
Ewolucja skrzydła NASA wykorzystującego ukośne rozpórki
Ukośne rozpórki mogą stać się przełomem w rozwoju lekkich, ale wytrzymałych skrzydeł samolotu zmniejszając emisję dwutlenku węgla.
Nieustanne dążenie NASA do zrównoważonego rozwoju lotnictwa doprowadziło do powstania przełomowej koncepcji, która może zmienić przyszłość podróży lotniczych.
Projekt obejmuje długie, smukłe skrzydła wsparte na ukośnych rozpórkach, obiecując znaczne zmniejszenie zużycia paliwa i emisji. Ostatnie testy przeprowadzone w Armstrong Flight Research Center NASA w Kalifornii potwierdzają słuszność koncepcji, torując drogę do jej potencjalnego zastosowania w komercyjnych samolotach jednokadłubowych.
Koncepcja TTBW (Transonic Truss-Braced Wing) jest częścią projektu NASA Advanced Air Transport Technology (AATT), który bada najnowocześniejsze rozwiązania dla zrównoważonego lotnictwa. W przeciwieństwie do tradycyjnych skrzydeł samolotów, długa i cienka struktura TTBW zwiększa siłę nośną i zmniejsza opór powietrza, zwiększając tym samym wydajność paliwową. Aby przeciwdziałać naprężeniom strukturalnym związanym z tak smukłymi skrzydłami, ukośne rozpórki stabilizują konstrukcję. Zmniejsza potrzebę stosowania ciężkich podpór wewnętrznych, dzięki czemu konstrukcja jest lżejsza i bardziej wydajna.
Inżynierowie NASA stosują niekonwencjonalną metodę testowania modelu. Montują 10-metrowe aluminiowe skrzydło do góry nogami. Taka orientacja pozwala grawitacji symulować siły nośne występujące podczas lotu. Mocując obciążniki i wykorzystując młotek z oprzyrządowaniem do uderzania w skrzydło w kluczowych punktach, naukowcy mogą mierzyć odkształcenia, częstotliwości drgań i rozkład obciążenia między skrzydłem, a rozpórką.
„Rozpórka redukuje strukturę potrzebną na głównym skrzydle, co skutkuje mniejszą wagą i cieńszym skrzydłem” – wyjaśnia Frank Pena, dyrektor testów skrzydeł pozornych. Testy mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia, jak duże obciążenie jest przenoszone przez skrzydło w porównaniu z rozpórką, dostarczając danych, które mogą udoskonalić przyszłe projekty.
Inżynierowie stopniowo dodawali obciążniki do skrzydła i kratownicy. Stopniowy proces zapewnia precyzyjne rejestrowanie odkształceń i rozkładu obciążenia. Ben Park, dyrektor ds. testów drgań podłoża, podkreślił znaczenie zrozumienia częstotliwości drgań własnych: „Konstrukcja ma częstotliwości drgań własnych, które zależą od jej sztywności i masy. Znajomość tych częstotliwości pomaga nam przewidzieć, jak skrzydło będzie zachowywać się w locie”.
Rygorystyczna metoda testowania, choć złożona, przynosi bezcenne spostrzeżenia. Zespół NASA Armstrong nie tylko zaprojektował i zbudował skrzydło, rozpórkę i aparaturę testową, ale także przeprowadził wszystkie testy, demonstrując wewnętrzną wiedzę specjalistyczną napędzającą ten ambitny projekt.
Opierając się na sukcesie modelu 10-metrowego, NASA przechodzi teraz do wersji 15-metrowej zbudowanej z kompozytów grafitowo-epoksydowych. Większy model, zwany Structural Wing Experiment Evaluating Truss-bracing, jest opracowywany przez Langley Research Center NASA w Wirginii. W przeciwieństwie do początkowego aluminiowego prototypu, struktura kompozytowa będzie dokładniej naśladować projekt pełnowymiarowego skrzydła samolotu komercyjnego.
Większy model zostanie poddany podobnym testom w celu skalibrowania przewidywań z rzeczywistymi danymi. Wysiłki mają na celu udoskonalenie projektu i ustanowienie wiarygodnych metod oceny nowych struktur lotniczych. Wypełniając lukę między modelowaniem teoretycznym, a praktycznym wdrożeniem, testy przybliżają koncepcję TTBW do rzeczywistości.
Prace NASA nad TTBW odzwierciedlają szersze trendy w innowacjach lotniczych. Przykładowo, Boeing i Airbus badały podobne koncepcje, podkreślając potencjał niekonwencjonalnych konstrukcji skrzydeł do zrewolucjonizowania podróży lotniczych. Wykorzystanie materiałów kompozytowych w przemyśle lotniczym, takich jak w Boeingu 787 Dreamliner, pokazuje, że branża zmierza w kierunku lżejszych i bardziej wydajnych konstrukcji.
Prace NASA nad Transonic Truss-Braced Wing są przykładem zaangażowania organizacji w przesuwanie granic technologii lotniczej. Łącząc innowacyjne projekty i rygorystyczne testy, NASA jest przykładem zaangażowania organizacji w przesuwanie granic technologii lotniczej.
Szymon Ślubowski