بوئینگ X-53 بال آیرولاستیکی فعال

[Son of anarchy]

X-53 یک نسخه تغییر یافته جنگنده F/A-18 است که به صورت مشترک توسط نیروی هوایی ایالات متحده و شرکت بویینگ و سازمان ناسا استفاده میشد. این پروژه Active Aeroelastic Wing (AAW) یا بال های آیرولاستیکی فعال نامیده میشد بین سالهای 2002 تا 2005 پرواز کرد.

 
این طرح ادامه ای بر طرح هواپیمای برادران رایت است که در آن از تاب دادن بال برای کنترل و هدایت هواپیما استفاده میشد. طرح اصلی AAW به این صورت بود که سطوح کنترل به صورت مستقیم توسط کامپیوتر مدیریت می شدند تا تاب دادن بال در شرایط مختلف به شکل صحیحی انجام بگیرد به این امید که فرمان پذیری (هندلینگ) هواپیما در سرعت های مختلف از جمله مافوق صوت افزایش یابد.

مرکز تحقیقات پرواز درایدن (Dryden) ناسا در پایگاه ادواردز ایالت کالیفرنیا با همکاری آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده (AFRL) و Boeing Phantom Works پروژه اولیه برادران رایت یعنی تاب دادن بال را به یک پروژه لبه فناوری (high-tech) با عنوان ((شیوه کنترل هواپیما با بال های آیرولاستیکی فعال ( (AAW)) تبدیل کردند. تمرکز این پروژه بر توسعه و اعتبار بخشی مفهوم کنترل چرخش وضعی هواپیما (roll) بوسیله تاب دادن بال های انعطاف پذیر در یک هواپیمای با ابعاد واقعی بود. هواپیمای آزمایشی برای این پروژه یک نسخه اصلاح شده از جت اف 18 بود که در سال 1999 از نیروی هوایی ایالات متحده بدست آمده بود.

 
آزمایش این اف 18 اصلاح شده در طول یک پرواز آزمایشی با چرخش وضعی حول محور طولی (رول) 360 درجه نشان داد که نیروهای آیرودینامیکی وارد بر سطوح متحرک رایج بال مثل شهپر و فلپ میتواند به چرخش کامل وضعی بال (رول کامل) با انعطاف پذیری بیشتر کمک کند.
 
هنگامی که ارویل رایت برای اولین بار در 17 دسامبر 1903 به آسمان پرواز کرد هواپیمای او هیچ شهپر یا فلپ یا سطح متحرک دیگری برای کنترل هواپیما نداشت. در عوض برادران رایت از پیچاندن (تاب دادن) نوک بال هواپیمایشان برای کنترل آن استفاده میکردند. آنها برای تاب دادن بال نوعی زین ابداع کردند که در جایی که خلبان در آن می نشست قرار میگرفت. این زین توسط کابل هایی به نوک بال متصل می شد. {سخن مترجم: تقریبا شبیه همان اختراع هیکاپ در (چطور اژدهاتون رو آموزش بدید) که با اون زین مخصوص بال چوبی اژدهاش رو کنترل میکرد. شاید بشه گفت اون ایده هیکاپ از برادران رایت گرفته شده (اینجاست که اهمیت کارتون و انیمیشن کودکان دیدن مشخص میشه)} هنگامی که خلبان کمر (منظور باسن است) خود را تکان می داد نوک بال ها نیز پیچ میخوردند و با این ایده ساده و البته خلاقانه هواپیما کنترل میشد.
 
پروژه AAW که در سال 1996 آغاز شده بود. در بهار 2005 کامل شد. پس از اتمام طراحی جزئی و تغییرات بال که برای پروژه مورد نیاز بود برای هواپیما تست های گسترده ای در نظر گرفته شد و کار سرهم سازی دوباره هواپیما در ابتدای سال 2001 به پایان رسید. در طول سال هواپیمای آزمایشی مورد آزمون هایی همچون بارگزاری های ساختاری گسترده . مقاومت و سختی بال . آزمون لرزش و ارتعاش . نصب نرم افزار کنترل اولیه بر روی رایانه تحقیقاتی پرواز هواپیما . بررسی صحت عملکرد سیستم ها و شبیه سازی پرواز قرار گرفت.

