211service.com
Energeticky úsporné listy vrtulníků
Vrtulníky mohou předvádět neuvěřitelné akrobatické výkony, ale jsou také hlučné, vratké a jejich provoz je drahý. Výzkumníci z NASA vyvíjejí lopatky vrtulníků s inteligentním materiálem měnícím tvar, který by mohl vést k hladší, tišší a úspornější jízdě.
Inteligentní čepele: NASA testovala své nové akční členy v aerodynamickém tunelu v Ames Research Center pomocí plnohodnotných listů vrtulníku (nahoře). Pohon (spodní část) obsahuje piezoelektrické materiály, které mění tvar, když jsou vystaveny elektrickému poli. Dráty v pravém horním rohu obrázku jsou piezoelektrické svazky. Když je přivedeno napětí, natahují se o malé množství a vytvářejí mechanický pohyb, který pohybuje klapkou nahoru a dolů. (Chlopeň je dlouhá, tenká, žlutá část čepele na horním obrázku.)
Lopatky používají piezoelektrické ovladače – mechanická zařízení obsahující materiál, který mění tvar, když je vystaven elektrickému poli. Tato změna tvaru deformuje list rotoru, když se točí, a zlepšuje aerodynamický výkon vrtulníku.
V loňském roce NASA ve spolupráci s leteckou společností Boeing , Agentura pro pokročilé obranné výzkumné projekty ( DARPA ), a americká armáda, testovaly první plnohodnotný list rotoru pro použití této technologie v aerodynamickém tunelu, který simuluje letové podmínky. Systém výrazně snížil vibrace, ušetřil energii a umožnil přesnější kontrolu pohybu rotoru. V budoucnu by systém mohl také snížit hluk. Nyní je připraven k letové zkoušce, ačkoli datum prvního letu ještě nebylo stanoveno.
Právě teď se snažíme porozumět a ocenit vše, čeho jsme dosáhli v úplném aerodynamickém tunelu, říká William Warmbrodt, vedoucí projektu z oddělení výzkumu a technologie letových vozidel v NASA. Ames Research Center , v Kalifornii.
Když čepel vrtulníku prochází vzduchem, zanechává za sebou brázdu, a když čepel za ním prochází touto brázdou, zažívá periodické vibrace. Ovládání lopatek vám umožňuje provádět periodický pohyb klapek lopatek se správnou amplitudou, fází a frekvencí, abyste tyto vibrace zrušili, říká Steven Hall , profesor letectví a kosmonautiky na MIT a konzultant projektu NASA.
Lidé mluvili o používání chytrých materiálů v letadlech již dlouho, ale to, co ve skutečnosti chybělo, je správný druh pohonu, aby to bylo praktické, říká Hall. Předchozí úsilí zahrnující hydraulické pohony se ukázalo jako příliš těžké a pomalé na to, aby bylo praktické. Je těžké dělat hydrauliku v otočném rámu: potřebujete dostatečnou sílu k vychýlení klapky, protože zatížení vzduchem je velmi vysoké a musíte to dělat s požadovanou frekvencí, říká Hall.
Foukal vítr: Listy vrtulníků v plné velikosti vybavené akčními členy byly testovány v největším aerodynamickém tunelu na světě, který se nachází v Ames Research Center v Kalifornii. Větrný tunel simuluje letové podmínky ekvivalentní cestování rychlostí 155 uzlů.
Nový pohon je umístěn uvnitř ocelového rámu listu rotoru blízko špičky listu, kde jsou aerodynamické síly největší, a klapky na zadní části, která se při otáčení pohybuje nahoru a dolů. Výkonové zesilovače přenášejí elektrické pole do piezoelektrického materiálu uvnitř aktuátorů a tento materiál reaguje změnou délky, roztažením velmi malého rozsahu (zhruba 10 až 20 tisícin palce). Tím se pohybuje tyč kolmo k klapce lopatky, která klapku tlačí. Uděláte malý pohyb, zesílíte ho natolik, že posunete klapku o několik stupňů, říká Hall.
Pohyb klapky však vytváří dramatickou aerodynamickou změnu listu. Klapka může pomoci generovat vztlak nebo rychlost vzduchu, a zatímco letadlo může používat klapky pouze pro vzlet a přistání, lze takové klapky použít kdykoli během letu vrtulníku.
Opravdu důležité je, že piezoelektrické materiály jsou tuhé a mohou rychle měnit tvar. To z něj dělá přijatelný aktuátor, říká Hall. Díky chytrým materiálům je systém pohonu lehký a kompaktní. Kromě toho výzkumníci NASA navrhli systém pohonu tak, aby se vešel do struktury listů stávajících vrtulníků, aniž by výrazně upravoval design listů rotoru.
Inteligentní materiály jsou obrovským příslibem pro revoluci ve způsobu, jakým navrhujeme, stavíme a provozujeme naše vrtulníkové letouny, říká Warmbrodt.
Projekt by mohl mít několik vedlejších produktů: americká armáda vyvíjí druhý rotor využívající elektromotory a DARPA právě oznámila adaptivní rotor (Mission Adaptive Rotor) MOŘE ) program, který se zaměří na řadu technologií, včetně chytrých materiálů, ke zlepšení rotorových listů používaných u vojenských vrtulníků.
Warmbrodt dodává: Program DARPA MAR je dalším krokem v pohledu na to, jak radikálně změníme konstrukci listů vrtulníků, abychom dosáhli nové úrovně výkonu.