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Ailes d'avions changeantes de forme

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L'avion de forme changeant des ailes a ses propres avantages et inconvénients quand il vient à l'opération et à la qualité.

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Les ailes d'avions changeantes de forme utilisant les matériaux conformes peuvent améliorer l'efficacité aérodynamique, ayant pour résultat des économies de combustible et la réduction de bruit.

Des ailerons, les lamelles et les spoilers ont été employés sur des avions pendant des décennies pour modifier des qualités de vol comme l'ascenseur et pour traîner pendant de diverses manoeuvres telles que le décollage et l'atterrissage. Mais ces surfaces de vol sont les composants séparés de l'aile et présentent des lacunes dans l'écoulement régulier d'air au-dessus d'une aile, créant des inefficacités. Une aile qui présente une surface continue simple au flux d'air tout en maintenant la capacité d'ajuster sa forme a le potentiel d'offrir les efficacités aérodynamiques significatives qui mèneraient aux économies de combustible et à la réduction de bruit.

Les lacunes qui apparaissent quand des ailerons traditionnels sont déployés existent par la conception, fonctionnant pour re-energize l'écoulement de sorte qu'il demeure attaché pendant les débattements de haut-aileron, dit SON ingénieur principal Kevin Hackett de transonique.

? Pour un rebord arrière déformable conforme sans l'espace, il va être beaucoup plus difficile que le flux d'air reste attaché quand guidé vers le bas, « il dit. « Il est le plus susceptible de séparer aux angles du débattement modestes et donc de produire moins d'augmentation d'ascenseur. Ceci aurait comme conséquence une augmentation de course de décollage et de vitesses d'approche plus élevées. ? Hackett indique que cela ajouter une telle technologie à une aile rendrait nécessaire comprenant une certaine forme de dispositif de contrôle de flux pour manoeuvrer la couche limite pour maintenir l'écoulement joint à des angles plus élevés de rebord arrière.

Boeing affirme que les coûts du combustible sont le plus grand contribuant pour encaisser des frais d'exploitation avion-connexes, représentant jusqu'à 60% du total. D'ailleurs, la recherche et l'administration innovatrice de technologie ? le bureau de s des statistiques de transport signale que tout le coût du combustible pour des porteurs de ligne aérienne des États-Unis pour 2013 était $50.7 milliards. Vu les mécanismes des avions dans le vol de croisière, les équilibres de poussée traînent exactement. Ainsi, pour chaque réduction de 1% de drague, jusqu'à $500 millions ont pu être sauvés annuellement en coûts du combustible domestiques de ligne aérienne.

Les types principaux de drague affectant des avions incluent le frottement superficiel, l'ascenseur induit, l'interférence et la drague de vague.

La drague de frottement superficiel est provoquée par le frottement du flux d'air contre la surface d'un avion, résultant de la couche limite que qui forme entre le liquide visqueux (air) et les avions apprêtent.

La drague induite par ascenseur est due à la circulation autour de l'aile causant les vortexes qui créent une déflexion vers le bas sur l'aile, rendant nécessaire une augmentation de l'angle de l'aile à partir de la verticale, qui crée un composant additionnel de drague.

Formez, ou de la pression, drague est-elle provoquée par la variation de pression qui se produit quand la couche limite sépare des avions ? surface de s.

La drague d'interférence surgit quand le flux d'air au-dessus des composants adjacents des avions, tels que le pylône d'aile et de moteur, des mélanges ensemble turbulent.

La drague de vague est provoquée par la formation des ondes chocs dans le vol transsonique et supersonique.

La drague provoquée par la rugosité de la surface des avions est due aux rivets ou à d'autres imperfections extérieures sur un avion ? surface de s.

Selon un rapport d'AGARD de l'OTAN, pour un avion de transport de long-courrier typique des lignes aériennes modernes, approximativement 48% de drague est dû au frottement superficiel, 38% est induit, 6% est forme et le reste est interférence, vague, rugosité et facteurs divers.

