html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Зачем нужны светящиеся крылья?

Плазменное управление воздушным потоком активно торит себе дорогу не только в авиацию, но и в ветроэнергетику. Скоро ли мы увидим светящиеся крылья и лопасти в деле?
Когда СССР растворился в собственной агрессивной культурной среде, на поверхность всплыли не только сверхэффективные образцы химического оружия и масса других интересных проектов, но и советские эксперименты по снижению сопротивления летательных аппаратов при помощи создания на части их поверхности слоя плазмы. По ряду причин не будем останавливаться на судьбе таких исследований в нашей стране, сразу же перейдём к окружающему миру.

К концу 1990-х на Западе был достигнут серьёзный успех в этом направлении — созданы относительно эффективные средства генерирования плазмы с малым весом и приличной мощностью. По сути, они сводились к паре электродов, проведённых к кромке крыла и разделённых тонким диэлектрическим слоем. Чтобы включить плазменный режим обтекания, к электродам подавался ток высокого напряжения, и между ними возникала плазма.

Зачем это нужно? Сегодня, после отказа от «Конкордов», гражданская авиация продолжает оставаться дозвуковой и летает на скоростях немецких реактивных самолётов начала 1940-х. Между тем нельзя сказать, что за 70 прошедших лет прогресса в авиации не было вовсе. Но пока прорыва как-то не видно, хотя некоторые принципиально новые подходы нам его обещают — пусть и для сверхзвука.

Вверху: на крыле видны верхние электроды плазмогенерирующих заменителей элеронов и рулей БПЛА проекта Plasmaero. Схема показывает преимущества плазменного подавления турбулентности; внизу вы видите само устройство. (Илл. Plasmaero.)

А вот с гиперзвуком сложнее: при имеющихся подходах полёты на гиперзвуке по стоимости будут близки к космическим. Да и налаженных, удачных летательных аппаратов такого рода пока нет даже у военных. Отсюда и идея во время полёта на сверхзвуке создать на крыле поток плазмы. При этом набегающий воздух, попадая в область электрического разряда, превращается в ионизированный газ, которым можно управлять под действием магнитного поля, резко снижая сопротивление воздуха. По расчётам ряда западных исследователей, для скоростей порядка пяти звуковых это уменьшит сопротивление до 90%, а для скоростей нынешних дозвуковых реактивных авиалайнеров — не менее 10%.

Беркант Гёксель (Berkant Goeksel) вместе с коллегами из Берлинского технического университета (Германия) работает в том же направлении. Экспериментируя с эффектом плазменного слоя на передней кромке крыла, он создал весьма убедительный видеоматериал, демонстрирующий преимущества использования плазмы на некоторых поверхностях летательных аппаратов. В первой части видео предельно эффективное обтекание крыла в небольшой аэродинамической трубе столь сильно, что поток воздуха гасит пламя, которое к этом крылу подносят. Во второй части крыло нормального облика постепенно «задирают» вверх, наращивая угол атаки. В обычной ситуации у крыла рано или поздно наступает резкая потеря подъёмной силы. Однако активация плазмы ликвидирует эту потерю, и крыло снова начинает выдавать подъёмную силу при чрезвычайно большом для его профиля угле атаки.



Вторая часть видео очень важна: сейчас элероны и рули при переходе за звуковой барьер испытывают колоссальное нарастающее сопротивление, а гидросистемы — чудовищно взрастающие нагрузки. Это одна из причин сравнительно низкой манёвренности самолётов после преодоления звукового барьера и одна из главных проблем полётов на сверхзвуке вообще. Однако если вместо механических средств использовать искусственный плазменный разряд, то сложность сверхзвуковых полётов в этом смысле значительно снизится.

Сегодня проблема смены механических средств регулирования обтекания плоскостей на плазменные актуальна не только для крыльев в авиации, но и для лопастей ветряков в альтернативной энергетике. Ветряки с горизонтальной осью вращения обладают чрезвычайно длинными лопастями (более 100 м), размер которых в ближайшие годы, вероятно, значительно вырастет. Чтобы ветер нормально обтекал лопасти, без срыва потока и возникновения турбулентности, снижающей КПД, некоторые ветряки при помощи тяжёлых механических актуаторов автоматически меняют угол наклона лопастей. При этом конструкция лопасти, естественно, дорожает, а идеального обтекания всё равно нет, ведь на разных участках этих махин ветер имеет разную скорость. Скажем, близко к земле нижняя часть лопастей обдувается куда слабее, чем верхняя, находящаяся на 210 м.

