Büyük Uzaylılarda Flap Sistemlerinin Eleştirel Rolü ve Yeniden Üretilebilir Araçlar
Havacılık endüstrisi giderek daha hırslı mimarilere doğru itiyor - tamamen yeniden kullanılabilir süper-heavy asansör araçları yörünge uzay uçaklarına – bu platformların başarısı, büyük ölçüde farklı rejimlere uçuş yapabilme yeteneğine sahip. Flaponic sistemler, geleneksel olarak uçaktaki uçak iniş ve çıkış için daha zorlu bir rol üstlenmek, daha sonra uzay uçakları gibi uzay düzlemleri tanıtmak zorundasınız.
Bu makale, fütüre sistemleri büyük uzay uçakları ve RLV için ölçeklenince ortaya çıkan özel zorlukları inceler ve endüstri ve araştırma kurumları tarafından geliştirilmekte olan çözümleri araştırır ve rutin, ekonomik alan erişim için aşılması gereken kalan engelleri tanımlar.
Büyük RLV'lerin Benzersiz Uçuş Regimelerini Anlayın
Klasik uçaklardan farklı olarak, hız ve yüksekliklerin nispeten dar zarfı içinde çalışan, büyük uzay uçakları ve RLVs traverse hipersonik, süpersonik, transonik ve altsonik bir uçuş tek bir görevde.Fırk yüzeyler - uç hızlarda vücut çırpıcısı, elveçler veya kanat çırpıcıları araç yapılandırmasına bağlı olarak - 100 metre üzerinde etkili bir şekilde çalışır, sonra tekrarlanan ısınıcı olmayan havalarda dinamik baskılar ve son olarak hassas basınç kontrolü sağlar.
Anahtar bir fark şu anda kol: daha büyük araç inertia'nın çok daha büyük bir kısmını aşacak olan kontrol anları üretmek zorunda. Küçük bir gösterici birkaç kilonewtons'ın eylemci kuvvetlerini gerektirebilir; tam ölçekli bir yörünge aracın yüzlerce kilonewtona ihtiyacı olabilir. Bu ölçeklendirme, her alt sistemi etkiler, taşıyıcılardan güç tedarikine bağlı olarak.
Scaling Flap Systems'te büyük mühendislik meydan okumaları
Yapısal Dürüstlük ve Malzeme Seçme
Yüksek dinamik basınç aşamalarında, 20-40 km yükseklikteki bir ferodinamik yükler - büyük bir fısıttı 100 kPa'yı aşan yükleri deneyimleyebilir, bu da, geleneksel alüminyum yapıları güçlendirerek, fıtrat sınırlarını korumak için, mühendisler gelişmiş malzemelere dönüşmelidir.
Karbon-karbon kompozitleri, karbon-fiber-reinforced silikon (C/SiC) ve oksit-oksit seramik matris kompozitleri birincil fütüreler için değerlendiriliyor. Bu malzemeler, 1500 °C'nin ötesindeki sıcaklıklara sahiptir ve araç gövdesi arasındaki yoğunluk azaltımı, küçük test kuponlarından büyük ölçüde üretime kıyasla, bakırdan bağımsız panellere kadar ölçeklendirmek için yüksek çözünürlükte olan ısıtılabilirlik sağlar.
[FONT:0)Dön bağlantı: [Dönetici:2) [Dön koruma malzemeleri üzerinde araştırma (Ames Research Center)[Dönetici 3 )
Actuation System Talepleri
Hipersonik hızlarda büyük bir çırpınması, sadece aerodinamik olmayan anların üstesinden gelmemesi, aynı zamanda aşırı sıcaklıklarla karşılaşabilecek yataklarda da sürtünme gerektirir. Uzay Yardımı, vücut çırpı ve hidrolik hareketleyiciler için hidrolik, yardımcı güç birimleri tarafından (APUs) bir ölçeklendirme aracı için eşdeğer bir ölçeklendirme işlemi, yüksek sıcaklıkta hidrolik akışkan hatları ve yüksek sıcaklıkta megawattlık sağlamada zorlanabilir.
