Дослідники з Данського технічного університету використовували 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, що використовується сьогодні. Робота данських дослідників опублікована в.
Топологічна оптимізація являє собою спосіб поліпшити ту чи іншу конструкцію з точки зору розподілу матеріалу при збереженні загальних міцнісних характеристик незмінними. У загальних рисах такий метод автоматизованого або частково автоматизованого поліпшення дозволяє оптимізувати конструкцію, раціонально розподіливши матеріал і порожнечі в обсязі і знизивши її масу. Результат топологічної оптимізації зовні зазвичай нагадує щось, створене природою.
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, невеликих структурних одиниць, 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 збереглася. За оцінкою дослідників, така оптимізація дозволить домогтися зменшення споживання палива літаком на 40-200 тонн на рік залежно від конструкції найлітальнішого апарату.
Одна консоль крила лайнера Boeing 777 має три лонжерони (поздовжні силові елементи) і понад 30 нервюр (перпендикулярні ребра). При оптимізації програмне забезпечення зменшило кількість лонжеронів до двох, а число нервюр - до трьох, причому останні розташувалися ближче до коріння крила. Замість безлічі нервур тривимірна модель внутрішньої конструкції крила літака отримала структурні утворення, на зразок гілок. Слід зазначити, що програма врахувала необхідність вільного простору для паливних баків і механізації.
Топологічна оптимізація зазвичай використовується для поліпшення конструкції окремих невеликих елементів. За твердженням данських вчених, такий метод був застосований до великої конструкції вперше.
Сьогодні авіаразробники не розглядають радикальну зміну конструкції крила як методу підвищення економічності літаків. Внутрішню структуру крила в осяжній перспективі серйозно змінювати не планується, проте дослідники працюють над оптимізацією форми і зовнішніх елементів цього аеродинамічного елемента. Зокрема, в Євросоюзі розробляється проект ламінарного крила, два прототипи якого вперше були випробувані в кінці вересня поточного року.
Ламінарне крило повинно мати дуже гладку поверхню і невисокий профіль, щоб забезпечити ламінарний, невідкладний, повітряний потік на якомога більшій своїй площі. Для створення гладкого крила планується використовувати кілька технологій, включаючи більш щільну підгонку стандартних елементів конструкції один до одного. Передбачається, що ламінарне крило матиме на 50 відсотків менший лобовий опір порівняно зі стандартним. Це дозволить знизити споживання палива літаком у польоті на п'ять відсотків.