכול לפתח microcracks במריצה לאחר מחזורים תרמיים רבים, במיוחד אם לחות מתרחשת.

מערכת ההפעלה Reliability

המבצע הקובע כי ה-Fap חייב לפעול באופן אמין עבור המשימה כולה - 30-40 שעות של שימוש מתמשך.כל כישלון שמשאיר את ה-Fap נעול במיקום לא בטוח יכול להיות קטסטרופלי.לכן מעסיקים מערכות הפעלה כפולות או משולשות.הבחירה בין פעולה הידראולית וחשמלית היא החלטה עיצובית מרכזית:

(FLT:0) מערכות ההידרקוליות של HYFLT:1ir הם חזקים ויכולים לספק מומנט גבוה עבור סטיות גדולות של סטיות גדולות, אבל הם דורשים משאבה הידראולית מרכזית, accumulators, ו קילומטרים של קווים בלחץ גבוה.המשקל והאמינות של רכיבים הידראוליים (במיוחד חותמות בסביבות קרות) הופכים אותם פחות אטרקטיביים עבור עיצובים קלים.
(FLT:0) ,Electromechanical Actuators (EMAVER)FLT:1 הם קלים יותר, קל יותר לשלוט, וניתן להצטבר.כל פלח ה-Fap יכול להיות מנוע משלו ו- הילוכים, כגון כדורים או בורג רולר, עם רוחות אדומות וחיישנים עמדה.

פלטפורמות מודרניות רבות, כגון Northrop Grumman Global Hawk, להשתמש בהפעלה חשמלית עבור flaps ומשטחי בקרה אחרים.המערכת כוללת סוללות גיבוי וחוק בקרת זבובים שיכולים לשנות במקרה של כשלון אקטוטור, באמצעות סטיות שונות כדי לשמור על סמכות שליטה.

אופטימיזציה עבור משימות לטווח ארוך

המונחים: Flap Concepts

אחת הדרכים המבטיחות ביותר לשיפור ביצועי HARA היא מורפינג – היכולת לשנות את צורת ה-Fap ולא פשוט לרקב פאנל קשיח.Fing flaps יכול להתאים באופן חלק את ה-Samber, לסובבים, ואפילו אורך אקורד כדי לשמור על אופטימלי L / D על פני המעטפה.כמה גישות יש חקירה:

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]] [ה]] [ה]]][ה]]]]]] [המבנה הגמיש [הרבי] [ה[[המאה ה-20] הוא שינוי חלק וחסר פער בסוואה המסלקת נזילות ומצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמצמות את ה[[ה].
חומרים חכמים: ⁇ FLT:1 מקרו-פיבר מורכב (MFC) ועצב ⁇ זיכרון (SMA) מוטבע בעור השבר יכול לייצר התכופים ומסתובב ללא צירים קונבנציונליים.חומרים אלה מגיבים לאט אך הם מתאימים היטב לשינויים איטיים ומתמשך במהלך שלב של יבול ארוך.
(FLT:0) להעלות את המורפינג:FLT:1 לוחות קשיחים קטנים הקשורים מפרקים גמישים יכולים להיות סביב עקומה חלקה כאשר פועל יחד. גישה זו מפחיתה את הסיכון של עייפות מבנית בהשוואה עיצובים תואמים לחלוטין ייצור סימולטורים.

הטיפות של מוריפסט לא רק משפרות את היעילות, אלא גם להפחית את מספר החלקים הנעים ואת נקודות הכישלונות הפוטנציאליות - יתרון גדול למשימות אולטרה-דוריות שדורשות אמינות גבוהה.

אינטגרציה Active Flow Control

גבול נוסף הוא השימוש בשליטה פעילה של זרימה (AFC) כדי להגדיל את ביצועי ה-F. במקום להסתמך רק על גיאומטריה, AFC מכשירים כגון מטוסי סילון סינתטיים, הפרשות מחסום דיאלקטרי (DBD) פלזמה, או התפוצצות יציבה יכולה לזרז את שכבת הגבול מעל ה-Fap, עיכוב הפרדה ולהגדיל את המעלית המקסימלית.

הוא יכול לאפשר לשפל קטן יותר, קל יותר להשיג את אותו CFreaLT:0 (L,maxcioFLT:1) כדפוסים קונבנציונליים גדולים יותר.
זה יכול להפחית את גרר על ידי חיסול הצורך פערים גדולים כי להזיז את שכבת הגבול.
ניתן לכבות אותו במהלך השייט, כך שאין עונש פרציטי.