بخش اول فاز دوم پروژه آزمایش پرواز در اواخر 2002 شروع شد و پس از 50 پرواز آزمایشی در آوریل 2003 به نتیجه رسید. این پرواز ها برای اندازه گیری نیرو های موجود بر هر سطح برای تاب دادن بال و کنترل هواپیما صورت گرفت. پس از آن حدود یکسال صرف تحلیل اطلاعات و طراحی نرم افزار کنترل برای بهینه سازی عملکرد بال انعطاف پذیر شد.

 
فاز نهایی تست های پرواز مربوط به بررسی قوانین پرواز با بال انعطاف پذیر و ارزیابی فرمان پذیری (هندلینگ) و کیفیت عملکرد بال انعطاف پذیر در اواخر سال 2004 شروع شد و در مارس 2005 به نتیجه رسید. حدود 25 ماموریت پروازی در فاز دوم اجرا شد. این پرواز ها در 18 مرکز پروازی و بین سرعت های 0.85 تا 1.3 ماخ و ارتفاع پروازی 5000 تا 25000 پا انجام شد. چند پرواز دیگر نیز برای ارزیابی دوباره چند مرکز پرواز و همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد قوانین این نوع پرواز و کاهش بارگزاری ها بر روی بال قبل پرواز انجام شد. تحلیل داده های پرواز و تهیه گزارش های فنی این انتظار را بوجود آورد که میتوان زمان بیشتری را در آینده برای این پروژه صرف کرد.
 
با فلپ های جمع شده و ارابه های فرود گشوده هواپیمای F/A-18A  تحقیقاتی درایدن ناسا پس از پایان یک پرواز آزمایشی در انتهای باند فرود پایگاه ادواردز (به سمت آشیانه) میچرخد. هدف از این پروژه افزایش کنترل بر چرخش هواپیما به صورت آیرودینامیکی . افزایش تاب گیری بال ها (انعطاف پذیری) در مقیاس اصلی هواپیما در سرعت های مادون صوت و مافوق صوت بود. اطلاعات بدست آمده از پروژه برای توسعه طراحی . برای ترکیب ساختار های بال انعطاف پذیر با قوانین کنترل هواپیما بکار گرفته شد تا هواپیمای حاضر با ساختار های بال سبکتر حاصل شود. اطلاعات پرواز از جمله آیرودینامیک . سازه و خصوصیات کنترل هواپیما نشان داد که میتوان از پروژه AAW با هزینه ای نسبتا کم نتایج موثری بدست آورد. همچنین اطلاعات معیار طراحی برای هواپیما های آینده فراهم خواهد کرد.



در طی دوره ی فاز دوم تست های پروازی , نرخ رول کافی برای کنترل عرضی ,  و یا 15 تا 20 درصد از انچه در تولید اف-18 بدست امده , با تنها استفاده از کنترل فعال بال منعطف بدست امد , بدون هیچ گونه استفاده ای از دیفرانسیل های رولینگ در دم افقی که در اف-18 های استاندارد در سرعت های زیر صوت و فرا صوت مورد استفاده است . نرخ رول در ارتفاع 15 هزار پایی در سرعت های 0.85 ماخ و 1.2 ماخ به بیشینه ی خود میرسید , و میزان حداقل ان در 0.95 ماخ , مشابه انچه در اف-18 های معمولی شاهد هستیم بود .

 
بال های F/A-18 #840 که اکنون بازنشسته است قبلا در پروژه (HARV) به کار رفته بود. این بال های اصلاح شده برای پروژه AAW بر روی هواپیمای آزمایشی نصب شدند. تعدادی از پنل های پوسته بال که در امتداد محل اتصال بال با بدنه (wing box section) و دقیقا جلوی  لبه فرار فلپ ها و شهپر ها قرار گرفته اند با نمونه هایی نازک تر جایگزین شدند. پنل هایی با انعطاف پذیری بیشتر و ساختاری که شبیه به بال ای پیش نمونه F/A-18 بود.
با داده های زیادی که از گسترش پروژه بدست آمد این F/A-18A اصلاح شد تا پرواز های تحقیقاتی را در پروژه بال آیرولاستیکی فعال (AAW) در مرکز تحقیقات پروازی درایدن ناسا در پایگاه ادواردز واقع در ایالت کالیفرنیا انجام دهد.

