Samohybný minomet na podvozku Pandur II 8×8

Česká společnost Tatra Defence Vehicle a.s. (TDV) ... Více

Armáda ČR chce německé Pumy. Jaká je finanční stránka?

Ministerstvo obrany ČR (MO ČR) plánuje nakoupit za ... Více

Rusko-běloruské cvičení Zapad-2017: Úhly pohledu

Včera skončilo obří rusko-běloruské cvičení ... Více

Letecká technika

Morfující křídla: Blíží se revoluce v letectví

Datum přidání 27.10.2017    Rubrika rubrika: Letecká technika     komentáře 23 komentářů    autor autor: Jan Grohmann

NASA společně s laboratořemi amerického letectva AFRL (Air Force Research Laboratory) a soukromou firmou FlexSys společně pracují na technologii tzv. morfujících křídel. Tento typ křídel má minimum pohyblivých částí, výrazně snižuje spotřebu paliva letadla a v případě vojenských letadel zlepšuje vlastnosti stealth.

Foto: Morfující křídla od roku 2014 testuje v reálných podmínkách biz-jet Gulfstream III. Samotná technologie se ale zkoumá již 20 let. / NASA

 

Najít správné uspořádaní, profil a tvar křídel je velká věda. Správný tvar křídla je závislý na typu letadla, ale i na různých rychlostech i profilech letu. Okamžitý požadavek na správný tvar křídla závisí na mnoha faktorech – na hmotnosti letadla (závislé i na měnícím se množství paliva během letu), rychlosti, nadmořské výšce, teplotě/tlaku vzduchu, ale i na tom, zda letadlo stoupá, klesá, zrychluje nebo zpomaluje.

 

Klasická křídla pevné konstrukce jsou tak nutným kompromisem a nenabízejí rozhodně nejlepší podmínky pro každou fázi letu.

 

V současné době tento problém, ať už civilního nebo vojenského letadla, řeší řídící plochy. Na náběžné hraně (přední část křídel) to jsou tak zvané sloty nebo slaty. Na odtokové hraně (zadní část) jde o vztlakové klapky, které podstatně mění profil křídla i úhel náběhu. Na svrchní ploše křídla jsou umístěny aerodynamické brzdy a spoilery (rušiče vztlaku), které letadlo v okamžiku přistání brzdí a zároveň zvyšují tlak na podvozek (pro vyšší účinek brzd).

 

Všechny tyto řídící plochy vyžadují vlastní elektrický pohon a mechanismus polohování. Řídící plochy tak zvyšují složitost (složitější údržba, vyšší riziko poruchy), hmotnost a cenu křídla a v případě vojenských letadel jsou také nezanedbatelným zdrojem radiolokačního podpisu. Řídící plochy také narušují čistotu profilu křídla a tím zvyšují aerodynamický odpor – zvyšují spotřebu paliva.

 

V blízké budoucnosti však již řídící plochy nebudou třeba. Americké letectvo společně s NASA pracují v rámci programu ACTE (Adaptive Compliant Trailing Edge) na technologii morfujících křídel. V místě řídících ploch se nacházejí navzájem mechanicky propojené voštinové bloky z kompozitního materiálu – jejich vzájemné uložení a natočení určuje, jak se křídlo (část křídla) bude ohýbat. S voštinovými bloky v každém křídle manipulují elektrické motory se šroubovým pohonem, které zajišťují samotné tvarování křídla. Povrch křídla je potažen velmi pevným pružným kompozitním materiálem.

 

Foto: Řídící plochy na klasickém křídle: 1- winglet; 2, 3 – křidélko (aileron) pro nízké a vysoké rychlosti; 4 – podpěry vztlakových klapek; 5 – Krügerova klapka; 6 – sloty; 7, 8 - vztlakové klapky; 9 – spoiler; 10 – aerodynamická brzda / Arne Nordmann; CC BY-SA 3.0

 

Díky kompozitnímu povlaku je profil křídla čistý a má mnohem menší aerodynamický odpor než klasické křídlo s křidélky. Navíc voštinové bloky dokáží mnohem precizněji měnit svůj tvar a dokonce se kroutit (vlnit se) v podélném směru.


