Giriş: Aerodinamik Kontrolde Yeni Bir Çağ

Memory Alloys (SMAs) uçak hareketlerinin uçuş sırasında aktif olarak değiştirilmesine olanak sağlayarak havacılık mühendisliğinin manzaralarını dönüştürmektir. Sabit geometriler ve ayrı kontrol yüzeyleri ile geleneksel kanatlardan farklı olarak, Nickel- hafif-aluminyum (Nitinol) ve bakır-aluminyum-nickel alaşımları gibi, temelsel davranışın büyük ölçüde azaltılmasına veya genel performansları keşfetmelerine olanak sağlar.

Şekil Hafıza Yüzeylerini Anlamak

Şekil Memory Etkisi

SMAs yüksek sıcaklık austenite aşaması ve düşük sıcaklık martensite aşaması arasında yeniden dönüşümlü bir faz dönüşümüne sahiptir.Bu döngünün birçok kez tekrarlanabilir, bazı işlevsel yorgunluklarla birlikte. anahtar parametreler, alaşım kompozisyonunu ayarlayarak ayarlanabilir.

Superelasticity

Şekil hafıza etkisine ek olarak, SMAs, normal metallerin elastik limitini aşarak (veya psikanaliz) austenite bitirme sıcaklığının üzerindeki sıcaklıkları önceden bilgilendirdiğinde, malzemenin normal olmayan 8'e kadar uzatılabilir.Bu özellik, esnek kanatlar gibi tekrarlanan, SMA elementlerin optimal yüzey kontrasepürleri aerodinamik yükleri altında en iyi yüzey kontraseptif yüzey kontraseptif yüzeyler altında korumak için enerji empoze edildiği şekilde kullanılır.

Common SMA Alloys, Havacılıkta Kullanılan

Nitinol (NiTi) mükemmel kurtarma basıncı, korozyon direnci ve CuAlNi ve CuZnAl gibi biyo-taptik yüzeyler için en yaygın kullanılan SMA'dır, ancak yüksek çözünürlük ve daha düşük geri yükleme için kullanılır.Demirler daha düşük malzeme maliyeti ve iyi işlenebilirliği için araştırılırken, Nitinol daha az belirgindir.

Havacılıkta Adaptive Wings Için Gerekli

Konvansiyonel Sabit Kanatlar

Geleneksel uçak kanatları tek bir uçuş koşulu için optimize edilir, genellikle yolcu. çekme sırasında, tırmanma, loiter ve iniş sırasında, sabit geometri daha yüksek sürükleme ve asansör verimliliğini azaltmaktadır. Flaps, slats, ailerons ve spoilers, parasite sürükleme ve ağırlık artırmayı sağlar. Bu geleneksel kontrol yüzeyleri de kollama veya yayılma yeteneğinde kanat sürekli olarak azalır.

Morphing Wing Teknolojisi

Adaptif veya morfing kanatları, farklı uçuş rejimlerine uygun olarak bir çözüm sunar. Hedef, genellikle ağır ve güvenilmez bir alternatif sağlar: kanat yapısı içinde gömülü olan sağlam, farklı uçuş rejimlerine uygun olan yüzeysel boşlukları, erken morfing konseptleri karmaşık mekanik bağlantı ve elastik derilere dayanıyor, ancak bu genellikle ağır ve güvenilmez. SMAs şimdi zarif bir alternatif sağlar: sağlam devlet hareketleyiciler, kanat yapısı içinde gömülüdür.

SMAs Enable Adaptive Wing Morphing

Cümle Mechanisms

SMAs, iki ana şekilde hareket edenler olarak kullanılabilir: termal aktivasyon (göstermesel ısıtma) veya ısıtıcı kanatlar tarafından pasif aktivasyon, SMA teller veya kurdeleler, kompozit laminatlar veya yapısal spars arasında yer almaktadır. elektriksel olarak ısıtıldığında, SMA'nın yapılarını bükme veya bükmek için kuvvet üretirler.Mevcut hareket eden plakalı elemanlarla kontrol ederek, sabit bir akışlar ile dağıtılmış bir işlem sistemi karmaşık şekillerde yerleştirilir - örneğin, değişken camlar ısıtılır.

Kanat Yapısı ile Entegrasyon

SMA'ları bir a Adaptif bir kanata entegre etmek, havafoil şeklini değiştiren esnek kaburgalar için dikkatli bir seçim gerektirir; (3) Üst düzey betonarme veya yükleme noktalarına bağlı olarak, yatay geçiş yapan veya montajdaki diğer tüm yüzeylere bağlı olarak, esnek dikişler kullanarak, genellikle hava veya faz değiştirme malzemeleri kullanarak bağlantıya bağlanır.

