Nowa zasada sterowania: projekt pilotażowy DARPA / Aurora CRANE

18
Nowa zasada sterowania: projekt pilotażowy DARPA / Aurora CRANE
Wczesna wersja modelu oczyszczenia


Od 2019 roku w eksperymentalny program CRANE zaangażowana jest amerykańska Agencja Zaawansowanych Badań DARPA. Jego celem jest stworzenie i przetestowanie samolotu typu samolot z nietypowym sposobem sterowania lotem. Do niedawna program był na etapie konkursowym, a kilka firm opracowało swoje wstępne projekty. Teraz DARPA wybrała zwycięzcę, który będzie kontynuował pracę.



Etap rywalizacji


W sierpniu 2019 r. agencja DARPA ogłosiła rozpoczęcie prac nad tematem CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effecters – „Control using new devices for advanced aircraft”). Poinformowano, że celem tego programu będą badania i rozwój technologii tzw. aktywna kontrola przepływu powietrza (Active Flow Control - AFC). Zasada ta miała być badana w laboratorium i przy pomocy eksperymentalnego samolotu.

Agencja planowała wówczas zaprosić potencjalnych programistów i zorganizować „dzień propozycji technicznych” z ich udziałem. Następnie program mógł przejść do etapu badań wstępnych i projektowania konkurencyjnego. Ta część zadania została wyznaczona jako Etap 1.

Chęć udziału w programie pilotażowym wyraziło kilku dużych deweloperów lotnictwo technologia. Jednym z uczestników była Aurora Flight Sciences, spółka zależna Boeinga. w latach 2019-20 dołączyła do CRANE i rozpoczęła niezbędne badania.

Badania i konkurencyjna „faza-1” programu trwała do niedawna. Pod koniec ubiegłego roku klient, reprezentowany przez DARPA, otrzymał wyniki pracy czterech zawodników, przestudiował je i podjął decyzję. Zwycięzcą tego etapu została firma Aurora Flight Sciences. Jej projekt został uznany za najbardziej udany i obiecujący pod względem realizacji zadań.


model zaawansowany

Plany na przyszłość


Wyniki „Fazy 1” ogłoszono 17 stycznia. Tego samego dnia agencja DARPA wystawiła zwycięskiej firmie umowę na wykonanie kolejnych prac. Koszt kontraktu i termin jego realizacji nie są podawane. Jednocześnie zamawiający i wykonawca opublikowali komunikaty prasowe, w których ujawnili część swoich planów na najbliższą przyszłość.

Na poprzednim etapie specjaliści Aurora Flight Science przeprowadzili badania teoretyczne i opracowali kilka opcji wyglądu samolotu z AFC. Następnie modele zostały wykonane i przetestowane w tunelu aerodynamicznym. W trakcie tych prac znaleźliśmy optymalny wariant projektowy, potwierdziliśmy jego potencjał i zidentyfikowaliśmy sposoby dalszego doskonalenia.

Teraz projekt CRANE firmy Aurora przechodzi do kolejnej fazy Fazy 2. Jego celem jest stworzenie projektu technicznego wraz z opracowaniem wszystkich kluczowych elementów i technologii. Wykonawca musi stworzyć płatowiec samolotu o charakterystycznej konstrukcji, a także zakończyć opracowanie kompletnego i działającego systemu sterowania AFC wraz z całym oprogramowaniem i sprzętem.

W ramach kolejnej „fazy 3” firma deweloperska będzie musiała zbudować demonstrator technologii i przeprowadzić testy w locie. Aurora już informuje, że taki samolot będzie miał rozpiętość skrzydeł 30 stóp (9,1 m) i masę startową 7 3180 funtów (ok. XNUMX kg). Dzięki temu możliwe będzie pełniejsze określenie potencjału nowej technologii w odniesieniu do pełnowymiarowych statków powietrznych i BSP.

Aurora Flight Science i DARPA planują zebrać dużą ilość danych, które pozwolą nam wyciągnąć ostateczne wnioski. Jeśli podczas trzech faz aktywna kontrola przepływu spełni oczekiwania, technologia ta będzie dalej rozwijana, a nawet znajdzie zastosowanie w samolotach. Jednak pojawienie się obiecujących samolotów lub UAV z AFC jest wciąż kwestią niepewnej przyszłości.

Rozwiązania techniczne


Aurora i DARPA pokazywały wcześniej modele oczyszczania dla „fazy 1” i grafiki komputerowej z obiecującym samolotem. Opublikowane materiały generalnie pozwalają zrozumieć, jak mógłby wyglądać przyszły demonstrator technologii, a potem pełnoprawny samolot.


Wszystkie wersje modeli testowych zostały zbudowane przy użyciu opływowego kadłuba ze spiczastym dziobem i płaskim dnem. Poniżej na takim kadłubie, przed nasady skrzydła, znajdował się wlot powietrza. Silnik turboodrzutowy znajduje się w ogonie kadłuba; dysza jest wysunięta poza krawędź spływu skrzydła. W miarę prac badawczo-rozwojowych projektu zmienił się kształt kadłuba, ale główne decyzje pozostały te same.

