Αντ 'αυτού, κατασκευαστές αεροπλάνων, όπως οι αδελφοί Ράιτ «αιώνιο αντίπαλο Glenn Curtiss χρησιμοποιείται αρθρωτών πτερυγίων ως πτερύγια (μια κινητή επιφάνεια στην πλευρά που βοηθά τη σειρά του αεροσκάφους), εν μέρει, σε μια προσπάθεια να αποφύγουν οι αδελφοί Ράιτ« πατέντα - αλλά και επειδή συνεχώς λύγισμα ένα ξύλινο φτερό θα μπορούσε να οδηγήσει σε αστοχία των δομικών στοιχείων.

Από τότε αεροπορία έχει προσκολλημένη σε αυτά αρθρωτή επιφάνεια ελέγχου: πηδάλια, ανελκυστήρες, πτερυγίων, πηδάλια κλίσης και φθορείς όλες τις εργασίες σε αυτό το είδος της αρχής, αλλάζοντας το σχήμα του πτερυγίου της ουράς ή για να βοηθήσει την κίνηση των αεροσκαφών σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αλλά αυτή η σχεδιαστική παράδοση θα μπορούσε να αλλάξει, όπως ερευνητών στην Ευρώπη και στις ΗΠΑ αρχίζουν να αξιοποιήσει τη σημερινή σκληρή, stretchier υλικά και φτερό-στρέβλωση κινητήρες να επανεξετάσουμε την ιδέα των επιφανειών πτήσης σχήμα-μετατόπιση αρχικά εκκολάφθηκαν από Orville Wright και Wilbur.

Φτερό τσίμπημα του Boeing 777X μπορεί να οδηγήσει σε δραματική εξοικονόμηση καυσίμων, η Boeing λέει (Credit: Boeing)

Αυτή η κίνηση οδηγείται από τις απαιτήσεις απόδοσης των καυσίμων, καθώς ο κόσμος αρχίζει να αντιμετωπίσουμε την κλιματική αλλαγή. Με ολοένα και πιο πράσινη αεροσκάφη προσπάθησαν να μειώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου του κλάδου, είναι η ελπίδα ότι τα νέα σχέδια πτέρυγα και τους μηχανισμούς μορφοποίησης μπορεί να σας βοηθήσει να κάψετε αεροσκάφη λιγότερα καύσιμα, λέει ο Piet-Christof Woelcken, ένας μηχανικός αεροπορικές δομές της Airbus στη Βρέμη της Γερμανίας. Καλύτερα ακόμα, λέει, αν μπορούν να συνδυάσουν κάποιες επιφάνειες ελέγχου - όπως τα πτερύγια και τα πτερύγια κλίσης - σε ένα ενιαίο, πλέον μεταμορφώνεται κάποιος, θα μπορούσε να κάνει τα αεροπλάνα ελαφρύτερο, πάρα πολύ.

Τούτου λεχθέντος, το πρώτο από τα νέα καύσιμα μορφές πτέρυγα που οι επιβάτες πρόκειται να δούμε στις πύλες αναχώρησης τους, σχετικά με τις επικείμενες αεροσκάφος 777X της Boeing το 2020, δεν θα είναι ένα morphing μία per se- αλλά αυτό θα αλλάξει σχήμα κατά την εκφόρτωση. Η 777X θα έχει 3,5-μακρύ (11.5ft) wingtip που είναι διπλωμένο κάθετα όταν το αεροπλάνο βρίσκεται στο περίπτερο ή τροχοδρόμησης, τα οποία όμως είναι κλειδωμένος για την πτήση.

Προσθέτοντας κινείται wingtips παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις

Πράγματι, η 777X θα θυμίζει τα είδη αεροπλάνων που χρησιμοποιούνται σε ένα αεροπλανοφόρο, τα οποία διπλώνουν τα φτερά τους, έτσι ώστε περισσότερα από αυτά μπορούν να χωρέσουν μέσα υπόστεγο του σκάφους. Αλλά η τεχνολογία είναι νέα για την πολιτική αεροπορία και τα μεγάλα ιδιωτικά αεροσκάφη.