עם זאת, מערכות AFC דורשות כוח, ממריצים נוספים ואלגוריתמים שליטה שצריכים להיות חזקים יותר משעות רבות.מחקר מתמשך לשלב AFC בעיצובים מעשייים; ה-FLT:0Boeing ecoDemonstrator Program (ראה תוכנית ההרחבה:1) בחן את AFC מבוסס פלזמה על כנף שונה, מראה הפחתת הגישה של רעש ושריפת דלק.

(FLT:0) "שליטה של זרימה קולקטיבית אינה כדור כסף, אלא בשילוב עם גיאומטריה מרופדת, היא יכולה להרחיב את המעטפה של מטוס ההה מעבר למה שניתן עם עיצובים פסיביים בלבד."

מחקרים על HING Flap Systems

נורת'רופ גרמן RQ-4 Global Hawk

ה- Global Hawk הוא אחד מ-Hen UAVs המצליחים ביותר, משימות מעופפות שגרתיות של 30+ שעות מעל 60 אלף רגל. כנףו כוללת מערכת של Fowler יחיד, המשתרעת הן כלפי מטה והן ft, הגדלת הן סומב והן כורדי.הפלים מחולקים לקטעים מרובים לאורך פרקי זמן כדי לאפשר הפעלה שונים של שליטה (הוקס הגלובלי אינו מחזיק בחסרים חשמליים).

לוח הזמנים של האטה מוקרן במערכת ניהול הטיסה.במהלך ההמראה, הטיפות נקבעות ל-20 מעלות; במהלך הטיפוס הן מתכוונות בהדרגה כדי לשמור על טיפוס אופטימלי על ⁇ .בשיט, flaps הם ממושכים לחלוטין, אבל הפונקציה "משולש הונאה" יכולה גם להפיג את הנפיחות על ידי ±1 ° כדי להתאים את ה- Zero-ap של הזווית של מחזור חום, כולל גם התאמות גבוהות יותר של חום.

נאס"א Pathfinder and Helios Prototypes

נאס"א / רינג Helios (HP03, בתחילת 2000) היה מושג חימום סולרי עם 247 רגל כנפיים, ולא חלפים קונבנציונליים.במקום לנפץ משטחים של שליטה, הוא השתמש דחף שונה מ-14 המנועים החשמליים שלה ומערכת בקרה ייחודית "מחדשת" של מקסוול, תוכנן להיות קצת חיובי במהירויות נמוכות; עבור נחיתה, כל כך יכול להיות מכווץ כדי להזיז את השבר את השבר, אבל הוא היה רק כדי להתגבר על פני השטח החלק העליון של השבר, אבל הוא היה רק כדי להתגבר על השבר, אבל הוא היה רק מכווץ יותר, אבל הוא היה רק מכווץ יותר, אז היה רק כדי להתגבר על השבר את השבר את השבר את השבר את השבר את השבר את השבר של השבר של השבר, אבל הוא היה קשה יותר של השבר של השבר של השבר של השבר, אבל הוא היה קשה יותר, אבל הוא היה קשה יותר, אבל הוא היה קשה יותר, אבל הוא היה קשה יותר, אבל הוא היה קשה יותר, רק חבלה על פני השטח של השבר את השבר, אבל הוא היה קשה יותר, לאחר השבר את השבר את השבר את השבר את השבר את השבר את השבר את ה

השיעור של Helios הוא כי מורפיום טהור ללא מכשירים קונבנציונאליים יכול להיות שברירי מדי עבור פעולות בעולם האמיתי.עיצובים מודרניים עבור כלי טיס סולאריים גבוהים (למשל, Airbus Zephyr) להשתמש בפשרה: דליפות קונבנציונליות קטנות בשילוב עם הנעה חשמלית מבוזרת עבור בקרת קוטר, המאפשרת חסכוני מאוד ללא משקל של פלוילרים גדולים.

בדיקות והסמכת HON Flap Systems

מכיוון שמטוסי HARA פועלים ב-stratosphere - רחוק מאתרי נחיתה חירום - דרישות ההסמכה של מערכות ה-Frety הן מחמירות.FAA ו-EASA אין חלק ספציפי של 25 תקני הסמכה עבור HARA UAVs, כך יצרנים לעקוב אחר שילוב של תקני Airworthness צבאיים (למשל, MIL-BK-516C) וגורמים דרישות בדיקה:

(FLT:0) סטריקטלבול: FLT:1ir מרכיבים בקנה מידה מלא של צמיגים נתון בדיקות עייפות של עד 50,000 מחזורי טיסה (כל מחזור סימולטור של השתלטות מלאה, טיפוס, שייט, ירידה ונחיה) כי מטוס HARA לעתים קרובות לטוס רק 20-30 מחזורים בשנה, הטיפ חייב לשרוד ללבוש מכני במשך שנים רבות של פעולה.
(FLT:0) הפעלתו של מנהל העיר: FLT:1; Flap Actuators ונושאות נבדקים -80 מעלות צלזיוס בתאי ואקום. Lubricants אסור לייצב, לא צריך להזיז את החותם, ומחברים חשמליים לא צריכים להתרסק.
(FLT:0) הגנת הגנת:FLT:1 בגובה גבוה, טיפות מים על-ידי מים יכול להתקיים. Flaps חייב להיות מתוכנן למנוע בניית קרח שיכולה לשנות את הצורה האירודינמית. חלק עיצובים מסלול מדמם אוויר (ממנוע) דרך קצה מוביל הדלפה, אבל פתרונות יעילים יותר להשתמש במשחות אלקטרוותרמית מוטבעת בעור מורכב, המופעלת על ידי גנרטור המטוסים.
(FLT:0) התנגדות תקיפה: FLT:1hil, למרות פחות סביר 60 רגל, הסמכה רפת דורש לעתים קרובות את המבנה לעמוד באפקט ציפור 2lb במהירות השייט (כ-0.5 מאך) ללא כישלון מסוכן.

(FLT:0) NASAA של מערכות מטוסים לטווח ארוך (HréAS) פרויקט ההרחבה ההרחבה LT:1 פרסמה נתונים נרחבים של בדיקות על ביצועים פי פיגור בתנאים אסטרטוספיריים, כולל השפעות של מספר ריינולדס נמוך על מעלית וגרור, לשימוש על ידי התעשייה.

מגמות וחדשנות עתידיים

במבט קדימה, מערכות ה-Fap למטוסי HON יצטרפו ככל הנראה לאינטליגנציה ולהתאמה.

(FLT:0) אינטגרציה תאומה:FLT:1lor; כל גרגר יהיה חיישנים משובצים (מדדי זנים אופטיים, חיישני טמפרטורה וקודמי מיקום) אשר מזינים מודל דיגיטלי בזמן אמת.המודל צופה עייפות, ללבוש וביצועים אווירודינמיים, המאפשרים תחזוקה חיזוי וחוקים בקרה הסתגלות.
(ב) ,0 (DEP) בשילוב עם flaps:BuildFLT:1 The Rise of high-voltrated חשמלtrains for Hré (למשל, FLT:2SkydwellercioFLT 3: 3) הרחבת כלי טיס סולאריים או ממריצים קטנים לאורך האגף המוביל על ידי התפוצצות אוויר, יכול להגדיל באופן משמעותי את המורכבות המכנית או להגדיל באופן משמעותי את הגדלה של הקיבולת המכנית של , ללא עופרת.
(FLT:0) חומרים של חתלתול: ⁇ 1 (FLT:1) מחקר לפולימרים שיכולים לתקן מיקרו-סדקים באמצעות קידוד כימי יכול להאריך את החיים באופן דרמטי, במיוחד עבור הטיפות ארוכות ורבות שמראות עומסים גבוהים.
(FLT:0) תזמון הפלט המתפתל באמצעות למידת מכונה: איורים: 1:1 מחשבי טיסה עתידיים עשויים להשתמש בלמידה חיזוק עמוק כדי למצוא רצפים של סטיות סטיות אופטימליות בזמן אמת, להגיב לעומסי גוסט, השקיה או מדינת דלק בדרכים שמערכת ההפעלה המוגדרת מראש לא יכולה לשפר את הבטיחות והיעילות בתנאים בלתי צפויים.

מסקנה

תכנון מערכות יעילות לקווי הרוחב גבוהים, מטוסים ארוכי טווח דורש איזון קפדני של מבנים קלים, יעילות אווירית, ופעולה לא-סובלנית-סיכון-העוצמה של מטוסים בטווח הארוך, צפיפות האוויר הנמוכה של אתגרים מעל פני השטח; הצורך בגרור מינימלי כל פער hing והפעלה של פיתוח אווירי חשמל מתקדמים, אך הדרישה להפעלה אוטונומית, אמינה לאורך ימים תוך כדי דוחפת חומרים ומערכות למגבלות שלהם באמצעות ריכוז מתקדמות, תוך כדי בקרה אווירית, תוך כדי בקרה יעילה יותר, תוך שמירה על פני השטח הפעילה של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של כוח-ה, ושמירה על פני השטח הפעילה, והמשך של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה אוטומטית, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על בסיס זמן קצר יותר, ממשיכה יעילה יותר, ושמירה על בסיס זמן קצר יותר, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ושמירה על פני השטח הפעילה, ודרישה יעילה יותר, ושמירה על