Kontrol Sistemleri ve Sensörler

Gerçek zamanlı aerodinamik optimizasyonu anlamak için, SMA-actuated kanatlar kapalı-loop kontrol sistemi gerektirir. Sensörler ölçüm kanat şeklini, baskı dağıtımını veya aerodinamik güçleri, hedef deformasyonları hesaplayan ve uygun ısıtma akımlarını SMA eylemcileri ve doğrusal olmayan davranışları, kontrol algoritmalarının sık sık sık sık doğrulayıcı kontrol veya sinir ağları sağlar.

SMAs ile Optimizing Lift

Camber Variation for LiftBoost

Düşük hızlı uçuş sırasında asansörü artırmak için en etkili yollardan biri (kesinlikle) kanat camber. SMAs, kanatın iz kenarı boyunca bulunan kanat camını artırabilir ve böylece daha yüksek asansör katsayısı yükseltebilirsiniz. Örneğin, SMA'nın kontraksiyonu kullanan bir telden farklı olarak, sürekli bir kremayı yükselterek esnek bir şekilde arttırılabilir.Bu, yüksek asansöre ve sınır tabaka ayrımına yol açmanıza izin verir. Örneğin, daha yüksek asansöre izin verir. Örneğin, SMA'nın içine yerleştirilen bir telleri kullanarak bir telleri yükselten bir kenar, 20°C'ye kadar yükseltebilirsiniz.

Yüksek Lisans için liderlik Morphing -Attack Control

SMAs ayrıca yüksek mesafelerde veya ağır bir şekilde çalışan uçaklar için öne çıkan kenarı yeniden şekillendirebilir.Seks veya türbülan koşullar sırasında lider kenarda, kanat üst yüzeyde 15°'yi aşan bir şekilde eklenebilir.Bu, NASA'nın kısa bir koşu veya ağır bir F / A-18 kanat üzerinde çalışan uçaklar için özellikle faydalıdır, en yüksek dinamik baskılarla birlikte 58-süresel bir artış gösterir.

Dağıtım için Değişkenler

Yolcu sırasında, asansörün sürüklenme süresini en aza indirmek için dağıtılması gerekir.Pekiz'in tork kutusu, kutuptan gelen geri adıma kadar geometrik bükme açısını değiştirebilir, asansörü yukarı doğrultırken, kanatların farklı uçuş koşullarında daha verimli bir şekilde çalışmasını sağlar (örneğin, ağır taksi vs. ışık kruvazörlüğünde) Kanat üstü şişirme oranına kadar 10-12 yakıt azaltımı yaparken, asansörü azaltılırken, asansörü azaltır.

Drag Through SMA-Driven Surface Morphing

Laminar Flow Control via Surface Smoothing

Drag, laminar sınır tabakasının kanat yüzeyinden geçerken önemli ölçüde daha düşük olabilir. Ancak, yüzey kusurları, pers, panel boşlukları ve kaba boya, sabit akışlara erken geçişe yol açabilir, deri sürtünmesi nedeniyle görünür. SMA eylemciler yüzeyi boşlukları doldurmak veya sallanmayı ortadan kaldırmak için dinamik olarak ayarlarlar. Örneğin, bir tabakası ile kurutabilir.

Şok Dalga Transonik Kanatlar Üzerinde Manipulation

Transonik uçaklarda, üst yüzeyde oluşturan şok dalgaları, eğimi keskin bir şekilde yükselterek, Mach 0.8-0.9. Adaptif kanatlar dalga sürüklenebilir şoku tekrar şekillendirmek veya bir darbeyi zayıflamak için geliştirildi.Politika 0.85'te yerleştirilen bump, yerel olarak ısıyı değiştirebilir ve şok edici bir şok oluşumu azaltabilir.

Değişken Kanat uçlu cihazlarla Azaltın

Kanat uç cihazları (kırıklar, köpekbalığı) her uçuş aşaması için en iyi şekilde sürüklenme işlemine bağlı olarak, yüksek hızda düzelme açısı azalırken, SMA-girişli kanatlar Boeing ve Airbus tarafından test edilir ve her uçuş aşaması için en uygun 2-4 yakıt tasarrufu gösterebilir. Örneğin, zemin operasyonları sırasındaki dikey kanatlar da azalırken, yüksek hızda düzelme arsaları azaltır.