Η ιδέα είναι ότι το αεροπλάνο δικινητήριο μπορεί να έχει μια εξαιρετικά μακρά, 71.8M (235.5ft) άνοιγμα των φτερών - που προσομοιώσεις δείχνουν ότι θα πρέπει να προσφέρει μια παράσταση κρουαζιέρα πολύ αποδοτικοί. Αλλά αυτό μειώνει άνοιγμα φτερών έως 64.8m (210ft), όταν οι άκρες των φτερών ανέκυψαν μετά την προσγείωση. Αυτό είναι το ίδιο το άνοιγμα των φτερών με τη σημερινή Boeing 777, έτσι ώστε το νέο αεροπλάνο παραμένει συμβατή με τον ισχύοντα τροχοδρόμου αεροδρομίου και την πύλη μεγέθη.

Προσθέτοντας κινείται wingtips παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις, όμως: τα αναδιπλούμενα ακροπτερύγια θα πρέπει να κλειδωθούν με ασφάλεια κατά την πτήση - μια πλωτή wingtip χαλαρά, ή κόλλησε σε όρθια θέση, θα μπορούσε να δημιουργήσει μια επικίνδυνη ανισορροπία. Τέσσερα χρόνια από το λανσάρισμα, η Boeing λέει λίγα για το πώς θα γίνει αυτό, αλλά είπε στο περιοδικό βετεράνος της βιομηχανίας,Εβδομάδα Αεροπορίας, ότι έχει αρχίσει τις δοκιμές που θα δοκιμάσουν την αξιοπιστία του συστήματος και, για παράδειγμα, πώς η wingtip πτήση ασφάλισης και ασφάλισης σύστημα θα αντιμετωπίσει με ασφάλεια με το είδος της φθοράς που αναμένονται στη χρήση της πραγματικής ζωής.

Πτερύγια μεταβάλλουν το φτερό έτσι ο έλεγχος είναι πιο εύκολο σε χαμηλές ταχύτητες, αλλά δημιουργούν καυσίμων χάσιμο έλξη και το θόρυβο (Credit: Getty Images)

Προσθήκη στην πρόκληση είναι το γεγονός ότι το σύνθετο πτέρυγα, καθώς και νέα αναδίπλωση wingtip του, θα πρέπει να σχεδιαστούν με τα ίδια όρια φορτίου με οποιοδήποτε πολιτικών αεροσκαφών. Ωστόσο, μετά τα αεροσκάφη της 787 αποδειχθεί σε προ-δρομολόγηση διαρθρωτικών δοκιμές ότι τα σύνθετα φτερά του θα μπορούσε να καμφθεί ψηλότερα από την κορυφή του ουραίο πτερύγιο για 20 δευτερόλεπτα, και δεν σπάσει, η εταιρεία είναι σίγουροι για την ευρωστία της τεχνολογίας.

Στρέβλωση τεχνική

Κάποια στιγμή μεταξύ του 2025 και του 2030, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα άλλο πιο βαθύ επίπεδο σχήμα που αλλάζει. Περίφημα, Wilbur Wright ήταν σιωπηλοί στρίβοντας ένα κουτί από χαρτόνι με εσωτερικό σωλήνα στο κατάστημα ποδηλάτων του, όταν πρόσεξε πως η παραμόρφωση της επιφάνειας μιμηθεί το προφίλ της πτέρυγας ενός περιστεριού, όταν γύρισε στον αέρα.

Κάνοντας το ξύλινο πλαίσιο που στηρίζει τα φτερά του στημόνι διπλάνο με τον ίδιο τρόπο με ένα σύστημα καλωδίων, του Ράιτ 1902 αλεξίπτωτο, και το 1903 κινούνται Flyer τους, θα μπορούσαν να ελεγχθούν σε τρεις διαστάσεις.

