Никита Сергеевич Матюшенко, 18 лет, город Уфа, Республика Башкортостан, Российская Федерация
Студент 3 курса УАТ
Научный руководитель: Дикова Флорида Амировна

Перспективы развития летательных аппаратов  с адаптивным крылом

Содержание

1. История создания летательных аппаратов с адаптивным крылом
2. Развитие технологии адаптивного крыла в России
3.  Исследование профилей адаптивных крыльев будущих самолётов
4. Развитие технологии адаптивного крыла

Введение

20 Международная олимпиада А.Ф. Можайского посвящена 100-летию со дня образования гражданской авиации в СССР. В связи с этим актуально рассмотреть перспективные технологии, развивающиеся в настоящее время.

Сейчас самолеты для управления подъемной силой крыла используют несколько подвижных механических элементов, включая элероны, закрылки и отклоняемые носки. Эти элементы не являются единым целым с крылом и при движении образуют множество щелей, что ухудшает аэродинамические качества крыла.

Адаптивным называется крыло, способное изменять форму своего профиля в зависимости от условий или режима полета. При этом оно обладает гладкой и гибкой обшивкой, а форма (профиль) крыла плавно меняется с помощью внутреннего механизма. Считается, что адаптивное крыло может быть выполнено более легким по сравнению с традиционным жестким крылом, путем использования более легких материалов для обшивки корпуса, удалению тяжелых приводов для регулировки панелей, а также использование такой технологии на самолетах позволит добиться снижения расхода топлива.

Цель  работы: История создания и  развития летательных аппаратов с гибким крылом.

В соответствии с целью работы решаются следующие задачи:

1. Изучить историю создания летательных аппаратов с  адаптивным крылом.
2. Рассмотреть вопросы исследования профилей адаптивных крыльев будущих самолётов.
3. Рассмотреть развитие технологии адаптивного крыла.

1. История  создания летательных аппаратов  с адаптивным крылом

Работы над созданием адаптивного крыла ведутся с конца 1970-х годов. Военно-воздушные силы США вместе с NASA работали по программе AFTI (Advanced Fighter Texnology Integration). Согласно открытым источникам, впервые такое крыло было применено в 1980-е годы на экспериментальном самолете F-111. Изменение кривизны его крыла осуществлялась в зависимости от высоты полета, числа Маха, угла стреловидности и необходимой подъемной силы. 

Ещё в 1970-х в ОКБ Мясищева разрабатывался дозвуковой высотный самолет М-17 (потолок более 20 км), для которого первоначально планировалось использование адаптивного крыла.

Работы по адаптивному крылу в начале 2000-х годов подхватили и другие американские компании, например, FlexSys Inc. Их система адаптивного крыла FlexFoil представляет собой закрылки и элероны, выполненные едиными элементами с крылом. При установке в одну плоскость с крылом закрылки не образуют никаких щелей. При отклонении закрылков крыло остается гладким.

Летные испытания FlexFoil проводились в 2015 году на модифицированном бизнес-джете Gulfstream III совместно со специалистами NASA. В общей сложности система провела в воздухе 50 часов. По заверению разработчиков, эта система может быть установлена на любой из существующих сегодня самолетов и повысить его экономичность и управляемость на разных скоростях полета.

2. Развитие технологии адаптивного крыла в России

На Международном авиационно-космическом салоне (МАКС-2019) в Подмосковье компания «ТМПК-Волгоград» представила адаптивное крыло будущего. Оно лишено выдвижных частей, но вместе с тем способно менять свою конфигурацию и управлять траекторией полёта.

Разработку конструкции проводил Алексей Ивченко под предводительством Анатолия Тулаева.

«Для улучшения аэродинамических параметров крыла мы выполним обшивку в виде своего рода пластиковой чешуи – тонких пластин, устанавливаемых внахлест, – говорит Алексей Ивченко. – Материалом будет пластик, который мы сейчас разрабатываем в сотрудничестве с кафедрой полимеров одного из технических вузов Волгограда. Поверх, возможно, будет установлена тонкая оболочка из эластомера». ]

Демонстрация прошла на примере беспилотного летательного аппарата «Сарыч». По словам разработчиков, в перспективе такие крылья будут использоваться и в пилотируемых самолётах.