V podstatě jde již o 120 let starou technologii. Vůbec první letadlo na světě Flyer I bratří Wrightů se naklápělo doleva nebo doprava tak, že pilot pomocí táhel zkroutil plátěné křídlo. Později tuto funkci převzaly právě klapky na křídlech. Podobnou technologii používala i první stíhačka na světě Fokker Eindecker (1915).


Od technologie morfujících křídel se upustilo, protože do dnešních dní neexistoval dostatečně pevný a odolný materiál, který by vydržel namáhání křídel při vysokých rychlostech nebo při náročných manévrech. Zlom přišel až s rozvojem moderních uhlíkových kompozitů a s rozvojem moderních systémů řízení letu.


Hlavní předností morfujících křídel je zvýšení účinnosti křídel v celé letové obálce. V případě zcela nových křídel založených na morfující technologii spotřeba letadel poklesne o 8 až 12 % nebo přibližně o stejnou hodnotu se prodlouží dolet a výdrž ve vzduchu. Technologií lze ale vylepšit i křídla stávajících letadel, u kterých se počítá s poklesem paliva o 3 až 5 %.


Video: Ukázka fungování mofujících křídel (2014). / YouTube

 

Například americký dopravní letoun C-17 Globemaster III má s výsadkáři dolet přes 10 000 km. Při využití nových morfujících křídel dolet vzroste zhruba o 1000 km. Avšak technologie se jistě objeví nejdříve u vojenských bezpilotních letadel, jako je bitevní dron MQ-9 Reaper.

 

Díky lepší účinnosti lze ušetřit miliony dolarů ročně za palivo, snížit celkovou hmotnost konstrukce a současně také zredukovat hluk při vzletu a přistání letadla. Hladký přechod křídel totiž pomáhá plynulejšímu proudění vzduchu, takže dochází ke snížení tření a rovněž ke snížení nákladů na pohonné hmoty.

 

Morfující křídla dokonce slibují výrazně rozšířit letovou obálku letounu. V delší budoucnosti se počítá se stavbou celých morfujících křídel, které mohou v různých fázích letu (nízké/vysoké rychlosti, nízká/vysoká letová hladina, přistání/start, náročné manévry) zásadně měnit celý svůj tvar a profil.

 

Video: Práce řídících ploch bombardéru B-2 Spirit při tankování za letu. U B-21 Raider mohou tyto plochy zcela nahradit morfující křídla. / YouTube

 

Technologie morfujících křídel je extrémně zajímavá pro stealth letouny, protože nejrůznější řídící plochy, ať už u stíhačky F-35 nebo bombardéru B-2, jsou zdrojem silného radiolokačního podpisu. Technologie přitom může odstranit nejen řídící plochy křídel, ale také směrových kormidel.

 

Otázkou je, kdy technologii uvidíme v ostrém provozu. Jak to bývá u všech technických novinek, problém není v samotné technologii – ta je již připravena. Problém je v byrokracii a také v přísných leteckých předpisech. Ještě potrvá několik let, než někdo dá finální “razítko” a povolí zavedení technologie do provozu.

 

Tyler Rogoway z webu The Drive spekuluje, že technologii morfujících křídel může získat jako první bombardér B-21 Raider. Ten vychází z původního návrhu B-2 a spekuluje se, že B-21 je určen zejména pro dalekonosné mise ve velmi velkých výškách.

 

Technologii morfujících křídel ale lze uplatnit i u vrtulníků, ponorek, aut, lodí nebo větrných elektráren, jednoduše všude tam, kdy se nějaké těleso pohybuje v plynném nebo kapalném prostředí.

 

Zdroj: The Drive

Udělte článku metály:

Počet metálů: 5 / 5

Nahlásit chybu v článku

Přidej komentář

Přidávat diskuzní příspěvky a hlasovat pro článek mohou jen registrovaní. Prosím zaregistrujte se nebo se přihlašte!

