Деформация крыла была ранней системой бокового (кренового) управления самолетом с фиксированным крылом или воздушным змеем. Метод, использованный и запатентованный братьями Райт , состоял из системы шкивов и тросов для скручивания задних кромок крыльев в противоположных направлениях. Во многих отношениях этот подход похож на тот, который использовался для регулировки производительности бумажного самолетика путем скручивания бумаги в задней части его крыльев. [1]
В 1900 году Уилбур Райт писал: «...мои наблюдения за полетом птиц убеждают меня, что птицы используют более позитивные и энергичные методы восстановления равновесия, чем смещение центра тяжести...они восстанавливают свое боковое равновесие...с помощью скручивания кончиков крыльев. Если задний край правого кончика крыла закручен вверх, а левый вниз, птица становится оживлённой ветряной мельницей и мгновенно начинает вращаться, линия от её головы до хвоста является осью». После того, как Уилбур продемонстрировал метод, Орвилл отметил: «Из этого стало очевидно, что крылья машины типа двухпалубного Chanute , со снятой продольной фермой, могут быть деформированы подобным образом, так что в полете крылья с правой и левой стороны могут быть деформированы так, чтобы представить свои поверхности воздуху под разными углами падения и, таким образом, обеспечить неравную подъемную силу с двух сторон». [2]
Птицы явно используют деформацию крыльев для достижения контроля. Это оказало значительное влияние на ранних конструкторов самолетов. Братья Райт были первой группой, которая использовала деформацию крыльев. Их первый самолет имитировал траекторию полета и форму крыльев птицы. [3]
На практике, поскольку большинство конструкций с деформацией крыла включали изгиб структурных элементов, их было трудно контролировать, и они могли привести к отказу конструкции. Элероны начали заменять деформацию крыла как наиболее распространенное средство достижения бокового контроля еще в 1911 году, особенно в конструкциях бипланов . Крылья монопланов того периода были гораздо более гибкими и оказались более податливыми к деформациям крыла, но даже для конструкций монопланов элероны стали нормой после 1915 года.
Боковое (по крену) управление в ранних самолетах было в лучшем случае проблематичным. Чрезмерно гибкое, непроизвольно скручивающееся крыло может вызвать непроизвольное вращение, но, что еще хуже, оно может преобразовать попытки коррекции, либо от деформации крыла, либо от элеронов, в противодействующий эффект « сервопривода ». Как только это было полностью понято, конструкции крыла стали делать все более жесткими, полностью исключая деформацию крыла, и самолет стал гораздо более управляемым в боковой плоскости.
Современные технологии позволили ученым пересмотреть концепцию деформации крыльев (также известную как морфинг крыльев).
Деформация крыла была распространенной особенностью ранних самолетов, в том числе:
Несколько самолетов-репродукционов, построенных для фильма « Эти великолепные люди в своих летательных аппаратах», использовали системы управления деформацией крыла оригинального самолета – с неоднозначными результатами. Деформация крыла Avro Triplane оказалась на удивление успешной, тогда как на репродукции Antoinette с ее очень гибким крылом деформация крыла обеспечивала малоэффективное боковое управление. Поскольку оригинальные элероны в стиле Antoinette, вероятно, были бы еще менее эффективными, были вставлены незаметные «современные» элероны – даже с ними боковое управление оставалось очень плохим. [4]
Морфинг крыла — это современное расширение деформации крыла, при котором аэродинамическая форма крыла изменяется под управлением компьютера. Исследования в этой области в основном проводятся NASA, например, с Mission Adaptive Wing (MAW), испытываемым с 1985 года на General Dynamics–Boeing AFTI/F-111A Aardvark .
Многие крупные компании и ученые работают над разработкой морфинговых крыльев. НАСА работает над разработкой морфингового крыла из ячеек, которые будут скручиваться, имитируя птиц. Ячейки, которые НАСА использует для создания крыла, представляют собой небольшие черные модули, состоящие из углеродного волокна. В настоящее время НАСА сосредоточено на беспилотных дронах. [5]
Привлекательность крыльев, изменяющих форму, заключается в беззазорной и гладкой природе получаемых геометрий. В отличие от обычных крыльев, полагающихся на дискретные подвижные части ( элероны , закрылки , предкрылки ...) для достижения изменений своей формы – и, следовательно, своих аэродинамических свойств – морфинговые крылья достигают этих геометрических изменений с помощью непрерывных деформаций своей внешней поверхности. Отсутствие дискретных изменений кривизны и зазоров имеет потенциал для снижения сопротивления формы, связанного с крылом, тем самым увеличивая его аэродинамическую эффективность. Эта характеристика делает адаптивные крылья хорошо подходящими для работы в различных эксплуатационных условиях, поскольку они могут оптимально адаптировать свою форму и, таким образом, минимизировать результирующее сопротивление.