200 °C'nin üzerinde verimlilik veren elektromekanik hareketleyicilere (EMAs) geçiş, hidrolik sıvı sistemi ortadan kaldırır, bakım ve sızıntı riskleri azaltır. Bununla birlikte, elektrik motorları, 200 °C'nin üzerinde verimliliği kaybeden manyetik malzemeler ve rüzgarlar için ısıtılır. Gelişmiş EMAs (Yüksek sıcaklık mıknatısları ile)
[FONT=0)Dön bağlantı: [Dönetici:0) [FONT=0))[FONT=0))
Reentry sırasında ısı yönetimi
Belki de ölçeklendirme fıtratılarının en zorlu yönü ısı korumadır.Reentry sırasında, bir fıstık - özellikle de şok etkileşimi yaratan bir açıya dikkat edilmelidir - 2000°C'yi aşıyor. Uzay Yardımı vücut çırpıdası daha az olumlu karbon-karbon (RCC), ancak RCC ile birlikte, kalın bir ısıyı iç yapıya sokmak zorunda kaldı.
Çalışmaya alınan bir yaklaşım, serin bir (örneğin, su veya ağojenik methane) bir göz ardı edilebilir dış deriden zorlanıyor, faz değişikliğinden sonra ısınıyor - bu konsept ölçeklenebilir hipersonik rüzgar tünelleri test edildi, ancak büyük birincil kontrol yüzeyleri için henüz uçuşa özel değildi.
[FONT:0)Dön bağlantı: [Dönetici:2)[Dönetici araçları için termal koruma ).
Kontrollülüğü ve Stability
Büyük fütürücü sistemler, yüksek bant genişliği ve doğrulukla, özellikle de transonik rejimde, aerodinamik merkezi geçişler, sabit sistemlerle darbeye veya eğimli eğilimlere neden olabilir. Kontrol yüzeyleri kendilerini kontrol sistemi ile baskıya tabi olabilir.
Büyük fıstıklar için korneasyon analizi yüksek sadakatli sıvı dinamiklerinin bir kombinasyonunu gerektirir (CFD) ve sonlu bir element analizi (FEA) aeroelastic davranışı tahmin etmek için. Aktif flutter baskı kullanarak hızlı aksiyonlar ve hızlayıcılar kullanılarak baskı yapılır, ancak gecikmeli ve sertlik endişelerini ortaya koyar.Bir araç için, birden fazla fıstıklı veya kontrol için iki tane prototipi (örneğin, Starship, ya da elevons artı vücut çırpıdak)
Araç Sistemleri ile entegrasyon
Flap sistemleri izole edilmiş bileşenler değildir; aracın termal yapısı, avanonikler, güç sistemleri ve iniş dişlileri ile etkileşime girerler. büyük bir RLV üzerinde, gerçek zamanlı sağlık izleme için gerekli olan veri oranları hızlı bir şekilde değiştirilebiliyorsa, reusability hedefi zayıflatır.
Mevcut Programlardan Dersler
Uzay Servisi ilk operasyonel kanat tabanlı RLV idi ve fıstık sorunları iyi belgelendi. Vücut çırpıcısı, ±15 defleksiyonu korumak için sertifikalandırılmak ve RCC panellerinde erken uçuş testleri sırasında kontrol edilen bir kontrol için yapılan bir yapılandırmayı içerir.
Yenilikçi Çözümler ve Gelecek Yollar
Karbon-Carbon'un Ötesinde Gelişmiş Malzemeler
Karbon karbon karbon-karbon küçük orta yüzeyler için çalışırken, daha büyük paneller, yüksek sertliği ve oksidasyon direnci sunan mobilyalı bileşikleri gerektirir.C/SiC:0)CoorsTek ) ve [[D baskı)))) büyük ölçüde geliştirilmiştir. (DD baskı) niobium-C) gibi kaplamalar veya T:C/SiC/C malzemelerle ölçeklenebilir.