А это уже отработка плазменого подавления турбулентности для лопастей ветряков. Внизу виден внешний электрод экспериментального плазменного актуатора. (Иллюстрация Samrt Blade.)

Именно поэтому, по словам Георгиоса Пехливаноглу (Georgios Pechlivanoglou), коллеги г-на Гёкселя и технического директора компании Smart Blade (Германия), контроль обтекания лопастей воздухом при помощи плазмы выглядит намного более перспективным. Вместо того чтобы изменять угол для лопасти длиной в одну восьмую километра механически, куда проще расположить не её поверхности ряд электродов, контролирующих обтекание посредством создания плазменных разрядов. Похожим делом занимается Томас Корк (Thomas Corke) из Университета Нотр-Дам (США). В 2013 году его группа намеревается провести полевые эксперименты с плазменным контролем обтекания. «У нас есть две работающие ветряные турбины, и одна получит плазменные средства управления обтеканием, — рассказывает исследователь. — Вся электроника уже установлена». По оценкам его группы, такие турбины смогут давать на 15% больше энергии при намного меньшей цене, чем при механическом регулировании угла расположения лопасти. Дело в том, что электроды плазменных контроллеров могут быть настолько тонкими, что их можно наносить на лопасти обычным наклеиванием.

Но есть и более амбициозные замыслы. Группа Plasmaero, к примеру, стремится решить чуть ли не все вопросы маневрирования летальных аппаратов за счёт плазменных средств управления. В декабре 2012 года её изыскания увенчались полётом БПЛА нормальной схемы, вовсе не использовавшим элеронов и рулей! Таким образом, и управление креном, и вообще значительная часть маневрирования регулировались исключительно плазмой. И система оказалось весьма компактной и эффективной. «Устройства работали так, как ожидалось, — подчёркивает Дэниэл Каруана (Daniel Caruana), координатор Plasmaero. — И, да, этот БПЛА маневрировал с использованием одной только плазмы». Правда, голубое свечение на поверхности аппарата придавало ему несколько странный вид, но к необычной эстетике можно и привыкнуть.

Нет нужды останавливать на том, почему замена сверхсложной механизации (до половины стоимости крыльев лайнеров) и отказа от мощных гидросистем в пользу простенькой электроники и электродов выгодна нынешней авиации. Скажем лишь, что некоторые шаги в этом направлении уже делаются. Правда, не гражданскими самолётостроителями, а менее консервативными военными: так, в США разрабатывается система плазменного контроля обтекания конвертоплана V-22 Osprey, столь любимого голливудскими киношниками. Напомним: стартуя, как вертолёт, почти с любого пятачка, в полёте он меняет расположение винтов (поворотом на 90°) и способен достигать скоростей до 463 км/ч, при значительно меньшем (чем у вертолётов) расходе топлива. Увы, все эти таланты достались ему не бесплатно: избежать турбулентности в момент перехода с вертолётного режима на полёт по-самолётному помогают многочисленные микростабилизаторы. Проблема в том, что при росте скорости при дальнейшем разгоне в самолётном режиме они создают огромное сопротивление, не присущее нормальным самолётам. Отсюда и малая, в сравнении с транспортными самолётами, скорость V-22 при большем, разумеется, расходе топлива.

Так вот, согласно экспериментам Чуань Хэ (Chuan He) из Университета Нотр-Дам, использование для подавления турбулентности электродов, генерирующих плазму, снижает сопротивление на 40% в сравнении с микростабилизаторами, применяемыми конвертопланом сегодня.

Как вы уже поняли, исследование, направленное на замену существующей системы подавления турбулентности у V-22 на плазменную, профинансировано ВМС США.

Но и здесь дело пока не продвинулось дальше успешных опытов с беспилотниками. Скорее всего, плазменное управление обтеканием вначале появится на ветряках, где нет проблемы обеспечения безопасности полётов, а также на БПЛА, где эксперименты не так опасны. И лишь затем — на тех ЛА военного назначения, на которых традиционные средства механизации крыла и подавления турбулентности слишком уж очевидно не справляются со своими задачами. В общем, самолётов со светящимися крыльями в ближайшее время мы не увидим. Но будущее, похоже, именно за ними.

Подготовлено по материалам NewScientist.
Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с compulenta.ru

0

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • compulenta.ru
          • домен compulenta.ru
          • домен science.compulenta.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции