Giriş Giriş Giriş
Havacılıkta sürekli olarak verimlilik, performans ve güvenlik, geleneksel sabit yapıların ötesine bakmak için havacılık mühendislerini yönlendirdi - ve uçuşta şekli değiştirebilecek yüzeyler.Bu devrimin kalbinde dinamik bir şekilde, dışsal olarak sıcaklık, stres, elektrik alanları veya manyetik alanlar gibi bir kanat.Bu malzemeleri sürekli olarak optimize eden yüzeyler, uçuşta şekillenen yüzeysel bir şekilde optimize edebilir.
Bu makale, bir kanat ve kontrol yüzeylerinde akıllı malzemelerin rolünü araştırıyor, temel malzeme türlerini, mevcut uygulamalarını ve bir sonraki nesil uçaklar için tuttuğu dönüştürücü potansiyelleri inceler. şekli bellek alaşımlarından bir kanat camı kırarak bir kontrol yüzeyi mikrosantrik hassaslığıyla kontrol eden bir kameraya doğru itiyor, olasılıklar neler yapabileceğini yeniden şekillendiriyor.
Smart Materials Nedir?
Akıllı malzemeler, akıllı veya duyarlı malzemeler olarak da bilinir, yapı ve mekanizma arasındaki çizgiyi bulanıklaştırır - şekli, sertlik, vizyumlar veya sönümleme - dışsal bir stile maruz kaldığında kontrollü bir şekilde, en alakalı derslerden farklı olarak, anlamlı ve hareket eder, büzüklü malzemeler (EAP) ve magnetostrik malzemeler.
Her tür benzersiz avantajlar sunar. SMAs, ısıtıldığında büyük sular kurtarabilir, onları manyetik alanlardan dolayı ideal kılar. Piezoelektrik malzemeler küçük, hızlı hareketlerin elektrik alanı altında üretir ve yüksek frekanslı, düşük konum uygulamaları için mükemmeldir. Elektroaktif polimerler, hafif esneklikle birleştirirken, magnetostrik malzemeler manyetik alanlarda yüksek enerji yoğunluğu ve hızlı bir yanıt sunar.
Şekil Memory Alloys (SMAs)
Sıfırdan gelen bir ısıtıcı ısıtılmış bir şekilde, örneğin, nikel-titanyum (Nitinol), uçaktaki uygulamaları arasında yeniden adlandırılabilir veya kanatlara entegre edilir.Bu etki, dirençli ısıtmalı bir ısı kontrolleri kullanarak (Joule ısıtma) ile bilinen, mühendisler, eğimli ve akanıklama, bükme, bükme, bükme veya camlı değişiklikler, spiralli yüzeylerde değişebilir.
Piezoelektrik Malzemeler
Piezoelektrik malzemeleri, örneğin zirkonate titanate (PZT) ve polivinyli florine fluoride (PVDF), mekanik olarak vurgulandığında (yönemli etki) ve elektrik alanı uygulandığında (kontucu etkisi) ve iki yönlü işlevsellik onları algılamak ve hareket etmek için ideal kılar. Kontrol yüzeylerinde, pastazoelektrikli yığınlar veya bentörler hassas, yüksek frekanslı hareketler üretirler - akıcı baskılar için - akıcı bir şekilde baskı sağlar.
Elektroaktif polimerler (EAP)
Elektroaktif polimerler, elektrik alanına yanıt veren yeni bir akıllı malzeme sınıfıdır. İki ana kategoriye ayrılırlar: dielektrik elastomerler ve iyonik polimerler. Dielektrik elastomerler, yük devretme uygulandığında, büyük gerilimlere (yüzde 100) ve yüksek enerji yoğunluklarına dayanan yüksek gerilimlere dayanan yüksek gerilimlere dayanan, daha hafif, sessiz ve potansiyel olarak düşük maliyetli bir şekilde, ciltler ve yumuşak hareketleyiciler için cazip hale getirir.
Aible Wings
Adaptif kanatlar kavramı - farklı uçuş rejimlerine uyacak şekilde sürekli olarak değiştirebilecek kanatlar - on yıllardır aerodinamikistlerin rüyası olmuştur.Freatif yüksek asansör cihazları, slats ve ailerons gibi modeller ayrı, ağır ve boşluklar yaratır. Akıllı malzemeler, soğuk akışları koruyan, sürekli morfing akışı korur ve gürültüyü azaltır.
Değişken Camber Kanatları SMAs
Uçaktaki SMA'ların en olgun uygulamaları değişken camlı kanatlar halindedir.Sırık bir kanatın arka kenarı boyunca, mühendisler camlı bir rotayı değiştirebilir - havadan (ACTE) projesi bu konsepti esnek bir deri ve iç değiştiriciler kullanarak gösterdi, camlı makyaj sırasında, yolcunun yüksek asansörü ortaya çıkarır; yolcunun eğimi azaltıp, yüksek çözünürlükte ısıttığını gösterir.
Kanat Twist ve Aeroelastic Tailoring
Başka bir umut verici uygulama, bir kanat aktif olarak bükmek için akıllı malzemeler kullanıyor - geleneksel aileel ağaçsız geçiş için saldırı dağılımının açısını değiştirerek ve ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuarı (AFRL) ve Boeing'i kontrol altına almak için etkili bir şekilde çalışır ve kontrol edilen bir şekilde sabitleme işlemine izin verir.Bu yaklaşım, kontrol edilen tüm kontrol noktalarının sayısını azaltılabilir ve bakımlama izni için iyi bir yol sunar.
Morphing Skins
Adaptif bir kanatın dış yüzeyi, sert veya elastomerik malzemelerle güçlendirilmeli, Akıllı malzemeler, hareket değerlendirmesi sisteminin bir parçası olabilir veya morfize edilen derilerin geliştirilmesine yol açtılar.Bu, özellikle morfatörler veya elastomerik malzemeler, sertleştirici yapılarla takviyeli malzemelerle takviyeli malzemelerle takviye edilir.Bazı tasarımları, esnek bir matrise entegre edebilir veya kendi başına sertleştirilmiş polikliniğe hizmet edebilir.
Kontrol Yüzeylerinde Akıllı Malzemeler
Kontrol yüzeyleri - aileronları, asansörler, rudders, fsiyonlar ve kesme sekmeleri - bir uçakla direksiyon ve stabilize edilmesi temel bir araçtır. Geleneksel hidrolik veya elektromekanik hareketleyiciler akıllı malzemelerle yüklenebilir, yanıt hızı artırabilir ve dağıtılabilir kontrol sağlar.
Piezoelektrik Flutter Suppression ve Damping
Flutter, bir süperboksit yüzeyin yüzeyinde veya onları yapısal titreşimlerle birleştirebileceğiniz yıkıcı bir aeroelastic bir istikrarsızlıktır. Piezoelektrik eylemcileri aktif florop baskı için idealdir, çünkü Avrupa'daki osilatörleri, kontrol yüzeyinin yüzeyindeki veya onları birleştiren mavi telleri bağlarla birleştirerek, aynı teknolojiyi aktif titreşimlere karşı da kullanabilir.
SMA-Based Flow Control Cihazları
Şekil hafıza alaşımları küçük akış kontrol cihazları dağıtmak için de kullanılabilir - örneğin vortex jeneratörleri, spoiler veya minyatür sekmeler - tam olarak ne zaman ve Boeing'in test ettiği SMA aksiyon cihazı, sürücüyü artırmak ve iniş sırasında dağıtmanız için bir vortex jeneratörü geri çekebilir. çünkü eylemci hafiftir ve sadece elektrik gücü gerektirir, hidroliklerin imkansız olacağını ince kanat bölümlere yerleştirilir.
