211service.com
Enerģijas taupīšanas helikopteru lāpstiņas
Helikopteri var veikt dažus neticamus akrobātiskos varoņdarbus, taču tie ir arī trokšņaini, nestabili un dārgi darboties. NASA pētnieki izstrādā helikopteru lāpstiņas ar formu mainošu viedo materiālu, kas varētu nodrošināt vienmērīgāku, klusāku un degvielas patēriņa ziņā efektīvāku braucienu.
Gudrie asmeņi: NASA pārbaudīja savus jaunos izpildmehānismus vēja tunelī Eimsas pētniecības centrā, izmantojot pilna mēroga helikoptera lāpstiņas (augšpusē). Izpildmehānismā (apakšā) ir pjezoelektriskie materiāli, kas maina formu, pakļaujoties elektriskajam laukam. Vadi attēla augšējā labajā stūrī ir pjezoelektriskie skursteņi. Kad tiek pielikts spriegums, tie nedaudz izplešas, radot mehānisku kustību, kas pārvieto atloku uz augšu un uz leju. (Atloks ir garā, tievā, dzeltenā asmens daļa augšējā attēlā.)
Lāpstiņās tiek izmantoti pjezoelektriskie izpildmehānismi — mehāniskas ierīces, kurās ir materiāls, kas maina formu, pakļaujoties elektriskā lauka iedarbībai. Šīs formas izmaiņas deformē rotora lāpstiņu, kad tas griežas, uzlabojot helikoptera aerodinamisko veiktspēju.
Pagājušajā gadā NASA sadarbībā ar kosmosa uzņēmumu Boeing , Aizsardzības progresīvo pētniecības projektu aģentūra ( DARPA ) un ASV armija izmēģināja pirmo pilna mēroga rotora lāpstiņu, lai izmantotu tehnoloģiju vēja tunelī, kas simulē lidojuma apstākļus. Sistēma ievērojami samazināja vibrācijas, ietaupīja enerģiju un ļāva precīzāk kontrolēt rotora kustību. Nākotnē sistēma varētu arī samazināt troksni. Tagad tas ir gatavs lidojuma pārbaudei, lai gan pirmā lidojuma datums vēl nav noteikts.
Šobrīd mēs cenšamies izprast un novērtēt visu, ko esam paveikuši pilna mēroga vēja tunelī, saka Viljams Vormbrods, NASA Lidmašīnu pētniecības un tehnoloģiju nodaļas projekta vadītājs. Eimsa pētniecības centrs , Kalifornijā.
Helikoptera lāpstiņai ejot cauri gaisam, tas atstāj aiz sevis pamošanos, un, kad aiz tā esošais lāpstiņš iziet cauri šai pamošanai, tas piedzīvo periodisku vibrāciju. Asmeņu iedarbināšana ļauj periodiski kustināt asmeņu atlokus ar pareizo amplitūdu, fāzi un frekvenci, lai izslēgtu šo vibrāciju. Stīvens Hols , MIT aeronautikas un astronautikas profesors un NASA projekta konsultants.
Cilvēki jau ilgu laiku ir runājuši par viedo materiālu izmantošanu lidmašīnās, taču patiesībā pietrūka pareizā veida izpildmehānisma, lai to padarītu praktisku, saka Hols. Iepriekšējie centieni, iesaistot hidrauliskos izpildmehānismus, izrādījās pārāk smagi un lēni, lai tie būtu praktiski. Ir grūti veikt hidrauliku rotējošā rāmī: jums ir nepieciešams pietiekami daudz spēka, lai novirzītu atloku, jo gaisa slodze ir ļoti liela, un jums tas jādara ar nepieciešamo frekvenci, saka Hols.
Pūta vējš: Pilna mēroga helikopteru lāpstiņas, kas aprīkotas ar izpildmehānismiem, tika pārbaudītas pasaulē lielākajā vēja tunelī, kas atrodas NASA Eimsas pētniecības centrā Kalifornijā. Vēja tunelis simulē lidojuma apstākļus, kas līdzvērtīgi ceļošanai ar ātrumu 155 mezgli.
Jaunais izpildmehānisms atrodas rotora lāpstiņas tērauda rāmī, netālu no lāpstiņas gala, kur aerodinamiskie spēki ir vislielākie, un atloka aizmugurējā daļā, kas, griežoties, pārvietojas uz augšu un uz leju. Jaudas pastiprinātāji pārraida elektrisko lauku uz pjezoelektrisko materiālu izpildmehānismos, un šis materiāls reaģē, mainot garumu, paplašinot ļoti nelielu daudzumu (aptuveni 10 līdz 20 tūkstošdaļas collas). Tas pārvieto stieni perpendikulāri asmens atlokam, kas nospiež atloku. Jūs veicat nelielu kustību, pastiprinot to pietiekami, lai pārvietotu atloku par dažiem grādiem, saka Hols.
Bet atloka kustība rada asmenī dramatiskas aerodinamiskas izmaiņas. Atloks var palīdzēt radīt pacelšanas vai gaisa ātrumu, un, lai gan lidmašīna var izmantot atlokus tikai pacelšanās un nolaišanās laikā, šādus aizvarus var izmantot jebkurā laikā helikoptera lidojuma laikā.
Patiešām svarīgi ir tas, ka pjezoelektriskie materiāli ir stingri un var ātri mainīt formu. Tas padara to par pieņemamu izpildmehānismu, saka Hols. Viedie materiāli arī padara izpildmehānisma sistēmu vieglu un kompaktu. Turklāt NASA pētnieki ir izstrādājuši izpildmehānismu sistēmu, lai tā ietilptu esošo helikopteru lāpstiņu struktūrā, būtiski nemainot rotora lāpstiņu konstrukciju.
Viedajiem materiāliem ir milzīgs solījums mainīt to, kā mēs projektējam, būvējam un ekspluatējam mūsu helikopteru lidmašīnas, saka Vormbrods.
Projektam varētu būt vairāki blakusprodukti: ASV armija izstrādā otru rotoru, izmantojot elektromotorus, un DARPA tikko paziņoja par misijas adaptīvo rotoru ( JŪRA ) programma, kurā tiks aplūkotas vairākas tehnoloģijas, tostarp viedie materiāli, lai uzlabotu militārajos helikopteros izmantotās rotoru lāpstiņas.
Warmbrodt piebilst, ka DARPA MAR programma ir nākamais solis, lai noskaidrotu, kā mēs grasāmies radikāli mainīt helikopteru lāpstiņu dizainu, lai sasniegtu jaunu veiktspējas līmeni.