Складываемое в полете крыло испытают на истребителе

Американский авиастроительный концерн Boeing совместно с NASA намерен провести испытания складного крыла, которое будет складываться в полете. Как пишет Aviation Week, испытания будут проводиться в рамках программы по разработке новых способов уменьшить расход топлива самолетом во время полета. Проверки прототипа нового крыла будут проводиться на опытовом истребителе F/A-18 Hornet.

Складное крыло само по себе не ново. Такой тип несущей аэродинамической плоскости используется, например, на палубных истребителях. Благодаря складному крылу удается несколько уменьшить поперечные размеры боевых самолетов, что позволяет эффективнее размещать их на стояночной площадке на авианосце.

Складное крыло получит и перспективный американский пассажирский самолет Boeing 777X. Благодаря этому техническому решению самолет можно будет поместить в стандартном авиационном ангаре. При этом крыла, которое могло бы складываться во время полета, сегодня не существует, хотя в прошлые годы исследования в этом направлении велись активно.

В 1960-х годах в США проводились испытания прототипа стратегического бомбардировщика XB-70 Valkyrie. Этот сверхзвуковой самолет получил складное крыло, концы которого в полете опускались вниз на угол в 65 градусов. Опущенные вниз концы позволяли удержать под планером самолета сверхзвуковую ударную волну, тем самым увеличивая давление под крылом за счет скачков уплотнения.

В результате, по данным американских исследований 1960-х годов, такое конструкторское решение позволяло увеличить аэродинамическое качество самолета на 30 процентов. Кроме того, в полете на крейсерской скорости опущенные вниз концы крыла Valkyrie служили дополнительными килями. Программу XB-70 закрыли в конце 1960-х годов.

Как ожидается, в ближайшее время Boeing и NASA проведут испытания складного крыла на беспилотном летательном аппарате Ptera. Чуть позже проверки будут проведены на истребителе Hornet. Подготовка складного крыла для этого самолета уже ведется. В отличие от обычного складного крыла, оснащенного механической системой складывания, новое крыло получит привод, основанный на эффекте памяти у металлов.

Неподвижную и подвижную части крыла на самолете будут соединять металлические элементы, сделанные из никель-титанового сплава, нитинола. В обычном положении соединители будут прямыми, выдерживая прямое крыло. В полете для складывания крыла соединители будут нагреваться, металл будет вспоминать начальную форму и загибать крыло.

Масса поднимаемого или опускаемого соединителями участка крыла составит 136 килограммов. Нитиноловые соединители в зависимости от нагрева будут или поднимать на 90 градусов концы крыла, или опускать на ту же величину. При этом во время одного из предстоящих испытаний NASA планирует проверить возможность установки концов крыла на заданный угол.

По мнению разработчиков, использование сплава с эффектом памяти формы для системы складывания крыла в полете позволит сделать несущую конструкцию существенно легче. Отказ от механической системы позволит сэкономить массу на специальных замках, «петлях», приводах и гидравлических линиях.

Разработка нового крыла ведется в рамках проекта SAW (Spanwise Adaptive Wing, адаптивное по размаху крыло). Предполагается, что на пассажирском самолете при посадке законцовки будут опускаться вниз под прямым углом к плоскости крыла, а при взлете — устанавливаться в одну плоскость с крылом. При полете на крейсерской скорости законцовки будут подняты под углом к крылу, чтобы образовать винглеты.

При посадке отклоненные книзу законцовки крыла будут также выполнять роль стабилизаторов и рулей направления. По оценке NASA, это, в свою очередь, позволит существенно уменьшить размеры киля. Большой киль полезен для стабилизации и управления при малой скорости полета или при отказе двигателей, однако на крейсерской скорости создает дополнительное сопротивление и увеличивает расход топлива.

Ранее исследователи из Датского технического университета предложили использовать метод топологической оптимизации для улучшения характеристик правой консоли крыла пассажирского лайнера Boeing 777. По итогам оптимизации исследователи пришли к выводу, что такой метод позволяет снизить массу конструкции крыла по меньшей мере на два-пять процентов по сравнению с традиционной конструкцией.

Для своего эксперимента исследователи использовали программное обеспечение топологической оптимизации, запущенное на французском суперкомпьютере Curie. Для оптимизации ученые взяли внутреннюю конструкцию правой консоли крыла пассажирского лайнера Boeing 777 длиной 27 метров. Его трехмерную модель исследователи разбили на 1,1 миллиарда вокселей, трехмерных аналогов двумерного пикселя.

При оптимизации программа рассчитывала нагрузки сначала для каждого воксела в отдельности, а затем для их совокупности. Получавшаяся после каждой оптимизации трехмерная модель подавалась на вход программы несколько сотен раз. В результате новая внутренняя структура крыла получилась плавной, внешне напоминающей сосудистую сетку.

Новая конструкция получилась легче, но ее общая гибкость и устойчивость к нагрузкам сохранились. По оценке исследователей, такая оптимизация позволит добиться уменьшения потребления топлива самолетом на 40-200 тонн в год в зависимости от конструкции самого летательного аппарата.

Василий Сычёв