Produkt CRANE firmy Aurora otrzymał niezwykłe skrzydło, zarówno pod względem wyglądu, jak i designu. Już na wczesnym etapie używano skrzydła w kształcie rombu. Cechą charakterystyczną jest jego „ramkowa” konstrukcja – każda płaszczyzna posiada przednią i tylną krawędź, pomiędzy którymi znajduje się trójkątne okienko.

Zgodnie z wynikami pierwszych badań skrzydło takie uzupełniono prostymi konsolami na końcach trójkątnych płaszczyzn. Postanowili również zrezygnować ze schematu „latającego skrzydła” i zainstalowali zapadnięte stępki na kadłubie. Podobno testowano różne opcje dodatkowych samolotów i upierzenia.

Skrzydło i usterzenie pokazanych modeli nie mają tradycyjnych sterów aerodynamicznych i zamiast tego wykorzystują system AFC. Na górnej powierzchni skrzydła wzdłuż drzewc umieszczono cztery zestawy dysz, które dostarczają sprężone powietrze do tyłu w kierunku lotu. Działanie dysz zapewnia wlot powietrza, sprężarka i urządzenia sterujące.

System AFC oferuje niezwykły sposób sterowania lotem i poważnie zmienia aerodynamikę samolotu. Tak więc niezwykłe skrzydło „z oknami” ma wystarczające właściwości do lotu, a zasilanie sprężonym powietrzem z dysz pozwala kontrolować jego aerodynamikę. Poprzez zmianę ciśnienia powietrza w dyszach proponuje się sterowanie prędkością przepływu powietrza w pobliżu skrzydła - i zmianę siły nośnej tego ostatniego.


Konstrukcja skrzydła z czterema kompletami dysz pozwala na wykonywanie wszystkich podstawowych manewrów. Synchroniczna zmiana siły nośnej obu samolotów powinna zapewnić wznoszenie lub opadanie. W przypadku przewrotów i odpowiadających im manewrów parametry samolotów należy zmieniać inaczej. Środki kontroli przepływu mogą być umieszczone nie tylko na skrzydle, ale także na ogonie i zapewniają odpowiednie możliwości manewrowania.

Zalety i wady



Zakłada się, że system AFC ma przewagę nad tradycyjnymi sterami aerodynamicznymi. Główne z nich związane są z brakiem ruchomych elementów działających w strumieniu powietrza. Zastosowanie AFC pozwala uprościć konstrukcję skrzydła, zmniejszyć jego wagę i zwiększyć niezawodność. Unikanie ruchomych sterów w znany sposób może uprościć konserwację statku powietrznego.

Sterowanie przepływem może być bardzo interesujące w kontekście technologii stealth. Faktem jest, że ruchome stery i/lub stabilizatory są w stanie odbić sygnał sondujący na radarze i zdemaskować samolot. System AFC nie zmienia kształtu samolotu i eliminuje takie zagrożenia. Ponadto w teorii pozwala na stworzenie optymalnej konfiguracji samolotów, dodatkowo zmniejszając widoczność, bez utraty zwrotności.

Jednak, jak pokazuje praktyka, koncepcja AFC, przy wszystkich swoich zaletach, jest dość skomplikowana pod względem praktycznej realizacji. Taki system wymaga specjalnego skrzydła, szeregu określonych jednostek itp. Ponadto wymagane są urządzenia sterujące, które mogą odbierać i przetwarzać dane z masy czujników, odbierać polecenia pilota i prawidłowo reagować na wszystkie te czynniki.

Aurora nie opracowała jeszcze w pełni funkcjonalnego systemu sterowania dla AFC. W tej chwili tworzenie takich narzędzi jest jednym z głównych zadań programu CRANE. Bez jego skutecznego rozwiązania rozwój nowych technologii nie będzie mógł posuwać się naprzód i nie będzie można liczyć na ich wdrożenie w praktyce.


Narysowany aparat ŻURAW w locie - rzędy dysz na skrzydle są wyraźnie widoczne

Ogólnie rzecz biorąc, proponowana koncepcja jest interesująca z technicznego punktu widzenia. Pozwala rozwiązać znane problemy, a nawet uzyskać pewne korzyści. Jednak wykonalność powszechnego wprowadzenia AFC jest wątpliwa. Program CRANE faktycznie proponuje zastąpienie „złożonej” kierownicy okablowaniem „prostym” kompleksem różnych środków. Nie zawsze taka zamiana będzie miała sens.

Trudne perspektywy


W ten sposób agencja DARPA wraz z komercyjnymi kontrahentami po raz kolejny zajmuje się badaniem i rozwojem obiecujących technologii w dziedzinie lotnictwa. W ramach obecnego programu CRANE planowane jest praktyczne zastosowanie zasadniczo nowej metody sterowania lotem.

Na razie projekt przeszedł etap pierwszych badań i testów w tunelu aerodynamicznym. Aurora Flight Science stoi teraz przed wyzwaniem opracowania kompletnego prototypu samolotu i wszystkich jego kluczowych systemów. To, czy uda się stworzyć taki samolot lub UAV i zademonstrować jego charakterystyczne cechy, okaże się za kilka lat.
18 komentarzy
informacja
Drogi Czytelniku, aby móc komentować publikację, musisz login.
  1. 0
    25 styczeń 2023 04: 55
    Czy to nie remake samolotu rozpoznawczego Aurora firmy Lockheed Martin, który rzekomo nie istnieje?

