NASA испытало гибкое композитное крыло

Специалисты NASA провели серию нагрузочных испытаний прототипа гибкого композитного самолетного полукрыла. Как пишет Aviation Week, испытания проводились осенью прошлого года и, хотя не были доведены до конца, все же были признаны успешными. В настоящее время специалисты анализируют полученные во время испытаний данные, чтобы учесть их при доработке проекта полукрыла, спроектированного быть легче современных композитных самолетных крыльев и выдерживать такие же или бо́льшие нагрузки.

Использование композиционных материалов при производстве самолетов позволяет решить одновременно несколько задач. В частности, композиты позволяют получить более легкую и иногда более прочную конструкцию, по сравнению с элементом, сделанным из традиционных авиационных металлических сплавов. Кроме того, композиты позволяют изготавливать сложные элементы единой деталью, имеющей лучшие аэродинамические характеристики.

Новое гибкое композитное полукрыло, разработкой которого в интересах NASA занимаются Мичиганский университет и компания Aurora Flight Sciences, выполнено с точно рассчитанным распределением материала. Если при изготовлении обычного композитного крыла используется метод склейки углеткани или углеволокна с поворотом в 45 градусов (при наложении каждый новый слой повернут относительно предыдущего на 45 градусов), то в конструкции нового разработчики использовали метод наложения углеволокна с повторением изгибов готовой конструкции.

При этом толщина композитных элементов полукрыла по всей длине неравномерна и учитывает нагрузки, которые испытывает конструкция в каждой конкретной точке. Так, толщина композитных элементов в прототипе полукрыла длиной 11,9 метра достигает 19 миллиметров ближе к корню, но уменьшается всего до 4 миллиметров на законцовке. Конструкция прототипа правой консоли самолетного крыла, проходившая испытания в Исследовательском центре NASA Лэнгли в Вирджинии, собрана из двух лонжеронов, 58 нервюр и обшивки.

Во время нагрузочных испытаний законцовку крыла с помощью специального нагрузочного станка подняли чуть больше, чем на 2 метра, что соответствует воздушному маневру с нагрузкой в 2,5g. В целом во время проверок разработчикам удалось дать на крыло нагрузку, составляющую 85 процентов максимальной расчетной. Затем испытатели столкнулись с неполадками в работе нагрузочного станка, некоторое время пытались решить возникшие проблемы, но затем отказались от продолжения проверок и доведения нагрузки до 100 процентов.

Во время испытаний данные о деформациях полукрыла собирались сетью из 11 тысяч датчиков. Разработчики отметили, что если из композитов выполнить крыло, аналогичное крылу лайнера Boeing 777, его масса составит чуть больше 20 тонн. При использовании же нового метода наложения слоев углеволокна массу крыла удастся снизить на 3,4 тонны не потеряв при этом в прочности всей конструкции. При этом само крыло получается более гибким, что потенциально позволяет отодвинуть границу флаттера.

В октябре 2017 года исследователи из Датского технического университета использовали 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, используемой сегодня. Для своего эксперимента исследователи использовали программное обеспечение топологической оптимизации, запущенное на французском суперкомпьютере Curie.

Василий Сычёв