Un ala controlable adaptativa es un ala de avión cuyo perfil toma una forma cercana a la óptima en cada modo de vuelo dado . El diseño de un ala de este tipo le permite desviar suavemente (debido a la piel flexible ) la nariz y la cola del ala, cambiando así la curvatura a lo largo del tramo, dependiendo de la altura, la velocidad de vuelo y la sobrecarga . El ala adaptativa está destinada principalmente a aeronaves polivalentes y muy maniobrables. Los elementos del ala están controlados por un sistema variable remoto eléctrico altamente automatizado.
Una especie de aumento en la calidad aerodinámica del ala es también un sistema de mecanización adaptativa "ranurada" del ala. Proporciona un cambio suave (dentro de la precisión requerida, puede ser por pasos) en los ángulos de los calcetines y las aletas, según el ángulo de ataque y el número de Mach . Sin embargo, este sistema permite un cambio discontinuo en las derivadas aerodinámicas en toda la gama de parámetros, en contraste con el ala adaptativa. También se está trabajando para implementar un flujo continuo alrededor de las superficies de mecanización cambiando la curvatura de los elementos de mecanización ranurada. La mecanización adaptativa del ala, gracias a la cinemática simplificada de la extensión de los flaps, es atractiva porque permite abandonar el uso de rieles de guía que son de configuración compleja y aumentan el peso del ala, además, permite reducir la pérdida de propiedades de carga debido al equilibrio .
El vuelo eficiente en la atmósfera requiere diferentes aerodinámicas del dispositivo, dependiendo de la velocidad de vuelo, modo de vuelo. El enfoque clásico para el diseño de nuevos aviones actualmente permite solo un ligero aumento (no más del 1-2%) en la calidad aerodinámica y mejora las características de despegue y aterrizaje. La mecanización del ala en forma de simples morros y colas desviados del perfil o un cambio de barrido no permite alcanzar valores altos del coeficiente de sustentación máxima bajo modos de operación cambiantes.
Por ello, en los últimos años, en relación con el desarrollo de la base técnica y la aparición de nuevos materiales aeronáuticos, se ha prestado cada vez más atención a la posibilidad de mejorar las características aerodinámicas de un avión cambiando la geometría del ala en función de el modo de vuelo - el uso de un ala adaptativa. La adaptación del sistema de portaaviones se puede llevar a cabo cambiando la envergadura y el barrido del ala, así como la forma, la curvatura y el grosor del perfil aerodinámico.
Se supone que debe usar una piel exterior elástica, y los marcos de carga dentro de esta piel se adaptarán para cambiar suavemente su propia geometría.
Una propiedad distintiva importante de tal ala es la preservación de la suavidad de sus perfiles cuando se deforma la superficie mediana . La reducción de la resistencia se puede lograr de dos maneras. En primer lugar, por el cambio óptimo, según el modo de vuelo, de la deformación de la superficie media. Esto permite que el ala se haga casi plana en los modos de crucero, lo que reduce la resistencia con sustentación cero, y al maniobrar, se deforma de manera óptima con una distribución de la circulación sobre la envergadura del ala cercana a la elíptica, lo que reduce la resistencia inducida . En segundo lugar, con ángulos de ataque altos en los lugares de fractura de la superficie superior del ala, cuando se desvía la mecanización convencional, se produce una separación local del flujo . El uso de calcetines con una cuerda relativa grande y tapicería flexible en el ala adaptativa permite resolver este problema.
La desviación de los elementos en movimiento mientras mantiene la suavidad de sus contornos de acuerdo con una ley determinada, seleccionada sobre la base de estudios experimentales y computacionales, le permite redistribuir la presión sobre la superficie del ala de tal manera que evite el estancamiento del flujo o reduzca significativamente su desarrollo en el modo de vuelo seleccionado [1] . Como resultado, el límite entre sacudidas y sacudidas cambia a grandes ángulos de ataque y aumenta la eficiencia de las superficies giratorias que operan en el modo de control. Durante la maniobra, al evitar la separación del flujo, el ala adaptativa brinda una ganancia tangible en la relación sustentación-resistencia .
Si el cambio en la forma del ala adaptativa está sujeto a condiciones bajo las cuales el punto crítico en cada sección del ala se desplaza hacia la punta del perfil, y la distribución de la velocidad de circulación sobre el tramo se vuelve elíptica, entonces en el valor seleccionado del coeficiente de sustentación, se proporciona un coeficiente de arrastre mínimo. En el primer caso, se reducen los picos de rarefacción en las proximidades del borde de ataque que, en un ala convencional, conducen, al alcanzar un cierto ángulo de ataque, a la separación del flujo y pérdida de fuerza de succión, es decir, a un aumento de arrastrar [1] . Cuando se cumple la segunda condición, la reactancia inductiva se minimiza [1] .