Sözleşmeli akışlar Üzerindeki Avantajları

SMA tabanlı adaptive kanatlar, geleneksel hidrolik, pnömatik veya elektromekanik eylemciler üzerinde birkaç avantaj sunar:

  • [FONT:0]Weight Re:[DÜDÜDÜT 1:0) SMAs, kompakt bir formda büyük güçler ve yer değiştirmeler üretebilir, genellikle dişliler, pistonlar ve pompalar gibi ağır iletim elemanlarına ihtiyaç ortadan kaldırır. tek bir SMA tel, çok sorumlu bir hidrolik hareketleyiciyi değiştirebilir, kontrol yüzeyi başına% 40 kilo tasarruf edebilir.
  • [FONT:0]Simpler Bakım: [Dönetici: [Döneticileri] Daha az hareketli parçalarla, SMA eylemciler mekanik aşınmaya ve sızıntıya daha az eğilimlidir. hidrolik sıvıların ortadan kaldırılması yangın riskini ve bakım adam saatlerini azaltır.
  • [FONT:0)Distributed Actuation:[Döneticiler kanat yapısı boyunca gömülü olabilir, merkezileştirilmiş güç birimlerine ihtiyaç duymadan yerel şekil değişiklikleri sağlar.Bu dağıtılmış mimari kırmızı ve hata toleransını artırır.
  • [FONT:0) Düşük Güç Tüketimi Tut Pozisyonu:) SMAs sadece şekli değiştirmiş durumda güç gerektirir; bir kez hedef şekline ulaşıldığında, malzeme elektrik girişi olmadan yerinde yapılabilir (kendi kendine kilitleme mekanizmaları).Bu kontrastlar sürekli olarak pozisyon tutma gücüdür.
  • [FONT:0)Inherent Damping: [Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönemli Damping:[Dönemli:[Dönemli:[Dönemli) <[[Dönemli malzemeler, faz dönüşümü sırasında iç sürtünme nedeniyle yüksek iç çekimler sergilemektedir, bu damper eklemeden flüt ve aeroelastic vibrasyonları bastırmaya yardımcı olur.

Meydanlar ve Mühendislik

Fatigue ve Çevrim Hayatı

SMA eylemciler tekrarlanan termal döngülerden sonra işlevsel ve yapısal yorgunluklara maruz kalıyorlar.Austenite ve martensite arasındaki dönüşüm, mikro-kahkalama ve form kurtarmanın zaman içinde azalmasına neden olabilir.For havacılık uygulamaları için, alaşım ve ısı tedavisi kritiktir. nanokristal Nitinol'deki son gelişmeler% 10'dan fazla yorgunluk hayatını 4'e kadar yükseltmiştir, ancak daha fazla araştırma geleneksel eylemcilerin güvenilirliğini karşılamak için gereklidir.

Yanıt Time and Isıtma / Cooling

Sıcaklıklı hareket, yanıtın hızını doğal olarak sınırlar. ısıtma SMA telleri hızlı bir şekilde elde edilebilir (mevcut yoğunluka bağlı olarak saniyeler) soğutma daha yavaştır, çünkü daha hızlı ısı geçişi için iletim oranına bağlıdır; (2), betonlar için hızlı reaksiyon gerekli olabilir; SMA'nın tüm yükleri yüksek frekanslı parçalar için ısı geçişi için gerekli olan ısı transferleri ile birleştirir.

Hysteresis ve Kontrol

SMA'daki stres-strain- sıcaklık ilişkisi önemli histeriler sergiliyor, kesin pozisyon kontrolü zorlaşıyor. geri bildirim olmadan, bir SMA eylem cihazı, SMA'yı ve hedef yer değiştirmesini sağlamak için kullanılabilir. Preisach modellerine dayanan Advanced kontrol algoritmaları, makine öğrenimi veya kayma modu kontrolü histerileri azaltmak için geliştiriliyor. Ancak, bu ek hesaplama karmaşıklığı. Bazı tasarımları, mekanik ilkbaharlar veya önyargı elemanları SMA'yı önceden yükleyip yanıtını lineerize etmek için kullanılıyor.

Uçuşta Akışkanlık Yönetimi

Yüksek hızlı uçuş ve yüksek ortam sıcaklıkları, gereksiz ısıtıcılarına neden olan SMA hareketleyicilere neden olabilir. Tersine, yüksek irtifalarda soğuk soaklama, gerekli sıcaklık değişikliğine ulaşmak için daha fazla ısıtma gücü gerektirebilir. Termal yalıtım ve aktif termal kontrol (sıcak borular, sıvı soğutma kanalları) kanat ısı ortamından elementleri izole etmek için gereklidir.