Komentáře

avatar
logik Datum: 02.11.2017 Čas: 12:28

Rimr:
Aerodynamiku znam jen z rychlíku, takže nebudu tvrdit, že používám vždy správné termity, nebo že to můžu tvrdit s 100% jistotou, ale myslel jsem to tak, že klapky, jak jsou řešené dnes, tak defakto dělají "své vlastní křídlo" se svojí náběžnou hranou. (Hezky je to vidět např. tady:
https://www.decodedscience.org/wp-content/uploads/2012/03/Flaps.jpg
).
A ta je zdrojem dalšího odporu - pokud by se napojila klapka přímo na křídlo, tak odpor citelně poklesne. Interferenční odpor ale na hladším křídle zcela jistě poklesne také, v tom máš určitě pravdu.

Nejde od sebe oddělit vztlak a indukovaný odpor. Kromě toho má každé křídlo ještě navíc parazitní odpor, který je snaha minimalizovat - to je odpor (ale to určitě víš :-)), kterej nepřispívá vztlaku, ale prostě jen to letadlo brzdí. A každá "náběžná hrana navíc" - tedy defakto "zbytečné navýšení čelního průřezu" - do toho parazitního odporu bude přispívat.

avatar
RiMr71 Datum: 02.11.2017 Čas: 11:15

...když odstraníš z křídla náběžnou hranu, tak ten odpor ale naroste dost dramaticky... :)
Asi myslíš odstranění zdrojů interferenčního odporu. Odpor které vytváří křídlo (resp. profil) je ségra vztlaku, jeden bez druhého nefunguje..

avatar
logik Datum: 28.10.2017 Čas: 22:49

flanker:
CFD má samozřejmě poměrně dosti limitů, ale výpočet odporu u podzvukového letu umí vcelku dobře - a obzvlášť, pokud jde o porovnávání dvou modelů (výpočet bude sice zatížen chybou, ale podobnou v obou případech). Takže ten odhad daný výpočtama může být poměrně přesný a tedy bych ho pokládal za věrohodný.

Samozřejmě, vyloučit, že to je pouze "marketingárna", nejde - ale z podstaty věci při zmenšení počtu "náběžných hran" zcela jistě dojde k zmenšení odporu, takže máme spíše důvod se domnívat, že ta čísla jsou správná, než že si je někdo vycucal z prstu.

avatar
Jirosi Datum: 28.10.2017 Čas: 21:43

flanker.jirka: Ale tohle je klasicky o aplikaci všeho, asi ne na staré typy jako winglety, ale pro nové letadla.

Pokud motory udělají úspory 10%, křídlo udělá dalších 10%, tak už jsme na 20% ! Opravdu to není tak, že když se upravuje křídlo tak z motory se nic dělat nebude.

avatar
flanker.jirka Datum: 28.10.2017 Čas: 21:20

Logik: pokud ta úspora bude tak znatelná jak píšete pro všechny případy, pořád si myslím že konkrétní být nemůžeme. Jsou to stále laboratorní podmínky. Už vůbec bych se nepouštěl do úspor na konkrétním typu, pokud takové úspory udělat, tak zrovna GM3 stále může 10% udělat již ověřenými technologií na změnu křídel a motorů.

avatar
damik Datum: 28.10.2017 Čas: 20:19

na druhou stranu klapky s mezerami maji vetsi vztlak protoze ty mezery podporuji vetsi uhel nabehu a vice klapek; protoze se te neodtrhne okrajova vrstva vzduchu

nic neni zadarmo, ale vyzkum je od toho aby se zkouselo. na ocas a ailerony se ten morphing muze dobre hodit ...

avatar
logik Datum: 28.10.2017 Čas: 19:49

PS: A samozřejmě, odpor křídel řeší všichni. Ale to nic nemění na tom, že klasická křídla s klapkami principiálně nejde udělat s tak nízkým odporem, jako tyto "morfující křídla".

avatar
logik Datum: 28.10.2017 Čas: 19:48

flanker: Není problém oblétnout polovinu zeměkoule? Není - pokud máš dostatek tankerů a letadla velká jako kráva. A to vše stojí nemalé peníze.

Podle příkladu z článku pak evidentně ta technologie má smysl i pro běžný letový režim: viz příklad s Globemasterem. O 10% větší dolet není rozhodně zanedbatelné vylepšení. Samozřejmě, jen kvůli takové úspoře paliva nikdo nebude pořizovat nové letadlo. Ale to neznamená, že u nových letadel taková technologie není podstatnou výhodou. USAF spotřebuje ročně benzínu za 10miliard dolarů. Deset procent z toho, to by byla slušná úspora....

