Nuevo principio de control: proyecto piloto DARPA / Aurora CRANE
Una versión temprana del modelo de purga
Desde 2019, la Agencia Estadounidense de Investigación Avanzada DARPA participa en el programa experimental CRANE. Su objetivo es crear y probar un avión tipo avión con una forma inusual de control de vuelo. Hasta hace poco tiempo, el programa se encontraba en etapa competitiva y varias empresas desarrollaron sus anteproyectos. Ahora DARPA ha elegido un ganador para continuar con el trabajo.
etapa competitiva
En agosto de 2019, la agencia DARPA anunció el inicio de los trabajos sobre el tema CRANE (Control de aeronaves revolucionarias con novedosos efectos - "Control usando nuevos dispositivos para aeronaves avanzadas"). Se informó que el propósito de este programa sería la investigación y el desarrollo de la tecnología de los llamados. control activo del flujo de aire (Active Flow Control - AFC). Este principio iba a ser estudiado en el laboratorio y con la ayuda de un avión experimental.
En ese momento, la agencia tenía previsto invitar a potenciales desarrolladores y realizar una “jornada de propuestas técnicas” con su participación. Después de eso, el programa podría pasar a la etapa de investigación preliminar y diseño competitivo. Esta parte del trabajo fue designada como Fase 1.
El deseo de participar en el programa piloto fue expresado por varios desarrolladores importantes aviación tecnología. Uno de los concursantes fue Aurora Flight Sciences, una subsidiaria de Boeing. En 2019-20 se unió a CRANE y comenzó a hacer la investigación necesaria.
La "fase 1" competitiva y de investigación del programa continuó hasta hace poco. A finales del año pasado, el cliente, representado por DARPA, recibió los resultados del trabajo de cuatro concursantes, los estudió y tomó su decisión. Aurora Flight Sciences fue declarado ganador de esta etapa. Su proyecto fue considerado el más exitoso y prometedor en términos de cumplimiento de las tareas.
Modelo mejorado
Planes para el futuro
Los resultados de la "Fase 1" se anunciaron el 17 de enero. El mismo día, la agencia DARPA emitió un contrato a la empresa ganadora para realizar el trabajo posterior. No se informa el costo del contrato ni el momento de su implementación. Al mismo tiempo, el cliente y el contratista publicaron comunicados de prensa en los que dieron a conocer parte de sus planes para el futuro cercano.
En la etapa anterior, los especialistas de Aurora Flight Science realizaron estudios teóricos y desarrollaron varias opciones para la apariencia de un avión con AFC. Luego, los modelos se fabricaron y probaron en un túnel de viento. En el transcurso de este trabajo, encontramos la opción de diseño óptima, confirmamos su potencial e identificamos formas de mejorar aún más.
Ahora, el proyecto CRANE de Aurora está pasando a la siguiente fase de la Fase 2. Su objetivo es crear un proyecto técnico con el desarrollo de todos los elementos y tecnologías clave. El contratista debe crear un fuselaje de aeronave de un diseño característico, así como completar el desarrollo de un sistema de control AFC completo y funcional con todo el software y hardware.
Como parte de la próxima "fase 3", la empresa de desarrollo deberá construir un demostrador de tecnología y realizar sus pruebas de vuelo. Aurora ya informa que dicho avión tendrá una envergadura de 30 pies (9,1 m) y un peso de despegue de 7 libras (aproximadamente 3180 kg). Debido a esto, será posible determinar más completamente el potencial de la nueva tecnología en relación con los aviones y UAV de tamaño completo.
Aurora Flight Science y DARPA planean recopilar una gran cantidad de datos que nos permitirán sacar conclusiones finales. Si durante las tres fases el control de flujo activo cumple con las expectativas, esta tecnología se desarrollará aún más e incluso llegará a usarse en aviones. Sin embargo, la aparición de prometedores aviones o UAV con AFC es todavía una cuestión de futuro incierto.
Soluciones técnicas
Aurora y DARPA han mostrado previamente modelos de purga para "fase 1" y gráficos por computadora con un avión prometedor. Los materiales publicados generalmente nos permiten comprender cómo podría ser el futuro demostrador de tecnología, y luego un avión de pleno derecho.
Todas las versiones de los modelos de prueba se construyeron utilizando un fuselaje aerodinámico con un morro puntiagudo y un fondo plano. Debajo de tal fuselaje, frente a la raíz del ala, había una entrada de aire. El motor turborreactor está ubicado en la cola del fuselaje; la tobera se extiende más allá del borde de salida del ala. A medida que avanzaba la investigación y el desarrollo del proyecto, la forma del fuselaje cambió, pero las decisiones principales siguieron siendo las mismas.
