Sklápěcí křídla mají dopravním letadlům pomoct šetřit palivo

NASA vyvíjí koncept sklápěcích křídel SAW pro velká dopravní letadla. Od sklápěcích křídel si slibuje nižší spotřebu paliva, větší nosnost a lepší letové vlastnosti u nové generace podzvukových i nadzvukových dopravních letadel.

Konstruktéři letadel při navrhování křídel přistupují na řadu kompromisů, protože určitý typ křídel je vhodný jen pro určitou fázi letu. Například při startu a přistání letadlo potřebuje velká „rovná“ křídla poskytující velkou vztlakovou sílu. Naopak při vysokých rychlostech jsou ideální menší štíhlá křídla s velkou šípovostí.

Například velká šípová delta křídla letadla Concorde byla nezbytná pro lety vysokou nadzvukovou rychlostí, ale absolutně nevhodná při přistání. Z toho důvodu Concorde přistával pod velkým úhlem náběhu (“čumákem nahoru”) a celá příď s pilotní kabinou se složitě sklápěla, aby piloti měli při přistání alespoň nějaký výhled.

Klasická dopravní letadla mají křídla s malou šípovostí – jedná se o kompromis mezi bezpečným startem/přistáním a mezi efektivitou letu cestovní rychlostí. Nicméně při velkých rychlostech je velká část křídla zbytečná – způsobuje aerodynamický odpor a zvyšuje spotřebu paliva.

NASA poslední roky intenzivně hledá technologie s cílem snížit spotřebu paliva dopravních letadel. Jednou z testovaných technologií je systém sklápění, chceme-li tvarování, konců křídel SAW (Spanwise Adaptive Wing).

Sklápěcí křídla měl již futuristický nadzvukový bombardér XB-70 Valkyrie z 60. let. XB-70 za letu nadzvukovou rychlostí dokázal sklopit konce křídel o 65° směrem dolů, to vedlo mimo jiné ke zvýšení podélné stability a generování tzv. „kompresního vztlaku“.

Při nadzvukových rychlostech se vzduch začíná chovat spíše jako kapalina než plyn. Pokud má letadlo vhodný tvar (mimo jiné sklápěcí křídla), tak při nadzvukové rychlosti pod sebou vytvoří rázovou vlnu (kompresní vztlak), která zvyšuje přetlak a přispívá k nárůstu celkové vztlakové síly působící na letoun.

Rázová vlna u XB-70 bez navýšení odporu zvyšovala vztlak o 30 %. Sklápěcí křídla navíc umožnila použít menší svislé ocasní plochy, což dále přispívalo k nízkému aerodynamickému odporu.

Bohužel XB-70 o desítky let předběhl svou dobu a díky nedokonalé technice 60. let nebyl letoun nikdy zaveden do výzbroje amerického letectva. Nicméně NASA se nyní ke koncepci sklápěcích křídel po 50 letech vrací.

NASA navrhuje sklápět části křídel budoucích podzvukových i nadzvukových dopravních letadel až o 75° dolů nebo nahoru. Úhel sklopení bude závislý na jednotlivých fázích letu. Nový zájem NASA o sklápění křídel umožnil pokrok v mechatronice – díky moderním aktuátorům je mechanismus naklápění/zajištění křídla lehký a kompaktní.

“V ideálním případě budeme schopni ovládat části křídel a naklopit je nahoru nebo dolů, kvůli dosažení optimálních letových podmínek,” vysvětluje Matt Moholt, vedoucí výzkumu programu SAW. ”Řekněme tedy, že potřebujete stoupat nahoru. Optimální pozice křídel je 15° nahoru nebo 15° dolů.”

Dopravní letadla se sklápěcími křídly budou mít stejné výhody jako legendární bombardér XB-70. V souhrnu především menší aerodynamický odpor letadla a nižší spotřebu paliva.

Použití sklápěcích křídel je například ideální pro letadla s velmi dlouhými štíhlými křídly vyztuženými vazníky TBW (Truss-Braced Wing). Vývoj letadel TBW podporuje NASA v rámci programu New Aviation Horizons. Dlouhá a štíhlá křídla mají obecně menší aerodynamický odpor a větší účinnost – dále tedy snižují spotřebu paliva.

Sklápění křídel lze využít nejen ke zvýšení efektivity letu, ale také pro zvýšení kompaktnosti letadla při pohybu nebo parkování na zemi – podobně jak sklápějí křídla stíhačky na letadlových lodích.

NASA v příštím roce na zmenšeném modelu PTERA (Prototype-Technology Evaluation and Research Aircraft) otestuje celou koncepci sklápěcích křídel. Následně přistoupí k vývoji a pozemnímu testování velkých aktuátorů vhodných pro použití na větších letadlech.