A samozřejmě, ta technologie má spoustu ale a kdoví, jestli bude ekonomicky výhodná. Ale takovéto ale byly u každé nově zaváděné technologie....

avatar
flanker.jirka Datum: 28.10.2017 Čas: 16:49

logik: právě parazitní odpor křídla řešil i A 330NEO, možná bude postačovat preciznější výroba a technologie,
Současné stroje mají křídlo koncipované podle toho co od něj uživatel požaduje, taková plynulá změna profilu křídla rozhodně přinese úspory i v oblastech, na které dané křidlo není stavěno a letadlo se v této části obálky pohybuje kratší dobu, typicky vzlet, přistání. Určitě by bylo dobré vědět jak to vypadá pod povrchem a jak náročné to bude na údržbu/výměnu dílů. Jak by se počítal například počet cyklů?
U bombardérů by šlo o úspory na ekonomice, dolet je relativní, již dnes pro není problém oblétnout půl Zeměkoule, půjde o návratnost, výroba nových strojů je drahá a B 52 a TU 95 na druhé straně, tak zastanou svou práci, protože mají výzbroj s delším doletem. Tak že se tu stále provozují staté herky, přestože ekonomika civilních strojů z éry vzniku obou bombardérů je dávno přetavena na nové stroje.

avatar
gangut Datum: 28.10.2017 Čas: 16:10

Vyzerá to zaujímavo, ale myšlienka to nie je nová. Už v počiatkoch letectva sa pre priečne riadenie využívalo ohýbanie koncov krídel. Pre funkciu klapiek to asi nebude mať veĺký prínos, nevytvára to štrbiny.. Predpokladám, že sa to ukáže ako neekonomická cesta. Drahé, zložité a ťažké.Tak ako rozne teleskopické, zaťahovatelné krídla alebo svojho času zmena šípovitosti.

avatar
Jirosi Datum: 28.10.2017 Čas: 12:55

flanker.jirka: Nedají, protože výsledná úspora je násobek. Cílem je aplikovat všechny úspory najednou a tím získat maximální profit.

avatar
logik Datum: 28.10.2017 Čas: 12:22

Zapomínáte, že vojenské letadla nejsou jen stíhače. U takových bombardérů to může znamenat ne nepodstatnou úsporu paliva a z toho plynoucí větší dolet nebo nosnost.

Flanker: odlehčujou všichni. Todle je prostě něco navíc a jestli se to dotáhne do praxe, tak to může podstatně zmenšit parazitní odpor křídla.

avatar
flanker.jirka Datum: 28.10.2017 Čas: 12:02

Je dobře, že se najde někdo, kdo chce vyzkoušet nějakou myšlenku přivést k praxi. Ale úspory, které přináší takovéto křídlo se dají dosáhnout i jinak. Lepšími motory a třeba jen odlehčením konstrukce díky materiálům.
Samozřejmě to nebude platit pro všechny aplikace v letectví. Ale u manévrujících stíhacích letadel to bude hůře použitelné, namáhání konstrukcí je tam jiné než na pokusném letadle.

Příkladem může být A 330 NEO.
https://www.novinky.cz/ekonomika/452362-novy-uspornejsi-airbus-a330neo-absolvoval-prvni-let.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Airbus_A330neo

avatar
madrabbit Datum: 28.10.2017 Čas: 08:04

Jasně, jako klapky ano. Ale co rychlejší pohyby - pro křidélka, zejména u bojových strojů je důležitá rychlost změny nastavení v poměrně velkém rozsahu. A pak opravy poškození. Povrch se jednolitý, takže se bude muset rozřezat - kolikrát to asi půjde?

avatar
Ultramarinus Datum: 27.10.2017 Čas: 17:26

Hezké, ale ačkoliv to bude užitečné, za tak převratný zlepšovák bych to nebral. Kdyby někdo vymyslel pro letadla engine pack, který by "žral" jen bezpečný štěpný materiál (bez většího rizika kontaminace čehokoliv) a jako reaktivní materiál mu stačil okolní vzduch, bylo by to zajímavější, a na dolet letadla by to mělo násobně větší vliv.

arr