La deflexión de los elementos del ala adaptativa, realizada de forma que el centro de presión de las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre la aeronave no cambie de posición, permite controlar directamente la fuerza de sustentación aerodinámica.
La base tecnológica moderna y el desarrollo de materiales de aviación permiten garantizar la creación de actuadores para el sistema de control de flujo alrededor del sistema de transporte sin utilizar los recursos de una planta de energía sustentadora, basada en fuentes autónomas de aire comprimido. La base estructural y tecnológica de los sistemas de control de chorro pueden ser actuadores dinámicos de gas activos que funcionan según el principio de inyección paralela utilizando pistones de gas dinámicos.
Una de las formas de aumentar la calidad aerodinámica en vuelo de crucero y mejorar las características de despegue y aterrizaje de una aeronave es el control activo del flujo alrededor de las superficies aerodinámicas de apoyo y control utilizando métodos de energía: control de capa límite , soplado de chorro en elementos del ala y mecanización de despegue y aterrizaje, jet y jet flaps. El control de la capa límite por succión de la superficie del ala, el plumaje y las góndolas de los motores es una forma efectiva de reducir la resistencia a la fricción (laminarización artificial del flujo). Además, soplar la capa límite puede proporcionar un flujo no separado alrededor del ala con ángulos de ataque altos y ángulos de deflexión altos de los elementos de mecanizado del ala y, por lo tanto, aumentar el coeficiente de sustentación máximo y el ángulo de ataque crítico.
El desarrollo de un ala adaptable capaz de cambiar la curvatura en vuelo manteniendo contornos suaves se lanzó en los Estados Unidos en 1979 bajo el programa AFTI (Advanced Fighter Texnology Integration) implementado por la NASA y la Fuerza Aérea de los EE . UU . Por primera vez, se instaló un ala de este tipo en la década de 1980 en el avión experimental F-111 [2] . El cambio de la curvatura del ala en vuelo se realizó en función de la altitud de vuelo, el número de Mach, el ángulo de barrido y la sustentación requerida. El objetivo era proporcionar el coeficiente de arrastre más bajo para cada valor del coeficiente de sustentación. Las partes delantera y trasera del ala con piel flexible permitieron cambiar suavemente la curvatura del ala, de modo que la envoltura polar resultó ser la envoltura polar correspondiente a varias configuraciones de ala. Luego requirió enormes gastos de capital y soluciones de diseño complejas. En la actualidad, debido a la llegada de los materiales compuestos elásticos, la situación se ha simplificado.
Posteriormente, a partir de 1987, Airbus Industrie realizó una investigación similar al desarrollar un ala de curvatura controlada para los aviones A330 y A340 . Se asumió que el control de la curvatura del ala cambiando automáticamente los ángulos de deflexión de dos pares de flaps y alerones en cada media ala debería proporcionar la curvatura de perfil óptima para cada modo de vuelo, como resultado de lo cual una mejora significativa en la aerodinámica la calidad en modo crucero debe lograrse con un mayor valor de sustentación. Las pruebas de modelos de alas en un túnel de viento han demostrado que la calidad aerodinámica de un ala con curvatura controlada es solo un 1,5 % superior a la de un ala convencional. Por tanto, los investigadores concluyeron que la mecanización adicional y la complejidad del sistema de control de curvatura, así como el aumento de la masa de la estructura, no justifican una pequeña mejora en la eficiencia de combustible de la aeronave.
Sin embargo, en 2008 - 2012, la investigación continuó en el marco del proyecto SADE (SmArt High Lift Devices for Next Generation Wing) del 7º Programa Marco Europeo . El objetivo del proyecto era estudiar un borde de ataque sin ranura adaptativo, un borde de fuga adaptativo suavemente desviable para aumentar la calidad aerodinámica del ala de la aeronave de próxima generación al tiempo que reduce significativamente el peso de la estructura, reduce el ruido durante los modos de despegue y aterrizaje y aumentando la eficiencia del combustible.
En la última modificación del avión Boeing 787 Dreamliner , se aplicó un cambio en la curvatura de la parte trasera del perfil del ala durante el despegue y el aterrizaje. En este caso, cuando los flaps se extienden, sus techos también se desvían, lo que permitirá no solo aumentar la eficiencia de los flaps, sino también la capacidad de carga de la parte principal del ala debido a un aumento en la curvatura de su perfil.
En los EE. UU., se está trabajando para crear un ala adaptable de FlexSys Inc. [3] , Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE . UU.bajo el programa Boeing X-53 Active Aeroelastic Wing .
En Rusia, se desconocen ejemplos del uso de la mecanización adaptativa de despegue y aterrizaje en el ala de un avión de pasajeros; los estudios para evaluar su eficacia comenzaron en TsAGI hace más de 20 años. Se usó una punta de ala desviable adaptativa con una piel flexible en un caza Su-33UB experimental basado en un portaaviones [4] .