El producto CRANE de Aurora recibió un ala inusual, tanto en apariencia como en diseño. Ya en las primeras etapas, se utilizó un ala en forma de diamante. Un rasgo característico es su diseño de "marco": cada plano tiene un borde delantero y trasero, entre los cuales hay una ventana triangular.
Según los resultados de los primeros estudios, dicho ala se complementó con consolas rectas en las puntas de los planos triangulares. También decidieron abandonar el esquema de "ala voladora" e instalaron quillas colapsadas en el fuselaje. Según se informa, se probaron diferentes opciones para aviones y plumajes adicionales.
El ala y el empenaje de los modelos que se muestran no tienen timones aerodinámicos tradicionales y utilizan el sistema AFC en su lugar. Se colocan cuatro juegos de boquillas en la superficie superior del ala a lo largo de los largueros, suministrando aire comprimido hacia atrás en la dirección del vuelo. El funcionamiento de las boquillas lo proporciona una toma de aire, un compresor y dispositivos de control.
El sistema AFC ofrece una forma inusual de controlar el vuelo y cambia seriamente la aerodinámica de la aeronave. Entonces, un ala inusual "con ventanas" tiene características suficientes para volar, y el suministro de aire comprimido de las boquillas le permite controlar su aerodinámica. Al cambiar la presión del aire en las boquillas, se propone controlar la velocidad del flujo de aire cerca del ala y cambiar la fuerza de sustentación de este último.
El diseño del ala con cuatro juegos de boquillas le permite realizar todas las maniobras básicas. Un cambio síncrono en la fuerza de sustentación de ambos aviones debería proporcionar ascenso o descenso. Para rollos y maniobras correspondientes, los parámetros de los aviones deben cambiarse diferencialmente. Los medios de control de flujo se pueden colocar no solo en el ala, sino también en la cola y proporcionar capacidades de maniobra apropiadas.
Ventajas y desventajas
Se supone que el sistema AFC tiene ventajas sobre los timones aerodinámicos tradicionales. Los principales están relacionados con la ausencia de elementos móviles que operen en la corriente de aire. El uso de AFC permite simplificar el diseño del ala, reducir su peso y aumentar la confiabilidad. Evitar los timones móviles de una manera conocida puede simplificar el mantenimiento de la aeronave.
El control de flujo puede ser de gran interés en el contexto de las tecnologías sigilosas. El hecho es que los timones y/o estabilizadores móviles son capaces de reflejar una señal de sondeo en el radar y desenmascarar la aeronave. El sistema AFC no cambia la forma de la aeronave y elimina dichos riesgos. Además, en teoría, te permite crear una configuración óptima de aviones, reduciendo aún más la visibilidad, sin pérdida de maniobrabilidad.
Sin embargo, como muestra la práctica, el concepto AFC, con todas sus ventajas, es bastante complicado en términos de implementación práctica. Tal sistema necesita un ala especial, varias unidades específicas, etc. Además, se requieren dispositivos de control que puedan recibir y procesar datos de una masa de sensores, recibir comandos del piloto y responder correctamente a todos estos factores.
Aurora aún tiene que desarrollar un sistema de control completamente funcional para AFC. Por el momento, la creación de este tipo de herramientas es una de las principales tareas del programa CRANE. Sin su solución exitosa, el desarrollo de nuevas tecnologías no podrá avanzar y no será posible contar con su implementación en la práctica.
Aparato dibujado CRANE en vuelo - las filas de boquillas en el ala son claramente visibles
En general, el concepto propuesto es de interés desde un punto de vista técnico. Le permite resolver problemas conocidos e incluso obtener algunos beneficios. Sin embargo, la viabilidad de la introducción generalizada de AFC es cuestionable. El programa CRANE en realidad propone reemplazar el volante "complejo" con cableado con un complejo "simple" de varios medios. Lejos de siempre, tal reemplazo tendrá sentido.
Perspectivas difíciles
Por lo tanto, la agencia DARPA, junto con los contratistas comerciales, se dedica una vez más al estudio y desarrollo de tecnologías prometedoras en el campo de la aviación. Como parte del programa CRANE actual, está previsto llevar a la práctica un método fundamentalmente nuevo de control de vuelo.
Hasta la fecha, el proyecto ha superado la etapa de las primeras investigaciones y pruebas en túnel de viento. Aurora Flight Science ahora enfrenta el desafío de desarrollar un prototipo de avión completo y todos sus sistemas clave. Dentro de unos años se sabrá si será posible crear un avión o UAV de este tipo y demostrar sus cualidades características.
- Ryabov Kirill
- DARPA, ciencia de vuelo de Aurora
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