新控制原理：DARPA/Aurora CRANE 试点项目
清除模型的早期版本
自2019年以来，美国高级研究局DARPA就一直在从事CRANE实验计划。 它的目标是制造和测试一种具有不同寻常飞行控制方式的飞机。 直到最近，该计划还处于竞争阶段，几家公司开发了他们的初步项目。 现在 DARPA 已经选择了一个获胜者来继续这项工作。
竞技阶段
2019 年 XNUMX 月，DARPA 机构宣布开始 CRANE（使用新型效应器控制革命性飞机——“使用先进飞机的新设备进行控制”）这一主题的工作。 据报道，该计划的目的是研究和开发所谓的技术。 主动气流控制（Active Flow Control - AFC）。 该原理将在实验室中并在实验飞机的帮助下进行研究。
当时，该机构计划邀请潜在的开发商，并举办一个有他们参与的“技术提案日”。 之后，该方案可进入前期研究和竞争性设计阶段。 这部分工作被指定为第一阶段。
几家主要开发商表达了参与试点计划的愿望 航空 技术。 其中一名参赛者是波音公司的子公司 Aurora Flight Sciences。 2019-20 年她加入了 CRANE 并开始进行必要的研究。
该项目的研究和竞争“第一阶段”一直持续到最近。 去年年底，以 DARPA 为代表的客户收到了四位参赛者的工作成果，并对其进行了研究并做出了决定。 Aurora Flight Sciences 被宣布为本阶段的获胜者。 就完成任务而言，她的项目被认为是最成功和最有前途的。
先进模式
未来的计划
“第一阶段”的结果于 1 月 17 日公布。 同日，DARPA 机构向中标公司签发合同，由其进行后续工作。 合同的成本和实施时间没有报告。 同时，客户和承包商发布了新闻稿，其中披露了近期的部分计划。
前期，Aurora Flight Science的专家们进行了理论研究，并为具有AFC的飞机外观开发了多种方案。 然后制作模型并在风洞中进行测试。 在这项工作的过程中，我们找到了最佳设计方案，确认了它的潜力并确定了进一步改进的方法。
现在，Aurora 的 CRANE 项目正在进入第二阶段的下一阶段。其目标是创建一个开发所有关键要素和技术的技术项目。 承包商必须创建具有特色设计的飞机机身，并完成具有所有软件和硬件的完整且可用的 AFC 控制系统的开发。
作为下一个“第三阶段”的一部分，开发公司将必须建造一个技术演示器并进行飞行测试。 Aurora 已经报告说，这种飞机的翼展为 3 英尺（30 m），起飞重量为 9,1 磅（约 7 千克）。 因此，将有可能更全面地确定新技术在全尺寸飞机和无人机方面的潜力。
Aurora Flight Science 和 DARPA 计划收集大量数据，以便我们得出最终结论。 如果在这三个阶段主动流量控制都达到预期，那么这项技术将得到进一步发展，甚至在飞机上得到应用。 然而，具有 AFC 的有前途的飞机或无人机的出现仍然是一个不确定的未来。
技术方案
Aurora 和 DARPA 之前已经展示了“第一阶段”的净化模型和一架很有前途的飞机的计算机图形。 公开的材料通常可以让我们了解未来的技术演示器，然后是一架成熟的飞机。
所有版本的测试机型均采用尖头平底的流线型机身打造。 在这样的机身下方，在机翼根部的前面，有一个进气口。 涡轮喷气发动机位于机身尾部； 喷嘴延伸到机翼后缘之外。 随着项目的研发，机身的外形发生了变化，但主要的决定没有变。
Aurora 的 CRANE 产品在外观和设计上都有一个不寻常的机翼。 早在早期阶段，就使用了菱形机翼。 一个特点是它的“框架”设计——每个平面都有一个前后边缘，它们之间有一个三角形窗口。
根据最初的研究结果，这种机翼在三角形平面的尖端补充了直控制台。 他们还决定放弃“飞翼”方案，在机身上加装折叠龙骨。 据报道，测试了额外飞机和羽毛的不同选择。
所示模型的机翼和尾翼没有传统的气动方向舵，而是使用 AFC 系统。 四组喷嘴沿翼梁放置在机翼上表面，沿飞行方向向后供应压缩空气。 喷嘴的操作由进气口、压缩机和控制装置提供。
AFC 系统提供了一种不同寻常的方式来控制飞行，并严重改变了飞机的空气动力学特性。 因此，“带窗户”的不寻常机翼具有足够的飞行特性，并且从喷嘴供应压缩空气可以控制其空气动力学。 通过改变喷嘴中的气压，可以控制机翼附近的气流速度 - 并改变后者的升力。
带有四组喷嘴的机翼设计使您可以执行所有基本操作。 两架飞机升力的同步变化应该提供爬升或下降。 对于翻滚和相应的机动，飞机的参数应该有区别地改变。 流量控制装置不仅可以放置在机翼上，还可以放置在尾部并提供适当的机动能力。
优点和缺点
假设 AFC 系统比传统的气动方向舵具有优势。 主要原因与气流中没有运行的运动元件有关。 AFC 的使用使得简化机翼设计、减轻重量和提高可靠性成为可能。 以已知方式避免可移动方向舵可以简化飞行器的维护。
在隐形技术的背景下，流量控制可能会引起极大的兴趣。 事实是，可移动的方向舵和/或稳定器能够在雷达上反射探测信号并暴露飞机。 AFC系统不改变飞行器的外形，消除了此类风险。 此外，从理论上讲，它允许您创建最佳的飞机配置，进一步降低能见度，而不会损失机动性。
然而，正如实践所示，AFC 概念虽然具有诸多优点，但在实际实施方面却相当复杂。 这样的系统需要一个特殊的机翼，一些特定的单位等。 此外，还需要能够接收和处理来自大量传感器的数据、接收飞行员命令并对所有这些因素做出正确响应的控制设备。
Aurora 尚未为 AFC 开发功能齐全的控制系统。 目前，创建此类工具是 CRANE 程序的主要任务之一。 没有它的成功解决，新技术的发展就无从谈起，也就无法指望在实践中得到落实。
飞行中的绘图设备 CRANE - 机翼上的喷嘴排清晰可见
一般来说，从技术角度来看，所提出的概念很有趣。 它可以让你解决已知的问题，甚至获得一些好处。 然而，广泛引入亚足联的可行性存疑。 CRANE 程序实际上提出用各种手段的“简单”复合体来代替“复杂”的带有布线的方向盘。 这样的替代远非总是有意义。
艰难的前景
因此，DARPA 机构与商业承包商一起再次从事航空领域有前途技术的研究和开发。 作为当前 CRANE 计划的一部分，计划将一种全新的飞行控制方法付诸实践。
迄今为止，该项目已经通过了风洞中的首次研究和测试阶段。 Aurora Flight Science 现在面临开发完整原型飞机及其所有关键系统的挑战。 是否有可能制造出这样的飞机或无人机并展示其特性，将在几年后为人所知。
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