پنل های اف 18 اصلی نسبتا سبک و انعطاف پذیر بود. در طول تحقیقات اولیه اف 18 مشاهده شد که بال ها باید بسیار انعطاف پذیر باشند تا شهپر ها بتوانند نرخ رول مشخص شده تا تامین کنند. این به این خاطر بود که نیرو های آیرودینامیکی قوی در مقابل یک شهپر منحرف باعث میشود که بال در جهت مخالف قرار گیرد.

علاوه بر این , فلپ های (پیشین) لبه ی حمله ی بال های اف-18 ها به قسمت های جداگانه ای  در  بخش داخلی سازه و قسمت های بیرونی ان تقسیم میشدند , و بکار اندازنده های اضافی به صورت جداگانه برای عمل روی فلپ های لبه ی حمله ی بال در قسمت بیرونی سازه از سطوح داخلی ان , اضافه شده بود  . با استفاده از فلپ های outboard روی لبه ی پیشین و  شهپر ها برای پیچ دادن بال ها , نیروی ایرودینامیکی روی بال پیچ خورده نیروی گردش مورد نظر را ارائه میداد . با استفاده از تکنولوژی کنترل  AAW  , این امکان فراهم شده بود تا بال های انعطاف پذیر به خوبی و با اثر مثبت تحت کنترل درایند .
علاوه بر تغییرات بال , یک کامپیوتر تحقیقاتی کنترل پرواز جدید برای هواپیمای تست AAW توسعه پیدا کرد .
 
پروژه ی   AAW  بودجه اش را از هیئت رئیسه ی برنامه های تحقیقات هوانوردی ناسا  و نیز لابراتوار تحقیقاتی نیروی هوایی دریافت میکرد . واحد فانتوم ورکز از کمپانی بوئینگ در سنت لوییز , کار اصلاحات بال AAW   , نصب ابزار دقیق روی بال و نیز همکاری در توسعه  ی نرم افزار تحت قرار دادی با لابراتوار تحقیقاتی نیروی هوایی و ناسا را بر عهده داشت . لاکهید مارتین و BAE Systems  کار توسعه ی کامپیوتر تحقیقاتی کنترل پرواز را عهده دار شدند در حالی که کمپانی Moog بکار انداز های فلپ لبه ی حمله را توسعه داد . مجموع بودجه برای کل پروژه ی AAW  حدود  45 میلیون دلار بود , که شامل حدود 29 میلیون دلار سرمایه گذاری مستقیم نقدی در پروژه و نیز 16 میلیون دلار برای انواع پشتیبانی های پروژه در طی مدت 8 سال .
 

با اثبات موفقیت امیز تکنولوژهای تکنیک کنترل فعال پرواز با بال های تاب خورده   برای گردش هواپیما در سرعت های فراصوت در پروژه ی بال ایرولاستیکی فعال (Active Aeroelastic Wing ) , مهندسین اکنون دارای ازادی بیشتری برای طراحی کاراتر , و  باریک تر  بال ها برای طراحی هواپیما های با عملکرد بالای اینده می باشند در حالی که وزن سازه ای هر بال را بین 10 تا 20 درصد کاهش میدهند . این امر میزان بهره وری سوخت  یا توان حمل بار را افزایش میدهد , ضمن اینکه به صورت بالقوه بازتاب ها و اثرات راداری را کاهش میدهد . این تکنولوژی همچنین قابلیت بکارگیری در انواع مختلفی از هواپیماهای اینده را دارا میباشد , از پهپاد های بلند اوج و طولانی پرواز گرفته تا هواپیماهای ترابری و مسافری فعال در ایرلاین ها .



 

مشخصات
 
سرنشین: 1 نفر
فاصله دو سر بال: 11.7 متر
ارتفاع: 4.65 متر
حداکثر وزن هنگام برخاست: 17690 کیلوگرم
موتور: دو موتور  General Electric F404-GE-400 کم پس سوز توربوفن (هر کدام 71 کیلو نیوتن)
حداکثر سرعت: 1912 کیلومتر بر ساعت
سقف پروازی: 15000 متر یا 5000 پا

دیدن لینک ها برای شما امکان پذیر نیست. لطفا ثبت نام کنید یا وارد حساب خود شوید تا بتوانید لینک ها را ببینید.
http://www.military.ir/forums/topic/29099-%D8%A8%D9%88%D8%A6%DB%8C%D9%86%DA%AF-x-53-%D8%A8%D8%A7%D9%84-%D8%A2%DB%8C%D8%B1%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%DA%A9%DB%8C-%D9%81%D8%B9%D8%A7%D9%84/