새로운 제어 원리: DARPA / Aurora CRANE 파일럿 프로젝트
퍼지 모델의 초기 버전
2019년부터 American Advanced Research Agency DARPA는 CRANE 실험 프로그램에 참여하고 있습니다. 그것의 목표는 특이한 비행 제어 방식을 가진 항공기 유형의 항공기를 만들고 테스트하는 것입니다. 최근까지 이 프로그램은 경쟁 단계에 있었고 여러 회사에서 예비 프로젝트를 개발했습니다. 이제 DARPA는 작업을 계속할 승자를 선택했습니다.
경쟁 단계
2019년 XNUMX월 DARPA 기관은 CRANE(신규 이펙터를 사용한 혁신적인 항공기 제어 - "고급 항공기를 위한 새로운 장치를 사용한 제어") 주제에 대한 작업 시작을 발표했습니다. 이 프로그램의 목적은 소위 기술의 연구 개발이 될 것이라고 보고되었습니다. 활성 공기 흐름 제어(Active Flow Control - AFC). 이 원리는 실험실에서 실험용 항공기의 도움을 받아 연구될 예정이었습니다.
당시 기획사는 예비 개발자를 초청해 이들이 참여하는 '기술 제안의 날'을 개최할 계획이었다. 그 후 프로그램은 예비 연구 및 경쟁 설계 단계로 이동할 수 있습니다. 작업의 이 부분은 1단계로 지정되었습니다.
파일럿 프로그램에 참여하고 싶다는 의사는 여러 주요 개발자들에 의해 표명되었습니다. 비행 기술. 참가자 중 한 명은 Boeing의 자회사인 Aurora Flight Sciences였습니다. 2019-20년 그녀는 CRANE에 합류하여 필요한 연구를 시작했습니다.
프로그램의 연구 및 경쟁 "1단계"는 최근까지 계속되었습니다. 작년 말에 DARPA로 대표되는 고객은 XNUMX명의 참가자의 작업 결과를 받아 연구하고 결정을 내렸습니다. Aurora Flight Sciences가 이 단계의 승자로 선언되었습니다. 그녀의 프로젝트는 작업 수행 측면에서 가장 성공적이고 유망한 것으로 간주되었습니다.
고급 모델
앞으로의 계획
"1단계"의 결과는 17월 XNUMX일에 발표되었습니다. 같은 날 DARPA 에이전시는 우승 기업에 후속 작업을 수행하는 계약을 체결했습니다. 계약 비용과 이행시기는보고되지 않았습니다. 동시에 고객과 계약자는 가까운 장래에 대한 계획의 일부를 공개하는 보도 자료를 게시했습니다.
이전 단계에서 Aurora Flight Science 전문가는 이론적 연구를 수행하고 AFC가 있는 항공기 모양에 대한 몇 가지 옵션을 개발했습니다. 그런 다음 모델을 만들고 풍동에서 테스트했습니다. 이 작업 과정에서 우리는 최적의 설계 옵션을 찾고 그 가능성을 확인했으며 추가 개선 방법을 식별했습니다.
이제 오로라의 CRANE 프로젝트는 2단계의 다음 단계로 넘어가고 있습니다. 그 목표는 모든 핵심 요소와 기술을 개발하여 기술 프로젝트를 만드는 것입니다. 계약자는 특징적인 디자인의 항공기 기체를 생성해야 할 뿐만 아니라 모든 소프트웨어와 하드웨어를 사용하여 완전하고 실행 가능한 AFC 제어 시스템의 개발을 완료해야 합니다.
다음 "3단계"의 일환으로 개발 회사는 기술 실증기를 구축하고 비행 테스트를 수행해야 합니다. Aurora는 이미 그러한 항공기가 30피트(9,1m) 날개 길이와 7파운드(약 3180kg)의 이륙 중량을 가질 것이라고 보고했습니다. 이로 인해 대형 항공기 및 UAV와 관련하여 신기술의 잠재력을 보다 완벽하게 판단할 수 있을 것입니다.
Aurora Flight Science와 DARPA는 최종 결론을 도출할 수 있도록 대량의 데이터를 수집할 계획입니다. XNUMX단계 동안 능동 흐름 제어가 기대에 부응한다면 이 기술은 더욱 발전하여 항공기에 사용될 것입니다. 그러나 AFC를 탑재한 유망한 항공기나 UAV의 등장은 여전히 불확실한 미래의 문제다.
기술 솔루션
Aurora와 DARPA는 이전에 유망한 항공기의 "1단계" 및 컴퓨터 그래픽에 대한 퍼지 모델을 보여주었습니다. 게시된 자료를 통해 일반적으로 미래 기술 시연자와 본격적인 항공기가 어떤 모습일 수 있는지 이해할 수 있습니다.
테스트 모델의 모든 버전은 코가 뾰족하고 바닥이 평평한 유선형 동체를 사용하여 제작되었습니다. 그러한 동체 아래 날개 뿌리 앞에 공기 흡입구가 있습니다. 터보제트 엔진은 동체 꼬리 부분에 있습니다. 노즐은 날개의 뒷전을 넘어 확장됩니다. 프로젝트의 연구 개발로 동체의 모양이 바뀌었지만 주요 결정은 동일하게 유지되었습니다.
