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AFRL-Wölbungs-Morphing-Flügel ergreift den Flug

Das Air Force Research Laboratory (AFRL, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, USA) hat kürzlich die erfolgreiche Flugdemonstration einer bahnbrechenden Wölbungs-Morphing-Flügeltechnologie abgeschlossen, die die Reichweite und Leistung von Flugzeugen erheblich steigern könnte.

Der von AFRL entwickelte Variable Camber Compliant Wing (VCCW) ist in der Lage, seine Form zu ändern, um die aerodynamische Leistung zu verbessern und sich an verschiedene Flugbedingungen und Missionen anzupassen. Wing Camber oder die Form einer Flügeloberfläche ist ein grundlegendes Element des aerodynamischen Fluges. Herkömmliche Flügel mit diskreten angelenkten Steuerflächen haben einen größeren Widerstand, wohingegen Flügel mit einer glatten Wölbung effizient und manövrierfähig sind. Die Fähigkeit, den Flügel entsprechend den aerodynamischen Bedingungen zu verändern, würde einem Flugzeug bei Bedarf ohne Gewichtsverlust – normalerweise bei Start und Landung – einen erhöhten Auftrieb und eine größere Kraftstoffeffizienz und Manövrierfähigkeit während des Fluges verleihen.

Dieses Flugexperiment demonstrierte die zweite Iteration des VCCW, eine kleinere, kompaktere Version als die erste, die hauptsächlich in Windkanalexperimenten verwendet wurde. Dieser 2,40 m lange Flügel wurde entwickelt, um mit einem handelsüblichen ferngesteuerten Flugzeug geflogen zu werden, das ein unbemanntes Luftfahrzeug simuliert. Während der Flugserie, die im September und Oktober 2019 stattfand, wurde der Flügel mit niedriger Geschwindigkeit geflogen, eine Reihe von Manövern absolviert und eine aktive Formkontrolle für eine optimierte Luftwiderstandsreduzierung und erhöhte Agilität demonstriert.

Einteilige Verbundhaut

Der VCCW verfügt über eine glatte und durchgehende Hautkonstruktion, die nicht nur Geräusche reduziert, indem scharfe Oberflächen und Lücken eliminiert werden, sondern auch die aerodynamische Leistung verbessert. Laut Dr. James Joo, Teamleiter AFRL Advanced Structural Concepts und VCCW-Programmmanager, führt die verbesserte Aerodynamik zu potenziell erheblichen Kraftstoffeinsparungen.

„Frühe Schätzungen zeigen, dass die VCCW-Technologie den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen um 10 Prozent einspart“, sagte Joo. „Dies war eines unserer Hauptziele und passt zu den Bemühungen der Air Force, die Gesamtenergiekosten zu senken.“

Laut einem Artikel vom Dezember 2019 in TechBriefs.com:

"Der Flügel kann die Profilwölbung um bis zu 6% aktiv neu konturieren und die gesamte Außenhaut ist nahtlos, durchgehend und besteht aus einer einteiligen, nicht dehnbaren Verbundhaut . Eine glatte konforme Form des Flügels wird durch verteilte elastische Verformung von dem darunterliegenden nachgiebigen Mechanismus erreicht und eine 3D-Formänderung ist auch durch Variation der Wölbung entlang der Spannweitenrichtung unter Verwendung eines verteilten Betätigungssystems entlang der Spannweite möglich. Die Einzelbetätigungssteuerung für die Ablenkung der Vorder- und Hinterkante ist ein weiterer sehr einzigartiger Aspekt von VCCW im Vergleich zu früheren Technologien. Es wurde mit fortschrittlicher Fertigungstechnologie hergestellt, die eine leichtgewichtige, stromsparende und kostengünstige Lösung ermöglicht.“

Weiterentwicklung der flexiblen Flügeltechnologie

Jared Neely, AFRL-Forschungsingenieur und Konstrukteur des sich wandelnden Flügels, bezeichnete diese Demonstration als einen wichtigen Schritt zur Weiterentwicklung der flexiblen Flügeltechnologie für den Einsatz in Kriegsflugzeugen.

„Der Erfolg dieser Demonstration hat uns zuversichtlich gemacht, dass diese Technologie in höherklassige Fahrzeuge eingesetzt werden kann, um die vielen Vorteile zu nutzen, die diese Technologie wirklich bieten kann.“

Joo fügte hinzu, dass, obwohl andere Forschungsorganisationen das Morphing-Camber-Konzept untersucht haben, die Version von AFRL einzigartig ist, da es sich um einen echten flexiblen Flügel ohne diskrete Steuerflächen handelt, die beim Start und bei der Landung helfen. Diese nahtlose Oberfläche kann die Gesamtreichweite erhöhen und ist somit ideal für eine Vielzahl von Langstreckenplattformen. Er sagt, dass das Team das Konzept weiter verfeinern und nach weiteren Möglichkeiten suchen wird, wie es bestehenden Flugzeugen zugute kommen kann.

„Wir freuen uns über den Erfolg dieser Demonstration“, sagte Joo. „Wir untersuchen weiterhin die Möglichkeiten, die diese Technologie für die zukünftige Entwicklung von Air Force-Flugzeugen bieten kann.“


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