Гибкое крыло

В воздухоплавании гибкое крыло — это аэродинамический профиль или крыло самолета, которое может деформироваться в полете.

Первые самолеты-пионеры, такие как флаер Райта, использовали гибкие характеристики легкой конструкции для управления полетом за счет деформации крыла . Другие сделали складные крылья, которые можно было складывать, например, летающего автомобиля конструкция Гюстава Уайтхеда .

С 1960-х годов гибкие крылья доминировали в конструкциях дельтапланов и сверхлегких самолетов , включая такие типы, как дельтаобразное крыло Рогалло и полностью складной параплан .

Совсем недавно появление высокопрочных гибких материалов и других передовых технологий возобновило интерес к использованию изгиба в целях управления.

Пионерский самолет

Контроль

Первая эффективная система управления на самолете с двигателем позволила впервые летать. В Wright Flyer использовалось деформирование крыла для управления боковым движением или креном, путем поворота одного кончика крыла, чтобы увеличить его угол по отношению к воздуху, и поворота другого, чтобы уменьшить его угол. Запатентованная система братьев Райт широко копировалась.

Однако по мере того, как мощность двигателей и скорость воздуха росли, росли и силы, необходимые для управления органами управления пилотом, и к 1914 году от деформации практически отказались.

Складность

Еще до успешного управляемого полета с двигателем, складные крылья были разработаны в попытке решить проблемы наземного хранения и транспортировки. Система радиальных ребер, подобная гигантскому складному вееру , иногда описываемому как летучая мышь, использовалась некоторыми пионерами, в частности Гюставом Уайтхедом, в его попытках построить летающий автомобиль .

Аэроупругость

Аэроупругость — это естественная тенденция любого крыла изгибаться под действием аэродинамических и инерционных нагрузок во время полета. Большинство конструкций стремятся минимизировать последствия, делая конструкцию крыла максимально жесткой. Однако некоторые попытались использовать этот эффект с пользой.

Относительно ранним примером являются планеры братьев Хортен с летающим крылом в 1930-х годах, кончики крыльев которых в полете изгибались вверх, действуя как стабилизирующие поверхности.

Появление реактивного двигателя и трансзвуковых скоростей полета привело к резкому увеличению аэродинамических сил, что усугублялось врожденной конструктивной неэффективностью стреловидного крыла , и это сочетание приводило к опасным характеристикам в экстремальных условиях полета. Аэроизоклиническое крыло, разработанное Джеффри Т. Р. Хиллом в 1950-х годах и летавшее на Short SB.4 Sherpa , было попыткой контролировать изгиб таким образом, чтобы сохранить характеристики управляемости на всех режимах полета. Подобная аэроупругая конструкция позже была применена к экспериментальным крыльям прямой стреловидности , где это необходимо для любой безопасной конструкции.

Легкий самолет

В 1948 году муж и жена Фрэнсиса и Гертруды Рогалло разработали гибкий воздушный змей, который можно было складывать для хранения. Ключевой частью их конструкции является смешанное использование натяжных линий и аэродинамических сил для стабилизации и управления крылом. Крыло сохраняет постоянную форму в полете под давлением ветра, а стропы используются для управления его положением.

В последующие годы они разработали проект, а затем Фрэнсис, работая в исследовательском центре НАСА в Лэнгли, развил эту концепцию в предложения по пилотируемым самолетам, таким как система повторного входа космического корабля.

После серии переговоров в 1959 и 1960 годах его идеи быстро распространились, и, в частности, две конструкции, дельта Рогалло и параплан, вскоре стали использоваться для воздушных змеев, дельтапланов и сверхлегких самолетов. Типы с моторным рюкзаком для пилота известны как планеры с двигателем. Несмотря на то, что они были протестированы для спуска космических кораблей, НАСА не использовало ни одного типа Рогалло.

крыло Рогалло

Фрэнсис Рогалло разработал свою торговую марку «парапланеризм» с двойной дельтой в 1950-х годах. В отличие от более ранних кайтов, он использует несколько стоек для поддержания своей формы в плане, в то же время полагаясь на давление воздуха снизу для развития конического верхнего профиля.

Парафойл

Как и оригинальные воздушные змеи Рогалло, парафойл полностью складной. Но в отличие от них он двустенный. Представляя собой крыло с аэродинамическим профилем с открытой передней частью, оно удерживает форму под давлением воздуха спереди. Для сохранения формы аэродинамического профиля необходимо множество гибких ребер.

Расширенные концепции

В 21-м. века экспериментируются с новыми материалами, обладающими как гибкостью, так и прочностью, чтобы объединить поверхности управления с основной поверхностью крыла. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Например, гибкий закрылок был испытан на самолете Gulfstream III . ^{[ 3 ]} Гибкие крылья и рули работают за счет регулярной деформации материала крыла. Текущие проблемы сосредоточены вокруг деформации материала для управления аэродинамическими нагрузками без превышения предела упругости материала. ^{[ 4 ]}

Ключевыми преимуществами гибких аэродинамических профилей являются снижение аэродинамического сопротивления. ^{[ 5 ]} Современные механизмы управления полетом работают с использованием шарниров, которые существенно нарушают воздушный поток и даже создают завихрения между поверхностью управления и границей крыла. Гибкий аэродинамический профиль может плавно изменять свою форму, отклоняя воздушный поток, позволяя контролировать аэродинамические силы, не создавая «зазоров» между шарнирами. ^{[ 6 ]}

Для небольших судов растущая сложность интеллектуальных систем управления сочетается с гибкими технологиями для создания шарнирно-сочлененных крыльев, имитирующих естественное изгибание крыльев птиц в полете. Сейчас практически возможно даже использовать птичье взмахивание крыльями для обеспечения тяги орнитоптера . Орнитоптер UTIAS Snowbird 2010 года был оснащен приводом от человека.

Эта технология получила различные названия, например, «морфирующееся крыло», «умный профиль» или «адаптивное совместимое крыло» .

См. также

Список самолетов с гибким крылом

Ссылки

^ НАСА Boeing изучает гибкое управление крылом: блог Aviation Week
^ Полеты на гибких крыльях : Scientific American
^ Первое гибкое крыло самолета полетело Блог Scientific American
^ «Аэро» . ФлексСис . Проверено 19 марта 2022 г.
^ «Аэро» . ФлексСис . Проверено 19 марта 2022 г.
^ Тамаи, Масатоши (2008). «Экспериментальное исследование гибких мембранных профилей при низких числах Рейнольдса» (PDF) . Университет штата Айова .

[1] НАСА Boeing изучает гибкое управление крылом: блог Aviation Week

[2] Полеты на гибких крыльях : Scientific American

[3] Первое гибкое крыло самолета полетело Блог Scientific American

[4] «Аэро» . ФлексСис . Проверено 19 марта 2022 г.

[5] «Аэро» . ФлексСис . Проверено 19 марта 2022 г.

[6] Тамаи, Масатоши (2008). «Экспериментальное исследование гибких мембранных профилей при низких числах Рейнольдса» (PDF) . Университет штата Айова .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]