Les ailes avec la capacité de se déformer ont le potentiel de réduire plusieurs de ces sources de drague. Par exemple, la linéarisation de la distribution d'ascenseur le long de l'envergure de l'aile plus près de cela d'une distribution elliptique peut réduire la drague induite. En outre, en ajustant l'aile formez pour favoriser l'écoulement laminaire et retarder le début d'une couche limite turbulente sur une plus grande gamme des conditions de fonctionnement de vol réduirait la drague de frottement superficiel. Une augmentation de la cambrure d'aile provoquée en braquant le rebord arrière mène vers le bas à une augmentation de la drague de pression, exigeant d'une conception d'aile de réduire d'autres composants de drague par une quantité plus grande que la drague de pression avant qu'un avantage soit réalisé.

? L'aile morphing a le potentiel de permettre à des contraintes de conception courantes d'aile d'être détendu, donc permettant à des aspects de la forme en plan d'aile de changer d'une manière de produire un avantage relativement à une conception d'aile avec ces contraintes ? dit. Hackett.

Une étude 1990 classique en Airbus (? Le développement et l'intégration de conception d'une aile de cambrure variable pour longtemps/avions à moyenne portée ? publié au journal aéronautique) indiqué que l'utilisation de carburant pourrait être réduite de jusqu'à 6% pour des avions de transport en employant les rebords arrière d'aile de géométrie variable. La portance aérodynamique contre la drague courbe comparant la variable contre les rebords arrière de la géométrie fixe montrés l'amélioration significative. Accru soulever-à-traînent le rapport est favorable parce qu'il signifie que l'aile produit plus d'ascenseur ou moins de drague.

Le projet de SARISTU (structures intelligentes futées d'avions) a reçu le placement de l'Union européenne ? programme-cadre de s septième pour la recherche, le développement technologique et la démonstration. Le projet ? le but de s est de réduire le coût des transports aériens par un certain nombre de solutions technologiques, y compris morphing des surfaces aérodynamiques. Le projet étudie le changement de forme pour le bord d'attaque et le rebord arrière d'une aile.

Une des études étant entreprises en tant qu'élément de SARISTU est menée par le centre aérospatial allemand (DLR). Le projet, marqué ? Nez d'abattemen adaptatif augmenté pour une aile morphing ? comporte la recherche dans un bord d'attaque d'aile futé qui a les possibilités morphing, mais qui fournit également les fonctions nécessaires de la foudre, de l'impact d'oiseau, et de la protection extérieure aussi bien que la résistance à la fatigue et au dégivrage. Le bord d'attaque morphing a le potentiel de permettre une aile d'écoulement laminaire parce qu'il présente une surface continue qui manque des discontinuités comme les étapes ou les lacunes qui pourraient contribuer à une transition à une couche limite turbulente. Le projet ? le but de s inclut créer une conception à grande échelle de bord d'attaque capable de l'intégration avec une pleine aile, pour être validé par la soufflerie et l'essai structural.

Le centre aérospatial italien de recherches (CIRA) se dirige vers le haut d'une autre étude pour SARISTU appelé ? Mise sur pied structurale du dispositif de rebord arrière d'aile. ? Cette étude se concentre sur une conception morphing de rebord arrière de multi-nervure. Chaque nervure est reliée à un déclencheur porteur aux changements d'effet à la cambrure et au champ d'aile. L'idée est d'avoir un rebord arrière continuellement réglable qui peut poursuivre une forme optimale d'aile pour l'ascenseur maximum et la drague minimum dans tout un vol.