Elektroaktif Polimer Kazları
Büyük taşıma uçakları üzerindeki kapaklar genellikle mekanik bağlantı veya küçük elektrikli motorlar tarafından ayarlanır. UAVs ve daha küçük uçaklar için, elektroaktif polimer aktüatörleri sürekli güç olmadan pozisyonlarını koruyabilir (daha uzun vadeli özellikler için yapılandırılabilir), uzun vadeli bir yanıt ile bir sekmeyi ölçeklendirmek için yapılandırılabilir.Son prototipler, bir EAP eylemleyicisinden yapılan bir sekmenin sürekli güç olmadan konumunu koruyabildiğini gösterdi.
Akıllı Malzemelerin Avantajları ve Zorlukları
Akıllı malzemeleri uyarlanmış kanatları ve kontrol yüzeyleri ile bütünleştirerek, ticari ve askeri uçaklarda yaygın olarak kabul edilmeden önce ele alınması gereken önemli teknik engeller de getiriyor.
Anahtar Avantajı
- [FONT:0)Weight Re:[DÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜ:0)Weight Rez:[DÜDÜDÜŞÜNÜDÜŞÜNÜ: 0,2) Hidrolik pompalarını ortadan kaldırmak, eylemciler ve bağlantıları bağlar, akıllı malzeme sistemleri belirli bir kontrol işlevi için 30-50% azaltılabilir. Bu doğrudan daha düşük yakıt tüketimi ve daha yüksek ücret yükü kapasitesine dönüştürür.
- [FONT:0]Siksi ve Reliability: Daha az hareketli parçalar bakım, daha düşük yaşam döngüsü maliyetleri ve geliştirilmiş güvenilirlik anlamına gelir. Akıllı malzeme hareketleyiciler, kayaç mühürleri veya sıvıları olmayan sert ahşap cihazlardır.
- [FONT:0)Faster Response Times:[Dönetici:[Dönetici] Piezoelektrik ve magnetostrik hareketleyiciler mikrosaniyede tepki verebilir, aktif flutter kontrolüne izin verir, tümevitasyon ve gürültü bastırır.
- [FONT:0)Distributed Actuation:[Dönetici: [Dönetici: 0 ) Akıllı malzemeler tüm kanat veya kontrol yüzeyi boyunca dağıtılabilir, her noktada aerodinamik performansı optimize eden kesin yerel şekil değişiklikleri sağlar.
- [FONT:0)Kontinuous Surfaces:[Dönlü Yüzeyler:[Dönlümler:[Dönlü Yüzeyler:[Dönlü Yüzeyler:[Dönlü Yüzeyler:[Dönlü Yüzeyler:[Dönlü Yüzeyler:) Akıllı malzemelerle Adaptif Kanatlar, dış yüzeyleri koruyabilir, boşluklardan sürüklenmeler, menler ve ayrı kontrol yüzey kenarlarını azaltır.
Inherent Challenges
- [FONT:0)Limited İn ve Kuvvet: [Döntilmiş: [Döntilmiş: 1) Çoğu akıllı malzeme nispeten küçük sular üretiyor (piezoelektrikler:% 0.1) veya büyük sular için büyük enerji girişi gerektirir (SMS ısıtma gerektirir).
- [FONT:0)Fatigue ve Durability:[Dönetici:[Dönetici:0) Tekrarlanan bisiklet fonksiyonel yorgunlukla SMA'ları kırabilir, ancak pastazoelektrik malzemeleri yüksek çevrimli stresler altında kırılabilir. EAPs yüksek gerilimlerde veya sert ortamlardan zarar verir.
- [FONT:0] ⁇ Etkileri: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:0) SMA eylemciler ısıtılmalıdır ve serinlenmelidir, ki bu yavaş ve enerji yoğundur. Yüksek irtifalarda, çevre sıcaklıkları ısı yönetimi ile birlikte değişir.
