Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали лопасть воздушного винта с изменяемой формой, способную адаптироваться к режиму полёта. Конструкция основана на установке пьезоактюаторов, которые под воздействием электрического напряжения изгибают край несущей поверхности, обеспечивая активное управление потоком воздуха. Об этом рассказали в пресс-службе Пермского Политеха.
Лопасть воздушного винта – это движитель, который создаёт тягу за счёт перемещения воздуха назад. Эффективность полёта напрямую зависит от геометрии и профиля лопасти. Точность расчёта её формы определяет расход топлива и уровень шума, а любое отклонение параметров от оптимальных значений приводит к повышенному расходу горючего, вибрации и акустическому воздействию на корпус и салон.
Проблема особенно проявляется при переходе от взлёта к набору скорости. На старте требуется высокий угол атаки, чтобы лопасть отбрасывала максимум воздуха и обеспечивала достаточную тягу. После набора скорости такой угол становится нежелательным – создаётся дополнительное сопротивление, поток срывается с задней кромки, что вызывает тряску и вибрацию конструкции.
«Существующие пьезоэлектрические устройства изменяют форму лопасти слишком слабо, чтобы всерьёз повлиять на эффективность полёта. Для решения этой проблемы в Пермском Политехе разработали пьезоактюаторы, которые увеличивают угол поворота закрылка лопасти на 20% по сравнению с аналогами», – говорится в сообщении.
Традиционные механизмы изменения угла наклона лопастей используют вращение всей лопасти с помощью приводов, что требует громоздких и тяжёлых агрегатов. Масса таких механизмов достигает десятков килограммов и увеличивает расход топлива. Пьезоактюаторы Пермского Политеха весят всего несколько сотен граммов, но способны обеспечивать деформацию поверхности лопасти с достаточной амплитудой для управления потоком.
По словам профессора кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, доктора физико-математических наук Андрея Панькова, суть метода заключается в том, что вся поверхность лопасти покрыта множеством пьезоэлектрических ячеек, плотно прилегающих друг к другу, как плитки в мозаике. Каждый такой элемент имеет своё собственное направление управляющих электродов, расположение которых подобрано оптимально для каждой точки.
«Когда на электроды ячеек подаётся управляющее электрическое напряжение, каждая ячейка деформируется своим особым образом, заставляя всю лопасть или изгибаться, или закручиваться в нужном направлении», – объяснил Андрей Паньков.
Компьютерное моделирование и виртуальные прототипы подтвердили эффективность технологии. Расчёты показали, что управляемый поворот закрылка существенно снижает сопротивление воздуха при разгоне и уменьшает срыв потока с задней кромки. В результате снижается вибрация корпуса и шум в салоне, а расход топлива уменьшается за счёт оптимизации аэродинамики без увеличения массы агрегатов.
Подготовка к практической реализации включает создание прототипов лопастей с интегрированными пьезоактюаторами и проведение доводочных испытаний. Патент RU 2854922 C1 на изобретение подтверждает новизну технического решения и возможность промышленного внедрения в авиационные конструкции. Технология может применяться как на самолётах, так и на вертолётах.
Другие статьи по теме
(9 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...