NASA gebruikt geheugenlegeringen om vleugels te vouwen

Anonim

NASA gebruikt geheugenlegeringen om vleugels te vouwen

vliegtuig

David Szondy

22 januari 2018

4 afbeeldingen

NASA gebruikte een op afstand bestuurd vluchttestbed dat Prototype Technology-Evaluation Research Aircraft of PTERA heet, om de vormgeheugenlegering te testen (Credit: NASA / Ken Ulbrich)

NASA ziet opvouwbare vleugels als een belangrijke luchtvaarttechnologie voor het vliegtuig van morgen en om het praktisch mogelijk te maken, zoekt het ruimtevaartbureau naar een geavanceerde, lichtgewicht geheugenlegering. De nieuwe legering is ontwikkeld voor het Spanwise Adaptive Wing (SAW) -project en laat de vleugel- en bedieningsoppervlakken van een vliegtuig van vorm veranderen zonder zware hydraulische systemen.

Vliegtuigvleugels zijn ver verwijderd van die gemaakt van vurenhout en eend voor de Wright-flyer uit 1903, maar ze zijn ook erg gecompliceerd geworden. Ze zijn ook beperkt in hoe efficiënt ze kunnen zijn, omdat ze afhankelijk zijn van verschuivende en kantelbare rigide bedieningsvlakken om te werken.

Als een vleugel een beetje 'rubberachtiger' was, kon deze zichzelf een verscheidenheid aan vormen geven om te voldoen aan verschillende vliegomstandigheden, terwijl een soepele, aerodynamische vorm werd behouden om turbulentie te minimaliseren. Het is geen nieuw idee. De Wright flyer's flight controls werkten door de vleugels te krommen met behulp van eenvoudige katrollen, en tientallen jaren hebben lucht- en ruimtevaarttechnici het concept onderzocht, inclusief in een gemodificeerde Noord-Amerikaanse XB-70 Valkyrie in de jaren zestig.

Het probleem is dat de hydraulische mechanismen die worden gebruikt om vleugels te vouwen zwaar, volumineus en energieverslindend zijn tot het punt waarop hun nadelen een van hun voordelen compenseren. Als onderdeel van een gezamenlijke inspanning bestuderen NASA's Armstrong Flight Research Center, Glenn Research Center, Langley Research Center, Boeing Research & Technology en Area-I Inc hoe de gebruikelijke hydraulica en motoren te vervangen door actuatoren die 80 procent zijn lichter en wordt gerund door vormgeheugenlegering als een manier om vleugels te creëren die beter werken op subsonische, trans- en supersonische snelheden.

Onlangs voerde NASA een reeks vliegproeven uit met Rogers Dry Lake op de Edwards Air Force Base in Californië met behulp van de op afstand bestuurde Prototype Technology-Evaluation Research Aircraft (PTERA) uitgerust met vleugels met tips die tussen nul en 70 graden omhoog kunnen klappen en naar beneden tijdens de vlucht. De koolstofcomposiet UAV is uitgerust met uitgebreide telemetrie en sensoren, en werd gevlogen in een racebaanpatroon met de vleugels in de nulpositie, vervolgens in de 70 procent op en neer posities op volgende vluchten.

De drone was in staat om dit te doen met behulp van een actuator bestaande uit een buis gemaakt van thermische vormgeheugenlegering. Een geheugenlegering is een legering die wordt geactiveerd door een externe stimulus, meestal warmte, en terugspringt in zijn oorspronkelijke staat. Dit betekent dat u bijvoorbeeld een strook legering kunt nemen, deze kunt verfrommelen en vervolgens kunt zien hoe hij zichzelf losraakt bij verhitting.

In de vleugels van de PTERA zorgt het verwarmen van de buis ervoor dat de buis draait, waardoor de uiteinden van de vleugels omhoog of omlaag buigen.

"De prestaties van deze nieuwe legering die we hebben ontwikkeld tussen NASA en Boeing hebben echt uitstekende prestaties opgeleverd", zegt Jim Mabe, Technical Fellow bij Boeing Research and Technology. "Vanaf het moment dat we begonnen met de eerste tests hier bij Boeing, tot aan de vliegproeven, gedroeg het materiaal zich consistent en presteerde het beter dan voorgaande materialen. "

Volgens NASA kan het vermogen om hun vleugels te vouwen op een dag zorgen voor lichtere, eenvoudigere vliegtuigen met langere en slankere vleugels, stabilisatoren en roeren die ze niet alleen zuiniger maken, maar ook beter in staat zijn om te taxiën op luchthavens en te morphen hun vleugels om verschillende luchtomstandigheden te exploiteren in plaats van eraan te lijden. Bovendien zou het supersonische vluchten eenvoudiger maken.

"Er is veel voordeel bij het naar beneden klappen van de vleugelpunten om een ​​soort van 'ride the wave ' te zijn in een supersonische vlucht, inclusief verminderde weerstand. Dit kan resulteren in een efficiëntere supersonische vlucht ", zegt SAW Principal Investigator Matt Moholt . "Door deze inspanning kunnen we mogelijk dit element inschakelen voor de volgende generatie supersonische vluchten, om niet alleen de weerstand te verminderen, maar ook de prestaties te verbeteren, terwijl u overstapt van subsonische naar supersonische snelheden. "

NASA gaat later dit jaar door met SAW-vluchten en concentreert zich daarbij op het vouwen van vleugels tussen 70 graden en 70 graden naar beneden in een enkele vlucht. Dit wordt gevolgd door het opschalen van de technologie voor installatie op een F-18.

"We hebben de SAW-technologie in een echte vluchtomgeving gezet en deze vluchten hebben niet alleen bewezen dat we met deze technologie kunnen vliegen, maar ze hebben ook bevestigd hoe we deze hebben geïntegreerd", zegt Moholt. "We zullen de gegevens van deze vluchten gebruiken om het activeringssysteem te blijven verbeteren, inclusief snelheid en soepelheid van het daadwerkelijk vouwen van de vleugels, en we zullen ze toepassen zodra we klaar zijn om opnieuw te vliegen in 2018. "

Onderstaande video toont een van de PTERA-vluchten.

Bron: NASA

NASA gebruikte een op afstand bestuurd vluchttestbed dat Prototype Technology-Evaluation Research Aircraft of PTERA heet, om de vormgeheugenlegering te testen (Credit: NASA / Ken Ulbrich)

Het Spanwise Adaptive Wing-concept tracht de prestaties van het vliegtuig te verbeteren door de buitenboordgedeelten van vleugels aan te passen of te vouwen, afhankelijk van de verschillende eisen van de vliegomstandigheden (Credit: NASA)

PTERA tijdens de vlucht (Credit: NASA)

Het subschaal testbed PTERA vliegt over NASA Armstrong Flight Research Center in Californië met de buitenste delen van zijn vleugels 70 graden naar boven gevouwen (Credit: Area-I)