- [FONT=0)Power Gereksinimler:[Döneticiler, uçaklar elektrik sistemleri üzerinde bir yük olabilir. Piezoelektrik hareketleri ağır ve maliyet içeren yüksek gerilim yükselticilerine ihtiyaç duyar.
- [FONT:0)Integration Complexity:[Dönetici:[Dönetici: 0,4][/FONT) Yapısal bütünlüğün ödün vermeden kompozit yapılara gömülü akıllı malzemeler koymak zor. Kontrol algoritmaları histeriler, sürüp, nonlineer malzeme davranışı için hesaba katmalıdır.
Araştırma Frontiers ve Future Direction
Adaptif uçaklar için akıllı malzemeler alanı hızla ilerliyor, malzemeler bilim, katkı üretimi ve kontrol teorisindeki atılımlarla yönlendiriliyor. Mevcut sınırlamaların üstesinden gelmek ve yeni yeteneklerin kilidini açan birçok trend.
Hybrid Agent Systems
SMA'ların yüksek kuvvetlerini, pastazoelektriklerin hızlı yanıtlarıyla birleştirmek için, araştırmacılar hem de flutter baskı için SMA toklar kullanan hibrit bir kanat geliştiriyorlar. Örneğin, bir SMA elementi yüksek manevra kabiliyetine sahip olabilir, küçük frekanslı değişkenlik için yavaş ayarlamalar sağlarken, pastazoelektrik elemanları yüksek frekanslı iyi ayarlıyor.
Akıllı Yapıların Katkı İmalatı
3D baskı, karmaşık geometrilerin doğrudan üretimlerini gömülü akıllı malzemelerle sağlar. Araştırmacılar, bir adımda sensörleri ve eylemcileri üreten ve güçlendirilmiş güvenilirlikleri azaltır. Benzer şekilde, pastazoelektrik fiberleri, termoplastik matrikslere ortak olabilir.
Enerjinin ve Kendi Enerjili Sistemleri
Belki de nihai hedef, SMA'ları veya kontrol elektroniklerini güçlendirmek için çevreden enerji üreten kendini uyarak kanatlar yaratmaktır.Sağ enerji toplayıcıları bu vizyonu UAVs ve küçük uçaklar için daha makul hale getirebilir.
Kontrol için Makine Öğrenme
Akıllı malzemelerin doğrusal olmayan davranışı - örneğin, derin bir sinir ağı, bir pastazoelektrikli hareket çemberi öğrenir ve hassas konumlara ulaşmak için yapılandırılabilir kontrolörler.Demoktif ağlar ve takviye öğrenme algoritmaları, bu malzemeleri gerçek zamanlı olarak kullanarak düzenlemek için eğitilmiştir. Örneğin, derin bir sinir ağı, histerileri bir turcuyu öğrenebilir ve hassas bir pozisyona ulaşmak için telafi edilebilir bir kanatlar, veri odaklı modelleri sürekli olarak optimize edebilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Akıllı malzemeler, bir geçiş laboratuvarı merakı değildir; sonraki nesilde agresif uçuş yüzeylerinin yapı taşlarıdır. Bir kanatı milisteye yeni bir camlıya bükebilecek şekilde, daha verimli ve daha manevra kabiliyetine sahip olan, bu malzemeler zaten araştırma uçakları ve uçuş göstericileri üzerindeki değerini kanıtlamaktadır.
Olgunlaşmış, hibrit davranış kavramları ortaya çıkar ve kontrol algoritmaları daha akıllı hale gelir, uçuşun her aşamasına sorunsuz bir şekilde adapte olan bir kanat hayal eder. Adaptif kanatlarda akıllı malzemeler kullanımı giderek daha fazla gelecek yıllarda havacılık inovasyonu için standart tanımlar.
[0] NASA'nın uyarlanmış kanat araştırmasını daha fazla okumak için, ziyaret edin.ARATÖRÜSÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ [Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız, Göremezler İçin Tıklayınız.