Немецкий аэрокосмический центр (DLR) успешно завершил первые летные испытания принципиально новой технологии — крыльев, способных динамически изменять форму в воздухе. Эта разработка призвана кардинально повысить уровень безопасности и аэродинамической эффективности современных летательных аппаратов.
Ирина Медведева
В конце этого года DLR планирует провести еще одну тестовую кампанию с использованием Proteus. Среди прочего, целью будет выяснить, можно ли масштабировать систему для более крупных летательных аппаратов. Затем система будет дорабатываться в рамках проекта UAdapt (Unmanned Aircraft Wing Adaption). Image: DLR/CC BY-NC-ND 3.0. Источник: heise online
Революционный подход, реализованный в проекте morphAIR (Morphing Technologies & Artificial Intelligence Research Group) Германского центра авиации и космонавтики (DLR), знаменует собой переход от концепции «жесткого» планера к концепции «живого» крыла, способного реагировать на изменения потока в режиме реального времени.
Как сообщает немецкое издание heise online, в отличие от существующих систем, где управление ограничено четко определенными осями вращения механизации, технология HyTEM формирует аэродинамический профиль как единое целое. Это открывает путь к созданию летательных аппаратов, которые смогут минимизировать структурные нагрузки при пролете через зоны турбулентности, буквально «обтекая» воздушные потоки без передачи избыточных напряжений на фюзеляж.
Как работают традиционные механизмы управления — закрылки и элероны
Классическая механизация крыла базируется на использовании отклоняемых панелей. Закрылки располагаются на задней кромке и служат для модификации аэродинамического профиля. Они необходимы для увеличения подъемной силы при взлете и посадке, а также позволяют безопасно маневрировать на низких скоростях. При их выдвижении возрастает кривизна профиля и общая площадь крыла, что предотвращает сваливание на критически малых скоростях. Однако этот процесс сопровождается побочными эффектами: ростом сопротивления, требующим дополнительной тяги двигателей, и возникновением продольных возмущающих моментов, которые приходится парировать настройкой стабилизатора.
Элероны, в свою очередь, отвечают за управление креном. Их работа основана на дифференциальном отклонении: когда одна плоскость поднимается, а другая опускается, создается разность подъемных сил на «крыльях», что вынуждает самолет вращаться вокруг продольной оси.
Гибкие композиты заменяют подвижные части крыла
Проект morphAIR (Morphing Technologies & Artificial Intelligence Research Group) предлагает отказ от дискретных управляющих поверхностей в пользу гибких конструкций. Специалисты DLR изготовили два крыла из инновационных композитов, интегрировав в них систему HyTEM — гиперэластичную заднюю кромку.
Традиционные закрылки у самолета. Иллюстративное фото. Источник: aviation.stackexchange.com
Мартин Радесток, куратор проекта из Института композитных конструкций и адаптивных систем DLR, поясняет, что концепция HyTEM исключает наличие зазоров и ступенек. Благодаря сети распределенных по размаху крыла приводов, профиль деформируется плавно и точно, настраиваясь в десяти ключевых точках. Это обеспечивает бесшовную адаптацию поверхности к текущим полетным условиям.
Немаловажным «плюсом» новшества является и снижение акустического следа летательных аппаратов. Традиционные закрылки и элероны в процессе отклонения создают значительные завихрения и шум, что особенно заметно в фазах взлета и посадки при пролете над населенными пунктами. Бесшовная поверхность крыла morphAIR эффективно устраняет эти турбулентные источники возмущений, делая современные транспортные системы более экологичными и тихими, что становится критическим требованием для развития городской аэромобильности и гражданской авиации будущего.
Инновация дает преимущества в аэродинамике и безопасности
Плавное изменение формы крыла значительно снижает паразитное лобовое сопротивление. Такая адаптивность позволяет более тонко контролировать индуктивное сопротивление и подъемную силу. Кроме того, данная технология повышает отказоустойчивость: поскольку управление распределено по всей площади, функции вышедшего из строя сектора могут быть перераспределены на соседние приводы.
Интеллектуальное управление системой обеспечивает ИИ, разработанный Институтом проектирования летных систем DLR. Алгоритм был обучен на сценариях сбоев и повреждений управляющих поверхностей, что позволяет системе сохранять стабильность полета, даже если часть приводов выходит из строя.
Таким образом, ключевым аспектом внедрения данной инновации станет интеграция с бортовыми системами управления нового поколения. Использование искусственного интеллекта позволяет просчитывать оптимальную кривизну крыла не только для обеспечения требуемой подъемной силы, но и для существенного снижения расхода топлива. Динамическое изменение геометрии позволяет поддерживать идеальный угол атаки на каждом участке крыла, что предотвращает паразитные перетекания воздуха и оптимизирует распределение нагрузки в зависимости от веса самолета и скорости полета.
Традиционные элероны — иллюстрация на примере устройства планера FAA GFH.svg commons.wikimedia.org
Как проект реализуется на практике и его дальнейшие перспективы
В ходе тестирования на БПЛА Proteus, проведенного на полигоне в Кохштедте, технология подтвердила свою жизнеспособность. Исследователи успешно сопоставили показатели новых крыльев с традиционными аналогами. В планах на конец текущего года — масштабная серия тестов, направленная на проверку возможности адаптации технологии для авиации большего размера. Эти работы продолжатся в рамках последующего проекта UAdapt, который сфокусируется на практическом внедрении адаптивных крыльев в беспилотные системы.
Дальнейшее развитие проекта UAdapt обещает расширить горизонты применения адаптивных технологий, перейдя от экспериментальных беспилотников к масштабируемым решениям для грузоперевозок. Инженеры DLR планируют усовершенствовать используемые композитные материалы, чтобы повысить их ресурсность и устойчивость к многократным циклам деформации. Эти шаги приблизят авиационную индустрию к эпохе, когда самолет сможет самостоятельно адаптировать свои физические характеристики под любые метеоусловия так же естественно, как это делают птицы в полете, навсегда меняя наше представление об эффективности крылатого транспорта.
Композитные материалы и пластики с особыми свойствами сегодня все активнее применяются в сферах, где традиционно использовался металл, привнося изменение конструкции изделий, новые ценные качества, надежность, экономичность. Так мы ранее писали, что пластиковые насосы производства АО «Группа компаний «Химагрегат» хорошо себя зарекомендовали себя при эксплуатации в самых тяжелых условиях в разных отраслях промышленности. В частности, в металлургической и химической промышленности эти насосы пользуются большим спросом.