  2. +1
    25 styczeń 2023 05: 04
    Ciekawe rozwiązanie, ale od razu dostrzegam minus - dla pojazdów załogowych mechanizacja startu i lądowania skrzydła nadal będzie potrzebna.
    1. +1
      25 styczeń 2023 06: 15
      jest mało prawdopodobne, aby to rozwiązanie w ogóle dało się zastosować w wersji załogowej, ze względu na znacznie skromniejsze (niż tradycyjne) możliwości sterowania; i nie chodzi o to, że prościej, ponoć system wielu „dysz” z mechanicznymi amortyzatorami posłuży do redystrybucji ciągu z silnika
      1. +2
        27 styczeń 2023 01: 31
        Program CRANE faktycznie proponuje zastąpienie „złożonej” kierownicy okablowaniem „prostym” kompleksem różnych środków

        No tak. Najbardziej złożony ster (płaszczyznę odchylaną) zastępują tylko dziesiątki najprostszych dysz z indywidualnymi sprężarkami i prymitywnym sterowaniem komputerowym.
        Ładnie uproszczone.
    2. +1
      25 styczeń 2023 08: 31
      Masz rację, jak być bez klap i listewek.
  3. +1
    25 styczeń 2023 11: 24
    Ech, trzeba było wprowadzić Czubajów do DARPA, żeby zajęli się prawdziwymi projektami.
  4. 0
    25 styczeń 2023 12: 16
    Skąd te dysze biorą sprężone powietrze? Z silnika?
    Więc powietrze będzie pochodzić z wlotu powietrza, ze wszystkimi możliwymi zanieczyszczeniami. Okazuje się, że wewnętrzna ścieżka powietrza do tych dysz i same dysze z urządzeniami blokującymi będą słabym punktem, który wymaga ciągłego czyszczenia.
    Pomysł więc ciekawy – można przecież doprowadzić te same dysze do dolnej płaszczyzny skrzydła, tak aby sterowanie odbywało się nie tylko poprzez dobór siły nośnej, ale również poprzez jej zwiększanie. Wtedy pas startowy można skrócić.
    1. 0
      25 styczeń 2023 12: 37
      z wlotu powietrza przy starcie i niskich prędkościach - nie będzie wystarczającego ciśnienia!
      1. 0
        27 styczeń 2023 20: 47
        o ile dobrze zrozumiałem, wewnątrz silnika turboodrzutowego są wnęki, w których ciśnienie jest i tak większe niż na wlocie.
        Dlatego, jeśli silnik pracuje, sterowanie jest możliwe przy niskich obrotach. Niemożliwe będzie jedynie kołowanie po ziemi, ponieważ sterowanie aerodynamiczne opiera się na przechyle pojazdu w powietrzu.
        1. 0
          1 lutego 2023 19:57
          A kołowanie na ziemi i przy użyciu tradycyjnych sterów aerodynamicznych jest niemożliwe
    2. 0
      6 marca 2023 23:01
      pierwsza wrona, która dostanie się do wlotu powietrza, przypomni temu pepelatsu o prawach aerodynamiki, a potem o grawitacji
  5. 0
    25 styczeń 2023 18: 47
    Coś podobnego pisano w czasopismach w latach 80. Rozpoczęcie pracy zajęło 30 lat?
  6. 0
    26 styczeń 2023 12: 02
    Bardzo kuszące perspektywy. Nie bez powodu takie pieniądze zostały „pędzone” w USA na ten biznes. Z pewnością mówimy nie tylko o nowych sposobach sterowania samolotem, ale także o kardynalnym ochłodzeniu jego konstrukcji przy prędkościach hipersonicznych.
    1. 0
      1 lutego 2023 19:56
      I tutaj nie było mowy o hiperdźwiękach
  7. 0
    8 marca 2023 12:55
    I jaki jest sens pokazywania im tajnych wydarzeń?
  8. 0
    10 marca 2023 08:30
    Cóż, to wcale nie jest tajemnica, ale akordeon guzikowy w swoim najbardziej akordeonowym wyrazie jest celowo badawczym dowodem słuszności koncepcji...
    …i w praktyce ta sama zasada może być stosowana bardzo, bardzo różnie zarówno w lekkich dronach, jak i ciężkich pojazdach
  9. 0
    16 kwietnia 2023 11:23
    To wszystko jest bardzo zabawne w czytaniu, ponieważ przede wszystkim potrzebne jest nowe źródło przepływów dynamicznych, które w zasadzie powinno znajdować się w miejscu, z którego te przepływy mogą być rozprowadzane w celu skutecznego sterowania lotem.
  10. 0
    16 kwietnia 2023 11:39
    Jeśli nie ma podstaw teoretycznych, aby zrozumieć, jak w pewnym momencie przekierować przepływ dynamiczny w przeciwnym kierunku, trudno mówić o postępie.