AFRL testet erfolgreich variabel gekrümmtes Morphing Wing, steigert Flugzeugperformance

Das Air Force Research Laboratory (AFRL, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, USA) hat kürzlich die erfolgreiche Flugdemonstration einer game-changing Camber-Morphing-Flügel-Technologie abgeschlossen, die die Reichweite und Performance von Flugzeugen signifikant erhöhen könnte.

Der von AFRL entwickelte Variable Camber Compliant Wing (VCCW) ist in der Lage, seine Form zu ändern, um aerodynamische Performance zu verbessern und sich an verschiedene Flugbedingungen und Missionen anzupassen. Flügelkrümmung (Camber), also die Form einer Flügelfläche, ist ein fundamentales Element aerodynamischen Flugs. Konventionelle Flügel mit diskreten, gelenkigen Steuerflächen haben höheren Widerstand, während Flügel mit glatter Krümmung effizient und manövrierfähig sind. Die Fähigkeit, den Flügel gemäß aerodynamischen Bedingungen zu morphen, würde einem Flugzeug erhöhten Auftrieb geben, wenn nötig, ohne Gewichtsstrafe – typischerweise bei Start und Landung – und größere Treibstoffeffizienz und Manövrierfähigkeit im Flug.

Dieses Flugexperiment demonstrierte die zweite Iteration des VCCW, eine kleinere, kompaktere Version als die erste, die primär in Windkanalexperimenten genutzt wurde. Dieser acht Fuß (2,44 m) Flügel war für den Flug auf einem kommerziellen ferngesteuerten Flugzeug ausgelegt, das ein unbemanntes Luftfahrzeug simuliert. Während der Flugserie im September und Oktober 2019 wurde der Flügel bei niedrigen Geschwindigkeiten geflogen, absolvierte diverse Manöver und demonstrierte aktive Formkontrolle für optimierte Widerstandsreduktion und erhöhte Agilität.

Einteilige, composite Haut

Der VCCW verfügt über glatte, kontinuierliche Hautkonstruktion, die nicht nur Lärm durch Eliminierung scharfer Kanten und Spalten reduziert, sondern auch aerodynamische Performance verbessert. Laut Dr. James Joo, AFRL Advanced Structural Concepts Team Lead und VCCW Program Manager, übersetzt sich die verbesserte Aerodynamik in potenziell signifikante Treibstoffeinsparungen.

„Frühe Schätzungen zeigen VCCW-Technologie, die Flugzeug-Treibstoffverbrauch um 10 % einspart“, sagte Joo. „Das war eines unserer Hauptziele, und es passt zu den Bemühungen der Air Force, Gesamtenergiekosten zu reduzieren.“

Laut einem Dezember-2019-Artikel in TechBriefs.com:

„Der Flügel kann die Profilkrümmung aktiv bis zu 6 % neu konturieren und die gesamte Haut ist nahtlos, kontinuierlich und besteht aus einem einteiligen, nicht-dehnbaren Composite-Haut. Die glatte konforme Form des Flügels wird durch verteilte elastische Verformung des zugrundeliegenden compliant Mechanismus und 3D-Formänderung durch Variation der Krümmung entlang der Spannweite mittels verteiltem Aktuatorsystem entlang der Spannweite erreicht. Einzige Aktuatorsteuerung für sowohl Vorder- als auch Hinterkantenablenkung ist ein weiterer sehr einzigartiger Aspekt von VCCW im Vergleich zu früheren Technologien. Es wurde mit fortschrittlicher Fertigungstechnologie gefertigt, die eine Lösung ermöglicht, die leicht, niedrigenergetisch und kostengünstig ist.“

Flexible Flügeltechnologie vorantreiben

Jared Neely, AFRL Research Engineer und Designer des Morphing-Flügels, nannte diese Demonstration einen wichtigen Schritt bei der Weiterentwicklung flexibler Flügeltechnologie für den Kriegseinsatz.

„Der Erfolg dieser Demonstration gibt uns Vertrauen, dass diese Technologie auf höhere Fahrzeugklassen übertragen werden kann, um die vielen Vorteile zu nutzen, die diese Technologie wirklich bieten kann.“

Joo fügte hinzu, dass zwar andere Forschungsorganisationen das Morphing-Camber-Konzept erforscht haben, AFRLs Version einzigartig sei, weil es ein wahrer flexibler Flügel ohne diskrete Steuerflächen für Start und Landung sei. Diese nahtlose Oberfläche kann die Gesamtreichweite erhöhen und ist ideal für diverse Langstreckenplattformen. Er sagt, das Team werde das Konzept weiter verfeinern und zusätzliche Wege prüfen, wie es bestehende Flugzeuge nutzen kann.

„Wir sind begeistert vom Erfolg dieser Demonstration“, sagte Joo. „Wir erkunden weiterhin die Chancen, die diese Technologie für zukünftige Air Force Flugzeugentwicklungen bieten kann.“