Nou principiu de control: proiect pilot DARPA / Aurora CRANE
Versiunea timpurie a modelului de purjare
Din 2019, agenția americană de dezvoltare avansată DARPA este implicată în programul experimental CRANE. Scopul său este de a crea și testa o aeronavă de tip avion cu o metodă neobișnuită de control al zborului. Până de curând, programul se afla într-un stadiu competitiv, iar mai multe companii își dezvoltau proiectele preliminare. Acum DARPA a ales un câștigător care va continua munca.
Etapa competitivă
În august 2019, DARPA a anunțat începerea lucrărilor pe tema CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effecters - „Control folosind noi dispozitive pentru aeronave avansate”). Sa raportat că scopul acestui program ar fi cercetarea și dezvoltarea așa-numitei tehnologii. Control activ al fluxului (AFC). Acest principiu urma să fie studiat în laborator și folosind o aeronavă experimentală.
La acel moment, agenția plănuia să invite potențiali dezvoltatori și să organizeze o „zi a propunerilor tehnice” cu participarea acestora. După aceasta, programul ar putea trece la etapa de cercetare preliminară și proiectare competitivă. Această parte a lucrării a fost desemnată ca Faza 1.
Mai mulți dezvoltatori importanți și-au exprimat interesul de a participa la programul pilot. aviaţie tehnologie. Unul dintre concurenți a fost Aurora Flight Sciences, o subsidiară a Boeing. În 2019-20 s-a alăturat CRANE și a început să efectueze cercetările necesare.
Cercetarea și competiția „faza-1” a programului a continuat până de curând. La sfârșitul anului trecut, clientul, reprezentat de DARPA, a primit rezultatele muncii a patru concurenți, i-a studiat și a luat decizia. Aurora Flight Sciences a fost recunoscută drept câștigătoarea acestei etape. Proiectul ei a fost considerat cel mai de succes și promițător în ceea ce privește îndeplinirea sarcinilor atribuite.
Model îmbunătățit
Planurile de viitor
Rezultatele „fazei 1” au fost anunțate pe 17 ianuarie. În aceeași zi, DARPA a atribuit companiei câștigătoare un contract pentru realizarea lucrărilor ulterioare. Costul contractului și momentul implementării acestuia nu sunt raportate. Totodată, clientul și antreprenorul au publicat comunicate de presă în care și-au dezvăluit câteva dintre planurile lor pentru viitorul apropiat.
În etapa anterioară, specialiștii Aurora Flight Science au efectuat cercetări teoretice și au dezvoltat mai multe opțiuni pentru apariția unei aeronave cu AFC. Apoi au făcut modele și le-au testat într-un tunel de vânt. În timpul acestei lucrări, am găsit opțiunea optimă de proiectare, i-am confirmat potențialul și am identificat modalități de îmbunătățire ulterioară.
Acum, proiectul CRANE de la Aurora trece la următoarea etapă, Faza 2. Scopul său este de a crea un proiect tehnic cu dezvoltarea tuturor elementelor și tehnologiilor cheie. Antreprenorul trebuie să creeze o structură a aeronavei cu un design caracteristic, precum și să finalizeze dezvoltarea unui sistem de control AFC complet și operațional cu tot software-ul și hardware-ul.
Ca parte a următoarei „fază-3”, compania de dezvoltare va trebui să construiască un demonstrator de tehnologie și să efectueze teste de zbor. Aurora raportează deja că o astfel de aeronavă va avea o anvergură de 30 de picioare (9,1 m) și o greutate la decolare de 7 mii de lire sterline (aproximativ 3180 kg). Datorită acestui fapt, va fi posibil să se determine mai pe deplin potențialul noii tehnologii în ceea ce privește aeronavele de dimensiuni mari și UAV-urile.
Aurora Flight Science și DARPA plănuiesc să colecteze o cantitate mare de date care să permită tragerea unor concluzii definitive. Dacă controlul activ al fluxului se ridică la înălțimea așteptărilor în timpul celor trei faze, tehnologia va fi dezvoltată în continuare și chiar va fi folosită pe aeronave. Cu toate acestea, apariția unor avioane sau UAV-uri promițătoare cu AFC rămâne o chestiune de viitor incert.
Soluții tehnice
Aurora și DARPA au prezentat anterior modele de purjare pentru „faza 1” și grafica computerizată a aeronavei promițătoare. Materialele publicate ne permit, în general, să înțelegem cum ar putea fi un viitor demonstrator de tehnologie și apoi un avion cu drepturi depline.
Toate modelele de testare au fost construite folosind un fuzelaj raționalizat, cu un nas ascuțit și un fund plat. În partea de jos a unui astfel de fuzelaj, în fața părții rădăcinii aripii, era o priză de aer. Motorul turboreactor este situat în partea din spate a fuzelajului; duza se extinde dincolo de marginea de fugă a aripii. Pe măsură ce au fost efectuate cercetări și proiectul dezvoltat, forma fuzelajului s-a schimbat, dar principalele decizii au rămas aceleași.