Gerçek Dünya Uygulamaları ve Araştırma

NASA'nın Adaptive Compliant Trailing Edge (ACTE)

NASA'nın ACTE projesi, yolcu sırasında yakıt tüketiminde %12 azalma gösterdi ve yüksek hızda SMA aksiyoncular tarafından düzeltildi.

DARPA'nın Morphing Wing Structures

DARPA'nın “Morphing Wing” programı, SMA tabanlı kanat ciltlerini elektrik sinyallerine yanıt vererek değiştirebileceğini gösterdi. SMA tellerin ve esnek kompozit plakaların bir kombinasyonunu kullanarak, prototipler uçuş zarfı boyunca% 20 artış elde etti.

Avrupa Temiz Gökyüzü 2 Girişimi

Temiz Sky 2 çerçevesi altında, Airbus ve Leonardo gibi Avrupa havacılık şirketleri, asansör için SMA-aktif lider-toplayıcı cihazlar geliştiriyorlar. Hedef sürekli değişken bir yığın ayar izin vererek gürültüyü azaltmak. SMA eylemciler, asansörü sürdürmek için öne çıkan kenarlara izin veriyor ve geri çekilmeye izin veriyor, gürültüyü azaltıyorken boşluklardan azaltıyor.

UAV ve Küçük Uçak Uygulamaları

Küçük platformlar özellikle SMA'nın kompaktlığı ve düşük ağırlıktan faydalanıyor. Birkaç insansız hava aracı (UAVs) SMA-actuated morfing kanatlarını gelişmiş dayanıklılık veya manevra kabiliyeti için kullandı. Örneğin, NextGen Air Force Research Lab'in “Batwing” UAV, SMA telleri depolamak için bir silikon derisinde yer aldı ve sonra da uçuş için yaydı.

Future Outlook: Next-Generation Adaptive Wings

SMA'ların ve akıllı materyallerin sürekli gelişimi, daha gelişmiş bir uyarlanmış kanatlar vaat ediyor. Araştırmacılar, SMA'ları elektroaktif polimerlerle veya form açma polimerleri ile birleştiren karma hareketleme sistemlerini araştırıyorlar (SMP) hem de vücut derisine ulaşmak için. Örneğin, bir SMP-SMA kompozit, yüksek hızlı yolcu ve esnek bir şekilde sert bir kanat taşıyabilir. Ayrıca, doğrudan baskı yapan SMAs'ı kullanarak doğrudan baskı yapan SMA'ları kullanmak için katkı sağlar.

Başka bir yükselen yön, SMA baharların gerçek zamanlı olarak en iyi şekilde kullanılmasını sağlamak için kullanılmasıdır - küçük, bireysel olarak kontrollü SMA elementleri milyonlarca şekil konfigürasyonu üretebilecektir. Bu “dijital morfing” konsepti, yapay zeka tarafından gerçek zamanlı olarak en iyi şekilde kontrol edilebilirlik, yorgunluk yaşam ve termal yönetimde kalabilir, ancak aerodinamik verimlilikte adım değiştirme potansiyelleri için sürekli olarak kontrol edilebilir.

Karbon emisyon düzenlemeleri sıkı ve havacılık endüstrisi sürdürülebilir çözümler arıyor, SMA-a kanat Adaptif, mevcut tasarımların% 10-20'si tarafından yakıt yakmanın umut verici bir yolunu sunuyor.Pektiflerin dağıtılmış kontrol ve gelişmiş sensörler ile entegrasyonu, uçuş koşullarını adapte eden gerçekten akıllı kanatlarına yol açacaktır, turbulence ve hasara yol açıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Şekil Memory Alloys, farklı uçuş rejimleri ile uyumlu olmayan ve daha fazla kimyasal olmayan uçaklar için sürüklenme ve yüzeysel bakım, ağırlık azaltma ve yüzeysel bir şekilde optimize etme potansiyeline sahiptir.In dynamic control of camber, twist, leading-edge form, and Surface functionalitys optimize etmek, farklı uçuş rejimleri boyunca asansör ve potansiyel buharlaşmaları azaltmak, ABD'nin sert tepkileri ve retinoksiyonelleri oluşturmak için önemli bir teknoloji sağlamak.