Τώρα, οι δύο ερευνητικά προγράμματα με στόχο να μιμηθούν αυτή την πτέρυγα στρέβλωση σε διαφορετικό βαθμό: στην Ευρώπη, στις Δομές Smart αεροσκαφών (Saristu) έρευνα τετραετούς προγράμματος της ΕΕ, υπό την ηγεσία του Airbus της Τουλούζης, στη Γαλλία? και στις ΗΠΑ, σε ένα πιο φιλόδοξο σχέδιο με επικεφαλής τον αεροδιαστημική εταιρεία Flexsys της Ann Arbor, Michigan, σε συνδυασμό με τη NASA και το Εργαστήριο Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας. (Διαβάστε περισσότερα στο BBC Μέλλον της προηγούμενης ιστορίας για το έργο Flexsys)

Πολλά αεροσκάφη που χρησιμοποιούνται σε φορείς έχουν φτερά που διπλώνουν για εξοικονόμηση χώρου (Credit: Getty Images)

Saristu, που συντονίζεται από Woelcken, συνεργάστηκε με μια σειρά από επιχειρήσεις αεροδιαστημικής από όλη την Ευρώπη σε ένα έργο 51 εκατομμύρια ευρώ - και ολοκλήρωσε την πρώτη φάση των εργασιών αεροδυναμική σήραγγα τεστ τον Αύγουστο. Ένας πρωταρχικός στόχος, λέει ο Woelcken, είναι να δώσει μια απάντηση σε ένα χρόνιο πρόβλημα των αερομεταφορών: τα αεροσκάφη είναι σχεδιασμένα για να πετάξει πιο αποτελεσματικά, ενώ κρουαζιέρα στα μεγαλύτερα υψόμετρα - ακόμη απαιτήσεις ελέγχου της εναέριας κυκλοφορίας στο συνωστισμό των αιθέρων συχνά σημαίνει ότι το αεροσκάφος δεν μπορεί να πετάξει σε αυτές τις "γλυκό κηλίδες ".

Αλλά αν οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάσουν επιφάνειες ελέγχου που αλλάζουν προσαρμοστικά γεωμετρία πτέρυγα κάμπερ του αεροσκάφους, την αεροδυναμική του μπορεί να αλλάξει για να πετάξει αποτελεσματικά σε πιο υψόμετρα. "Είναι ένα πολύ παλιό όνειρο», λέει ο Woelcken.

«Πτερύγια σε Συμβατικά αεροσκάφη είναι επαχθείς, θορυβώδη και ανίκανη να ανταποκριθεί στις αποχρώσεις αλλαγές στις συνθήκες πετούν» - Rod Χιλ, πληροί

Τι θα πρέπει να είναι μια σειρά από προσαρμοστικές, αλλάζουν μορφή και επιφάνειες ελέγχου σε μια πτέρυγα - ηγετικό άκρη, μία οπίσθια πλευρά και ίσως μια wingtip που μεταμορφώνεται πάρα πολύ.Saristu εξέτασε όλα αυτά - και εργάστηκε για το πώς να τις αστραπές και πάγο-απόδειξη κάνουν.

Αλλά η έρευνα τους και των Flexsys αρχικά επικεντρώθηκε στην πτερύγια - το μακρύ, αρθρώνεται στοιχεία που ωθούνται προς τα έξω πίσω από την πτέρυγα για να αυξήσει ανελκυστήρα σε χαμηλή ταχύτητα κατά την απογείωση και την προσγείωση.

"Πτερύγια συμβατικά αεροσκάφη είναι επαχθείς, θορυβώδη και ανίκανη να ανταποκριθεί στις αποχρώσεις αλλαγές στις συνθήκες που πετούν σε πτήσεις μεγάλων αποστάσεων," λέει ο Rod Χιλ, διευθυντής Flexsys. "Το αποτέλεσμα είναι προοδευτικές αυξήσεις της οπισθέλκουσας, μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμων και η έλλειψη της δυνατότητας να διατηρήσουν ένα γλυκό σημείο καθώς μεταβάλλεται το προφίλ πτήσης."

Morphing φτερά

Woelcken λέει ότι είναι ζωτικής σημασίας ότι οι δοκιμές μεταμορφώνεται διεξαχθεί σε μοντέλα σε φυσικό μέγεθος: αεροδυναμική και δυνάμεις τριβής αλλάζουν τόσο πολύ όταν αλλάζετε την κλίμακα-up ότι ένα μικρότερο μοντέλο δεν θα παράγει τα ίδια αποτελέσματα με ένα πραγματικό αεροσκάφος.

Έτσι, η ομάδα Saristu σχεδίασε ένα morphing πτερύγιο για ένα φανταστικό μέλλον αεροσκάφος 90 θέσεων του μέλλοντος στο οποίο μόνο το τελικό 50 εκατοστά του πτερυγίου είναι προσαρμοστική - και πραγματοποιούνται εκτεταμένες δοκιμές σε αεροδυναμική σήραγγα ένα τμήμα 4,9 βίου του σε ένα τεράστιο Μόσχα αεροδυναμική σήραγγα. Η morphing μέρος είχε 10 ηλεκτρικό κινητήρα ενεργοποιητές που χρησιμοποιείται για να αλλάξει το προφίλ του προσαρμοσμένο τμήμα του πτερυγίου σε διαφορετικές συνθήκες πτήσης.

Άλλα planemakers κινούνται επίσης μακριά από το παραδοσιακό σχήμα του σώματος / πτέρυγας, όπως αυτή η έννοια της Boeing (Credit: Boeing / Getty Images)

Τα αποτελέσματά τους ήταν εκπληκτικά καλή: προβολή τους πάνω από αυτό το μικρό σχίζα του morphing υλικού σε ολόκληρο το αεροσκάφος, Woelcken λέει την κατανάλωση καυσίμων στο τυπικό πτήσεις θα μπορούσαν να μειωθούν κατά 6,5%. Και αυτό είναι χωρίς morphing κορυφαίες ακμές και στις άκρες των φτερών που θα προσθέσει μεγαλύτερη εξοικονόμηση.

Υπάρχουν και άλλα πλεονεκτήματα: αν έχετε ακούσει ποτέ χαμηλών πτήσεων αεροσκαφών που έρχονται στον προσέγγισης για προσγείωση και squawking σαν ένα μουσικό όργανο out-of-μελωδία, είναι ότι τα πτερύγια δόνησης. Ένα βασικό πλεονέκτημα της δημιουργίας morphing, συνεχής δομές είναι ότι μπορούν να καλυφθούν τα κενά αέρος μεταξύ των επιφανειών ελέγχου και την πτέρυγα με τον ίδιο ελαστικό, σκληρό ελαστικό πολυμερές που καλύπτει τις επιφάνειες μορφοποίησης.

Αλλά αυτό δεν είναι εύκολη υπόθεση: τι είδους ελαστικό παραμένει ελαστικό σε όλες τις θερμοκρασίες;

 Ανακάλυψη »των αδελφών Wright» της πτέρυγας στρέβλωση ήταν μια πρώιμη έμπνευση »- Rod Χιλ

"Κατά τη φάση της πτήσης κρουαζιέρας η θερμοκρασία είναι -55C (-67F), αλλά στέκεται στην πίστα στο Abu Dhabi θερμοκρασίες εδάφους μπορεί να είναι τόσο υψηλό όπως 80 ° C (176F). Μέχρι να βρεθεί το σωστό υλικό ήταν το μεγάλο έργο», λέει ο Woelcken ."Πήγαμε για ένα παράγωγο ενός ελαστομερούς σιλικόνης που αναπτύχθηκε αρχικά για διαστημικές εφαρμογές."

Στις ΗΠΑ, πληροί επίσης επικεντρώνεται στην κρίσιμη φύση του υλικού που καλύπτουν το σύστημα shapeshifting του.«Αεροδιαστημική ποιότητας ελαστομερές υλικό μας είναι μέρος ενός συστήματος που μπορεί να δημιουργήσει πάνω από 4,9 τόνους ανελκυστήρα και ακόμα να διατηρήσει την ευελιξία του. Μπορεί να αντέξει τις συνθήκες θερμοκρασίας -54C (-65) ° έως 82C (179F), σκληρή έκθεση σε χημικές ουσίες και έχει ελεγχθεί για να διαρκέσει πέντε φορές τους κύκλους ζωής των εμπορικών αεροσκαφών », λέει ο Χιλ.