European Aeronautic Defence et des travaux d'innovation de Space Company (EADS) dirige la recherche de SARISTU intitulée ? Traîner-Bord d'Active de saumon. ? Cette étude regarde également pour optimiser l'exécution de rebord arrière par la forme changeant, dans ce cas-ci sur des dérives. Les dérives, les structures verticalement coudées aux extrémités des ailes, peuvent améliorer l'efficacité aérodynamique en réduisant la drague induite par l'ascenseur provoqué par des vortexes de saumon. L'inconvénient est que les dérives donnent la charge additionnelle sur l'aile qui exige l'appui structural supplémentaire, s'ajoutant à la masse avions totale. En développant un traîner-bord morphing de dérive, l'étude espère démontrer que des charges peuvent être réduites aux conditions de vol importantes, ayant pour résultat moins de poids structural exigé.

Le projet de SARISTU conduit également la recherche dans la technologie des sondes intégrée pour réduire des coûts de contrôle aérien, aussi bien qu'améliorer la force matérielle en présentant des nanotubes de carbone, menant pour abaisser la masse avions. Avec le concept morphing laminaire d'aile, les espoirs de projet de réaliser une réduction de traînée aérodynamique de 6% et une diminution du DB jusqu'à 6 (A) dans le bruit produit en le fuselage, et est prévu être accompli pour le mois de août 2015. SON ingénieur Kevin Hackett de transonique dit que la réduction de traînée de 6% est une cible agressive.

Étude aérospatiale italienne de centre de recherches, « mise sur pied structurale du dispositif de rebord arrière d'aile. » Source : Étude aérospatiale de centre de recherches de SARISTUItalian, « mise sur pied structurale du dispositif de rebord arrière d'aile. » Source : SARISTU ? La seule manière que ce concept peut probablement avoir comme conséquence un gain significatif de plusieurs pour cent est si elle est employée pour détendre certaines des contraintes courantes en employant la commande de chargement d'aile pour permettre l'augmentation d'envergure sans augmentations de poids. Pour permettre cette technologie exigerait d'un programme étendu de validation de vérifier la fiabilité, l'aeroelastics, le flottement et la manipulation. ?

Aux Etats-Unis, la NASA ? le projet d'ÈRE de s (ambiant aviation responsable) regarde également dans les ailes changeantes de forme avec le son ? Rebord arrière conforme adaptatif ? expérience. Cette étude est des efforts conjoints avec le laboratoire de recherche de l'Armée de l'Air des États-Unis. Le projet d'ACTE remplacera les ailerons sur un gicleur d'affaires de Gulfstream III par une structure flexible développée par FlexSys Inc. (décrit sur la page plan). L'aile modifiée n'aura aucune lacune entre la gouverne et le reste de l'aile, coupant le bruit de fuselage produit par le flux d'air turbulent autour des ailerons traditionnels. Le projet d'ÈRE conclura en 2015.

Ces projets fonctionnent pour surmonter les défis technologiques présentés par une aile changeante de forme. Les matériaux innovateurs avec de haute résistance, la flexibilité et la longévité, comme les solutions légères pour la mise en action sont nécessaires pour réaliser le but de l'exécution améliorée d'opération d'avions.

La technologie d'aile de SARISTUMorphing devra mûrir avant qu'elle puisse être présentée aux avions civils. Hackett indique que les véhicules aériens non-pilotés (UAV) offrent une bonne plate-forme pour développer et examiner la technologie ? en particulier pour des applications de surveillance où la cambrure est réduite pour permettre à l'UAV de transiter à la vitesse suivie d'une augmentation de cambrure quand l'avion est sur la station de sorte qu'il puisse flâner à une vitesse beaucoup inférieure et maintenir un bon soulever-à-traînez le rapport pour maximiser la résistance. ?

Également Morphing pourrait être appliqué aux lames d'hélicoptère « où la cambrure peut être variée entre le retraitement et la lame à l'avance. Ceci encore aiderait à mûrir la technologie car le système serait exigé pour répondre rapidement et avec un nombre très élevé de cycles. ?

Bien que les obstacles soient non triviaux, le potentiel bénéficie, économique et ambiant, continuera à motiver la recherche pour des efficacités toujours plus grandes dans la technologie d'avions.

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