Aurora의 CRANE 제품은 외관과 디자인 모두에서 특이한 날개를 받았습니다. 이미 초기 단계에서 다이아몬드 모양의 날개가 사용되었습니다. 특징적인 특징은 "프레임" 디자인입니다. 각 평면에는 전면 및 후면 가장자리가 있으며 그 사이에 삼각형 창이 있습니다.
첫 번째 연구 결과에 따르면 이러한 날개는 삼각형 평면의 끝에서 직선 콘솔로 보완되었습니다. 그들은 또한 "비행 날개"계획을 포기하고 동체에 접힌 용골을 설치하기로 결정했습니다. 보도에 따르면 추가 비행기와 깃털에 대한 다양한 옵션이 테스트되었습니다.
표시된 모델의 날개와 꼬리 부분에는 기존의 공기 역학적 방향타가 없으며 대신 AFC 시스템을 사용합니다. 네 세트의 노즐이 스파를 따라 날개의 윗면에 배치되어 압축 공기를 비행 방향으로 후방으로 공급합니다. 노즐의 작동은 공기 흡입구, 압축기 및 제어 장치에 의해 제공됩니다.
AFC 시스템은 비행을 제어하는 특이한 방법을 제공하고 항공기의 공기역학을 심각하게 변화시킵니다. 따라서 "창문이있는"특이한 날개는 비행에 충분한 특성을 가지고 있으며 노즐에서 압축 공기를 공급하면 공기 역학을 제어 할 수 있습니다. 노즐의 공기압을 변경하여 날개 근처의 공기 흐름 속도를 제어하고 후자의 양력을 변경하는 것이 제안되었습니다.
XNUMX세트의 노즐이 있는 날개 디자인으로 모든 기본 기동을 수행할 수 있습니다. 두 평면의 양력의 동기적 변화는 상승 또는 하강을 제공해야 합니다. 롤 및 해당 기동의 경우 평면의 매개변수를 다르게 변경해야 합니다. 흐름 제어 수단은 날개뿐만 아니라 꼬리 부분에도 배치할 수 있어 적절한 조종 능력을 제공한다.
장점과 단점
AFC 시스템은 기존의 공기 역학적 방향타에 비해 이점이 있다고 가정합니다. 주된 것은 기류에서 작동하는 움직이는 요소가 없다는 것과 관련이 있습니다. AFC를 사용하면 날개 디자인을 단순화하고 무게를 줄이며 안정성을 높일 수 있습니다. 알려진 방식으로 움직일 수 있는 방향타를 피하는 것은 항공기의 유지보수를 단순화할 수 있습니다.
흐름 제어는 스텔스 기술의 맥락에서 큰 관심을 끌 수 있습니다. 사실 이동식 러더 및/또는 스태빌라이저는 레이더에서 프로빙 신호를 반사하고 항공기의 마스킹을 해제할 수 있습니다. AFC 시스템은 항공기의 형태를 변경하지 않으며 이러한 위험을 제거합니다. 또한 이론상 최적의 비행기 구성을 만들어 기동성을 잃지 않고 가시성을 더욱 줄일 수 있습니다.
그러나 실습에서 알 수 있듯이 모든 장점을 가진 AFC 개념은 실제 구현 측면에서 상당히 복잡합니다. 이러한 시스템에는 특수 날개, 여러 특정 유닛 등이 필요합니다. 또한 수많은 센서로부터 데이터를 수신 및 처리하고 파일럿 명령을 수신하고 이러한 모든 요소에 올바르게 응답할 수 있는 제어 장치가 필요합니다.
Aurora는 아직 AFC를 위한 완전한 기능의 제어 시스템을 개발하지 못했습니다. 현재 이러한 도구를 만드는 것은 CRANE 프로그램의 주요 작업 중 하나입니다. 성공적인 솔루션 없이는 신기술 개발을 진행할 수 없으며 실제로 구현할 수 없습니다.
비행 중 CRANE 인출 장치 - 날개의 노즐 열이 명확하게 보입니다.
일반적으로 제안된 개념은 기술적인 관점에서 흥미롭습니다. 이를 통해 알려진 문제를 해결하고 몇 가지 이점을 얻을 수도 있습니다. 그러나 AFC의 광범위한 도입 가능성은 의문이다. CRANE 프로그램은 실제로 "복잡한"스티어링 휠을 다양한 수단의 "단순한"복잡한 배선으로 대체 할 것을 제안합니다. 항상 그런 교체는 의미가 없습니다.
어려운 전망
따라서 DARPA 기관은 상업 계약자와 함께 다시 한 번 항공 분야의 유망한 기술 연구 및 개발에 참여하고 있습니다. 현재 CRANE 프로그램의 일환으로 근본적으로 새로운 비행 제어 방법을 실용화할 계획입니다.
현재까지 이 프로젝트는 풍동에서의 첫 번째 연구 및 테스트 단계를 통과했습니다. Aurora Flight Science는 이제 완전한 프로토타입 항공기와 모든 주요 시스템을 개발해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 그러한 항공기 또는 UAV를 만들고 그 특성을 입증하는 것이 가능한지 여부는 몇 년 후에 알려질 것입니다.
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