Αυτόματο έλεγχο αυτών των νέων ελαστικές επιφάνειες δεν πρέπει να είναι πάρα πολύ ενός προβλήματος. Τόσο η Boeing και η Airbus 787 A350 fly-by-wire αεροσκάφους morph ήδη αεροδυναμικό προφίλ του αεροσκάφους με συνεχείς αναπροσαρμογές κατά την πτήση. "Πτερύγια και σπόιλερ κινούνται ανεξάρτητα και αυτόματα βελτιστοποίησης της κατανάλωσης καυσίμου. Οι πιλότοι είναι να αγνοεί αυτές τις αλλαγές στο θάλαμο διακυβέρνησης», λέει αεροσκάφος Airbus A380 πιλοτικά Richard de Crespigny. Είναι ο συγγραφέας του QF32, η εκπληκτική ιστορία του πώς ο ίδιος και το πλήρωμά του προσγειώθηκε με ασφάλεια ένα ακρωτηριασμένο A380 μετά κόψτε την έκρηξη του κινητήρα 600 καλώδια ελέγχου της λίγο μετά την απογείωσή του.

Σχεδιασμός ταλέντο των αδελφών Wright »τώρα επανεξεταστεί περισσότερο από έναν αιώνα αργότερα (Credit: Getty Images)

"Βλέπω ένα τεράστιο δυναμικό για morphing φτερά κατά την πτήση», λέει ο de Crespigny. «Η επόμενη γενιά των μεγάλων τζετ που θα πετάξει το 2050 θα πρέπει να είναι περίπου 12,5% πιο αποτελεσματική από ό, τι το καλύτερο αεροσκάφος που παράγουμε σήμερα."

Αεροπορίας ρυθμιστή της Ευρώπης EASA έχει ήδη ζητήσει Woelcken και τους συνεργάτες του για μια μεγάλη αποτυχία και την επικινδυνότητα ανάλυση των δομών morphing τους. Εάν ο έλεγχος έχει χαθεί προς τη μία πλευρά, η άλλη πλευρά δεν πρέπει να αναπτύξουν και να προκαλέσει μια ανισορροπία."Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα ιδιαίτερο πρόβλημα ειδικά αν υπάρχει μια βλάβη του κινητήρα. Πρέπει να ζευγάρι και τις δύο πλευρές, ώστε αν κάποιος χρησιμοποιεί, ο άλλος κάνει πάρα πολύ,» λέει ο Woelcken.

Λόφος βλέπει ως τοποθέτηση ότι οι ιδέες των πρωτοπόρων κινούνται, επανδρωμένη πτήση θα επιστρέφουν στη μόδα σε κάποιο σημείο. "Οι αδελφοί Wright ανακάλυψη της πτέρυγας στρέβλωση ήταν μια πρώιμη έμπνευση», λέει ο Χιλ.

"Η διερεύνησή τους από ξύλο και ύφασμα κατασκευής ενημέρωσε μας για την ανάπτυξη των τρόπων να αξιοποιήσουν τη φυσική ευελιξία των σημερινών υλικών."

Αυτό το ζευγάρι των μηχανικών ποδηλάτων από Ντέιτον, Οχάιο εξακολουθούν να επηρεάζουν το σχεδιασμό των αεροσκαφών πάνω από έναν αιώνα μετά την πρώτη τους πήρε στον αέρα είναι απόδειξη για ιδιοφυΐα τους. Και αν με χαμηλές εκπομπές άνθρακα μεταμορφώνεται αεροσκάφη μην πάρετε στους ουρανούς, όπως πολλοί αναμένουν, θα ενισχύσει περαιτέρω την εκπληκτική μόνο οι αδελφοί Ράιτ συμβολή »στην αεροπορία.

Πηγή:BBC