Produsul CRANE de la Aurora a primit o aripă neobișnuită, atât ca aspect, cât și ca design. Deja în primele etape a fost folosită o aripă în formă de diamant. O trăsătură caracteristică este designul său „cadru” - fiecare avion are o margine din față și din spate, între care există o fereastră triunghiulară.
Pe baza rezultatelor primelor studii, o astfel de aripă a fost completată cu console drepte la vârfurile planurilor triunghiulare. De asemenea, au decis să renunțe la designul „aripii zburătoare” și au instalat aripioare prăbușite pe fuzelaj. Se pare că au fost testate diferite opțiuni pentru avioane și cozi suplimentare.
Aripa și întărirea modelelor prezentate nu au suprafețe tradiționale de control aerodinamic, ci folosesc în schimb sistemul AFC. Pe suprafața superioară a aripii de-a lungul elementelor laterale există patru seturi de duze care furnizează aer comprimat înapoi în direcția zborului. Funcționarea injectoarelor este asigurată de dispozitivele de admisie a aerului, compresor și control.
Sistemul AFC oferă o modalitate neobișnuită de a controla zborul și modifică semnificativ aerodinamica aeronavei. Astfel, aripa neobișnuită „cu ferestre” are suficiente caracteristici pentru zbor, iar alimentarea cu aer comprimat de la duze vă permite să-i controlați aerodinamica. Prin schimbarea presiunii aerului în duze, se propune controlul vitezei fluxului de aer în apropierea aripii - și modificarea forței de ridicare a acesteia din urmă.
Designul aripii cu patru seturi de jeturi permite toate manevrele de bază. O modificare sincronă a forței de ridicare a ambelor avioane ar trebui să asigure o creștere a altitudinii sau a coborârii. Pentru rosturi și manevrele corespunzătoare, parametrii avioanelor ar trebui modificați diferențial. Mijloacele de control al debitului pot fi instalate nu numai pe aripă, ci și pe spate și oferă capacități de manevră adecvate.
Avantaje și dezavantaje
Sistemul AFC ar trebui să aibă avantaje față de suprafețele tradiționale de control aerodinamic. Principalele sunt legate de lipsa elementelor mobile care funcționează în fluxul de aer. Utilizarea AFC face posibilă simplificarea structurii aripii, reducerea greutății acesteia și, de asemenea, creșterea fiabilității. Eliminarea cârmelor mobile într-un mod cunoscut poate simplifica întreținerea aeronavei.
Controlul fluxului poate fi de mare interes în contextul tehnologiilor stealth. Faptul este că cârmele și/sau stabilizatoarele mobile sunt capabile să reflecte semnalul sonor către radar și să demască aeronava. Sistemul AFC nu modifică forma aeronavei și elimină astfel de riscuri. În plus, teoretic, vă permite să creați o configurație optimă a avioanelor, care reduce și mai mult vizibilitatea, fără pierderea manevrabilității.
Cu toate acestea, după cum arată practica, conceptul AFC, cu toate avantajele sale, este destul de complex din punct de vedere al implementării practice. Un astfel de sistem necesită o aripă specială, un număr de unități specifice etc. În plus, sunt necesare dispozitive de control capabile să primească și să proceseze date de la o masă de senzori, să primească comenzi ale pilotului și să reacționeze corect la toți acești factori.
Aurora nu a dezvoltat încă un sistem de control complet funcțional pentru AFC. În prezent, crearea unor astfel de instrumente este una dintre sarcinile principale ale programului CRANE. Fără soluția sa de succes, dezvoltarea noilor tehnologii nu va putea avansa și nu se poate conta pe implementarea lor în practică.
Un desen al dispozitivului CRANE în zbor - rândurile de duze de pe aripă sunt clar vizibile
În general, conceptul propus prezintă interes din punct de vedere tehnic. Rezolvă problemele cunoscute și chiar oferă unele beneficii. Cu toate acestea, fezabilitatea implementării pe scară largă a AFC este discutabilă. Programul CRANE sugerează de fapt înlocuirea unui volan „complex” cu cabluri cu un complex „simplu” de diferite mijloace. O astfel de înlocuire nu va avea întotdeauna sens.
Perspective provocatoare
Astfel, DARPA, împreună cu contractorii comerciali, studiază și dezvoltă din nou tehnologii promițătoare în domeniul aviației. Ca parte a programului actual CRANE, se plănuiește aducerea unei metode fundamental noi de control al zborului în aplicare practică.
Până în prezent, proiectul a trecut de stadiul primelor cercetări și testări într-un tunel de vânt. Aurora Flight Science se confruntă acum cu provocarea de a dezvolta un prototip complet de aeronavă și toate sistemele sale cheie. Dacă va fi posibil să se creeze o astfel de aeronavă sau un UAV și să se demonstreze calitățile sale caracteristice va deveni cunoscut în câțiva ani.
informații