В МАИ разрабатывают механизм для улучшения манёвренности самолётов

Инженер-конструктор института № 1 «Авиационная техника» Московского авиационного института Михаил Горкин разрабатывает механизм закрытия щели между крылом самолёта и его подвижным элементом — элероном, которой помогает воздушному судну маневрировать. Это позволит улучшить аэродинамические свойства летательного аппарата, снизить коэффициент сопротивления и увеличить подъёмную силу, тем самым сокращая расход топлива. Наибольшую эффективность решение будет иметь на больших самолётах гражданского назначения. Проект реализуется в рамках программы стратегического лидерства «Приоритет-2030».  

В традиционной конструкции самолётов между крылом и элероном существует зазор — он необходим для обеспечения подвижности элерона. Этот зазор остаётся открытым в полёте: воздух проходит через него неконтролируемо, из-за чего снижается аэродинамическая эффективность — растёт сопротивление, теряется часть подъёмной силы.

Подобные концепции перекрытия зазора между элероном и крылом уже предлагались ранее различными проектными организациями, однако все они пока не получили дальнейшего развития. Михаил Горкин воплотил идею механизма, а также подобрал уникальную комбинацию композиционных материалов, разработанных потенциальным партнёром проекта — НИЦ «Курчатовский институт»-ВИАМ (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов). Учёный МАИ предлагает закрыть зазор гибкой пластиной из гибридного полимерного композиционного материала (ПКМ) — углепластика в сочетании с органопластиком.

— Углепластик способен выдерживать высокие нагрузки, но при большой деформации разрушается. Органопластик, наоборот, способен не разрушаться даже при значительных деформациях, таких как, например, отклонение пластины вместе с элероном. Совместное использование в гибридной композиции высокотехнологичных композиционных материалов — углепластика ВКУ-45 и органопластика ВКО-25 — на основе перспективного полимерного связующего ВСЭ-34 позволят получить оптимальные свойства для такой пластины: высокую механическую прочность и способность сохранять заданную форму под нагрузкой, — рассказал Михаил Горкин.

Данное техническое решение не требует отдельного привода или системы активации. Оно устанавливается на заднюю кромку конструкции крыла, в месте крепления элерона, и закрывает собой зазор между ними. Благодаря вышеуказанным свойствам композиционных материалов механизм будет не только перекрывать зазор, но и изгибаться вслед за вращением элерона, создавая плавный контур и при этом не разрушаясь от высоких нагрузок. 

Согласно проведённым исследованиям, благодаря новому решению подъёмная сила крыла может быть увеличена в среднем на 5–6 %, а аэродинамическое сопротивление снижено в среднем на 10 %. Эффект заметнее всего на низких скоростях — то есть на взлёте и посадке. Пока эти цифры получены на 2D-моделях — в дальнейшем разработчики планируют перейти к трёхмерным моделям для более точной оценки. В топливном эквиваленте экономия по предварительным оценкам составит порядка 0,5–0,7 % массы топлива, заливаемой в бак самолёта: для такого маршрута, как Москва — Владивосток, это около 100–200 килограммов за один рейс.

— Современная коммерческая авиация создаёт высокую конкуренцию для разработчиков летательных аппаратов, что приводит к необходимости постоянно совершенствовать и дорабатывать существующие самолёты. В связи с этим, даже малейший выигрыш в топливной эффективности на большой дистанции даёт серьезное конкурентное преимущество. Исходя из этого современная авиация всегда нуждается в инновационных решениях поставленной задачи, однако, в противовес этому встаёт задача сертификации каждого нововведения. Поэтому цель данной разработки — не только предложить идею, но и проработать её так, чтобы было возможно максимально эффективное применение передовых паспортизованных, то есть прошедших весь комплекс исследований общей квалификации, полимерных композиционных материалов разработки головного института в области авиационного материаловедения, — пояснил научный руководитель проекта, доцент института № 1, кандидат технических наук Фёдор Насонов.

На данный момент проведены аналитические и численные расчёты, которые подтвердили аэродинамические эффекты применения механизма, а также возможность применения гибридных ПКМ для решения поставленной задачи. Планируются статические и динамические испытания конструктивно-подобных образцов материалов, которые могут быть использованы для производства пластины. Завершить их и обработать результаты планируется до конца 2026 года.