Исследование профилей адаптивных крыльев будущих самолётов

В Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского проходят фундаментальные исследования, направленные на улучшение эффективности коммерческих самолётов следующего поколения. Работы ведутся в рамках госконтракта с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. [4]

Специалисты института спроектировали и изготовили крупномасштабную модель отсека прямого крыла. Отсек имеет сверхкритический остро настроенный профиль, который довольно резко меняет аэродинамические характеристики в зависимости от угла атаки и числа Маха. Такие профили в перспективе лягут в основу так называемых адаптивных крыльев будущих самолётов.

В настоящее время завершаются испытания модели в большой трансзвуковой аэродинамической трубе переменной плотности Т-128 ЦАГИ. Особенностью эксперимента является его комплексность — одновременно проводится более 10 видов измерений. Главной целью проводимых исследований является изучение ламинарно-турбулентного перехода при высоких числах Рейнольдса. Кроме того, ученые оценят начало возникновения опасного явления — бафтинга — на трансзвуковых режимах обтекания. В дальнейшем отлаженные методы измерения будут применяться и в лётном эксперименте.

4. Развитие технологии адаптивного крыла

Летательные аппараты (ЛА) будущего, в том числе военные беспилотники, будут адаптивными. Не только в смысле алгоритмической начинки. Адаптивными будут аэродинамические элементы.

Эффективный полёт в атмосфере требует разной аэродинамики от аппарата в зависимости от скорости полёта, в зависимости от режима полёта. При относительно нешироком диапазоне скоростей полёта можно отыскать какую-то одну форму, которая будет приемлемой “в среднем” на нужных режимах полёта. Да и то уже при пересечении границы скорости звука потребовались весьма серьёзные научно-технические ухищрения, чтобы найти подходящую “статическую” схему, пригодную для хорошего дозвукового полёта и для удовлетворительного сверхзвукового. Хороший пример: современные сверхзвуковые истребители. Показательно, что в случае с этими истребителями определяющую роль в расширении допустимых “режимов эксплуатации” всё равно играет механизация крыла и прочие, – по сути, “адаптивные” – механизмы, изменяющие аэродинамические характеристики в процессе полёта. [5]

Если же требуется расширить диапазон скоростей до гиперзвуковых, то ограничиться “статичной формой” с механизацией не получится. Да и на рядовых скоростях действительно адаптивные системы окажутся лучше.        

Заключение

На основании изучения  исследований о развитии технологии адаптивного крыла можно сделать следующие выводы:

1. В научных лабораториях авиации и космонавтики занимаются созданием технологии адаптивного крыла, которая сделает возможным создавать летательные аппараты будущих поколений.
2. Опираясь на научные работы ученых и развитие новых технологий и материалов, можно судить, что технология адаптивного крыла и новые профили крыльев ЛА будет применятся на  летательных аппаратов новых поколений для развития авиастроения.
3. Технология адаптивного крыла находится только в начале своего пути, вскоре она достигнет своего расцвета и войдет в современную историю развития новых летательных аппаратов.

Литература

1. На пути к пятому и шестому поколению. /http://otvaga2004.ru/kaleydoskop/kaleydoskop-air/5-6-pokoleniye-6/
2. Самолеты с адаптивным крылом https://aviadrive.ru/posts/4963/
3. Принцип бионического крыла: российский новаторhttps://techinsider-ru.turbopages.org/techinsider.ru/s/weapon/534644-princip-bionicheskogo-kryla-rossiyskiy-novator/
4. ЦИАМ. /https://ciam.ru
5. Адаптивно совместимое крыло. /https://www.hisour.com/ru/adaptive-compliant-wing-40779/
6. Самолеты с адаптивным крылом - фантастика или реальность. /https://aviadrive.ru/posts/4963/
7. Беспилотник с адаптивным крылом. /https://tmpkpro.ru/news/bespilotnik-s-adaptivnym-krylom-sarych-pokoril-maks-2019