Американський авіабудівний концерн Boeing спільно з NASA має намір провести випробування складного крила, яке буде складатися в польоті. Як пише Aviation Week, випробування проводитимуться в рамках програми з розробки нових способів зменшити витрату палива літаком під час польоту. Перевірки прототипу нового крила будуть проводитися на дослідному винищувачі F/A-18 Hornet.
Складне крило саме по собі не нове. Такий тип несучої аеродинамічної площини використовується, наприклад, на палубних винищувачах. Завдяки складному крилу вдається дещо зменшити поперечні розміри бойових літаків, що дозволяє ефективніше розміщувати їх на стояночному майданчику на авіаносці.
Складне крило отримає і перспективний американський пасажирський літак Boeing 777X. Завдяки цьому технічному рішенню літак можна буде помістити в стандартному авіаційному ангарі. При цьому крила, яке могло б складатися під час польоту, сьогодні не існує, хоча в минулі роки дослідження в цьому напрямку велися активно.
У 1960-х роках у США проводилися випробування прототипу стратегічного бомбардувальника XB-70 Valkyrie. Цей надзвуковий літак отримав складне крило, кінці якого в польоті опускалися вниз на кут в 65 градусів. Опущені вниз кінці дозволяли утримати під планером літака надзвукову ударну хвилю, тим самим збільшуючи тиск під крилом за рахунок стрибків ущільнення.
У результаті, за даними американських досліджень 1960-х років, таке конструкторське рішення дозволяло збільшити аеродинамічну якість літака на 30 відсотків. Крім того, в польоті на крейсерській швидкості опущені вниз кінці крила Valkyrie служили додатковими кілями. Програму XB-70 закрили наприкінці 1960-х років.
Як очікується, найближчим часом Boeing і NASA проведуть випробування складного крила на безпілотному літальному апараті Ptera. Трохи пізніше перевірки будуть проведені на винищувачі Hornet. Підготовка складного крила для цього літака вже ведеться. На відміну від звичайного складного крила, оснащеного механічною системою складання, нове крило отримає привід, заснований на ефекті пам'яті у металів.
Нерухому і рухливу частини крила на літаку з'єднуватимуть металеві елементи, зроблені з нікель-титанового сплаву, нитинола. У звичайному положенні сполучники будуть прямими, витримуючи пряме крило. У польоті для складання крила сполучники будуть нагріватися, метал буде згадувати початкову форму і загинати крило.
Маса піднімається або опускається з'єднувачами ділянки крила складе 136 кілограмів. Нитинолові сполучники залежно від нагріву будуть або піднімати на 90 градусів кінці крила, або опускати на ту ж величину. При цьому під час одного з майбутніх випробувань NASA планує перевірити можливість встановлення кінців крила на заданий кут.
На думку розробників, використання сплаву з ефектом пам'яті форми для системи складання крила в польоті дозволить зробити несучу конструкцію істотно легше. Відмова від механічної системи дозволить заощадити масу на спеціальних замках, «петлях», приводах і гідравлічних лініях.
Розробка нового крила ведеться в рамках проекту SAW (Spanwise Adaptive Wing, адаптивне за розмахом крило). Передбачається, що на пасажирському літаку при посадці законцовки будуть опускатися вниз під прямим кутом до площини крила, а при зльоті - встановлюватися в одну площину з крилом. При польоті на крейсерській швидкості законцовки будуть підняті під кутом до крила, щоб утворити вінглети.
При посадці відхилені книзу законцовки крила будуть також виконувати роль стабілізаторів і рулей напрямку. За оцінкою NASA, це, у свою чергу, дозволить істотно зменшити розміри кіля. Великий кіль корисний для стабілізації і управління при малій швидкості польоту або при відмові двигунів, однак на крейсерській швидкості створює додатковий опір і збільшує витрату палива.
Раніше дослідники з Данського технічного університету запропонували використовувати метод топологічної оптимізації для поліпшення характеристик правої консолі крила пасажирського лайнера Boeing 777. За підсумками оптимізації дослідники дійшли висновку, що такий метод дозволяє знизити масу конструкції крила щонайменше на два-п'ять відсотків порівняно з традиційною конструкцією.
Для свого експерименту дослідники використовували програмне забезпечення топологічної оптимізації, запущене на французькому суперкомп'ютері Curie. Для оптимізації вчені взяли внутрішню конструкцію правої консолі крила пасажирського лайнера Boeing 777 довжиною 27 метрів. Його тривимірну модель дослідники розбили на 1,1 мільярда вокселів, тривимірних аналогів почесного пікселя.
При оптимізації програма розраховувала навантаження спочатку для кожного вокселу окремо, а потім для їх сукупності. Після кожної оптимізації тривимірна модель подавалася на вхід програми кілька сотень разів. У результаті нова внутрішня структура крила вийшла плавною, що зовні нагадує судинну сітку.
Нова конструкція вийшла легшою, але її загальна гнучкість і стійкість до навантажень збереглися. За оцінкою дослідників, така оптимізація дозволить домогтися зменшення споживання палива літаком на 40-200 тонн на рік залежно від конструкції найлітальнішого апарату.