Elektrik ve Hibrit Kod Değerleme
Hidrolikleri ortadan kaldırmak için, yüksek vibatörler ile yapılan araştırmalarda, elektro-hidrolojik hareketleyiciler kullanılarak (EHA) - küçük bir yerelleştirilmiş hidrolik devre, merkezi bir pompa sistemi olmadan hidroliklerin faydalarını dengelemek için tasarlanmıştır.For Starship, SpaceX, yüksek titreşimlere (örneğin, aküler tarafından güçlü) bir şekilde kullanan elektrikli eylemcilere (örneğin, küçük bir yerelleştirilmiş hidrolik devrede bulunan bir kumandan tarafından yönlendirilir.
Termal Koruma Sistemi Gelişmişleri
Transpirasyon soğutmasının ötesinde, araştırmacılar 370'leri kontrol etmek için henüz uygulanmadı:0) Dejeneratif soğutma[Dönemli ısı reddedilmesi, yanmadan önce yakıt kullanan bir teknik olarak yakıt kullanıyor - roket nozullarında kanıtlanmış ancak henüz yüzeyleri kontrol etmek için uygulanmadı.[Dönetici).
Dijital Twins ve Simülasyon
Fiziksel testlerin yüksek maliyeti göz önüne alındığında, dijital ikizler - fiziksel fütürü sistemi aynaya götüren gerçek zamanlı modeller - geçerlilik ve operasyonel sağlık izleme için gerekli hale gelir.In embedizer and running Physics-based models onboard, araç uçabilir (örneğin, çatlaklar, s.g., çatlaklar, eylemci bozulma) ve kontrol stratejisini ayarlamak için birçok uçuşla, dijital ikizlerden gelen veriler bir sonraki nesil için tasarım geliştirmeleri sağlayabilir.
Özerk Kontrol Sistemleri
Floksiyonlar ve araç dinamikleri arasındaki darbe son derece doğrusal değildir. Modern otonom kontrol sistemleri, sinir ağları veya güçlendirme öğrenme kullanarak, ısıtmayı en üst düzeye çıkarmak veya iniş doğruluğunu artırmak için çırpınmayı öğrenebilir. Ancak, bu tür sistemleri insan tarafından yapılan araçlar için telafi etmek bir meydan okumadır: nominal uçuş için kanıtlanmış klasik kontrolörler (örneğin PID gibi)
Yol İlerisi: Meydan Okumaları Kalan
İlerlemeye rağmen, en büyük tahmin edilen araçlar için makyaj çırpım sistemleri - ağır uçak aracı veya yörünge yakıt tankları gibi - tam ölçekli bir fıtratın hacmi ve vücut testleri neredeyse araç büyüklüğü ile büyürken, aerodinamik yükler, alan ve dinamik bir baskı ile birlikte. 200 tonluk bir araç için, fıtrat yük kesintisi 10 ton'u geçebilir, ek olarak, tam ölçekli bir fıtrat testi makaleyi geliştirmek ve test etmek için maliyeti 50 milyon doları aştı.
Başka bir açık soru, uzay ortamına uzun süredir maruz kalma etkisidir (UV, atomik oksijen) soğuk kaplamalarda, hangi hızlarda ve maliyetten önce yörüngede kalır. Ticari RLV'ler için kargoyu teslim etmeden önce, bozulma yüksek ancak ekipli görevler için katı olmayan mühendislik zorlukları aynı kalır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Büyük uzay uçakları ve yeniden kullanılabilir fırlatma araçları için süperptif palet sistemleri bugün havacılıktaki en zorlu mühendislik görevlerinden biridir. Bu, yapısal tasarım, aşırı sıcaklıklar, güçlü ve kesin hareket değeri, ve sağlam kontrol için yapılan ilerleme, tüm ağırlık ve maliyet disiplini korumak, ekonomik yeniden kullanılabilirlik için gerekli olan teknolojilerden biridir ve roket nozulları temel bir temel sağlar, hipersonik uçuş ve tekrarlanan tekrarlanan yeni çözümlerin eşsiz kombinasyonudur.