DARPA macht mit dem X-Plane, das mit Luftstößen manövriert, einen großen Schritt nach vorne

WASHINGTON - Die Verteidigung Advanced Research Projects Agency hat einen großen Schritt nach vorne gemacht, um ein experimentelles Flugzeug zu schaffen, das ohne traditionelle Querruder oder andere mechanische Geräte manövriert werden kann, anstatt mit kurzen Luftstößen.

Die DARPA gab am Dienstag bekannt, dass sie Aurora Flight Sciences ausgewählt hat, um im Rahmen des Programms Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors (CRANE) mit der detaillierten Konstruktion eines Flugzeugs zu beginnen, das eine Technologie namens Active Flow Control verwendet, um es zu steuern. Aurora ist eine Tochtergesellschaft von Boeing mit Hauptsitz in Manassas, Virginia, die sich auf die Entwicklung fortschrittlicher innovativer Designs für Flugzeuge und unbemannte Systeme spezialisiert hat.

„In den letzten Jahrzehnten hat die Gemeinschaft der aktiven Strömungskontrolle bedeutende Fortschritte gemacht, die die Integration aktiver Strömungskontrolltechnologien in fortschrittliche Flugzeuge ermöglichen“, sagte CRANE-Programmmanager Richard Wlezien in einer Erklärung. „Wir sind zuversichtlich, das Design und den Flugtest eines Demonstrationsflugzeugs mit AFC als primärer Designüberlegung abzuschließen. Mit einem modularen Flügelabschnitt und modularen AFC-Effektoren hat das CRANE X-Plane das Potenzial, noch lange nach Abschluss des CRANE-Programms als nationales Testobjekt weiterzuleben.“

Ein typisches Flugzeug hat mechanische Komponenten wie Querruder an den Flügeln und ein Seitenruder und Höhenruder am Heck, mit denen der Pilot das Rollen, Nicken und Gieren des Flugzeugs steuert.

Dieses allgemeine Prinzip ist seit mehr als einem Jahrhundert weitgehend unverändert geblieben und hat das Flugzeugdesign geleitet, sagte der ehemalige CRANE-Programmmanager Alexander Walan in einem Interview mit Defense News im November 2021.

Aber DARPA hofft, dass das Konzept der aktiven Strömungskontrolle, wenn es erfolgreich ist, zu einem grundlegenden Umdenken darüber führen könnte, wie Flugzeuge gebaut und manövriert werden.

Die aktive Strömungssteuerungstechnologie würde kleine Luftstöße von einem Flügel oder einer anderen Tragflächenoberfläche verwenden, um die Position oder Richtung des Flugzeugs zu ändern. Der Ausbruch selbst drückt die Flügel unter diesem Konzept nicht, sagte er, so wie ein Raumschiff Triebwerke verwendet, um es im Orbit oder beim Wiedereintritt in Position zu bringen.

Stattdessen erzeugt ein aktiver Strömungskontrollstoß eine Art Geschwindigkeitsschwelle, die die Art und Weise verändert, wie Luft über die Flügel strömt, was dann dazu führt, dass sich das Flugzeug bewegt.

„Es ist sehr energieeffizient“, sagte Walan. „Weil ich die natürliche Art und Weise verwende, wie sich die Luft bewegen möchte, injiziere ich ihr nur ein wenig Energie, um eine große Wirkung zu erzielen. Wir treiben das Fahrzeug nicht wirklich mit Luft an, wir verwenden sie, um anzupassen, wie die Luft über den Flügel strömt.“

Die Luft- und Raumfahrtgemeinschaft habe dieses Konzept seit mindestens drei Jahrzehnten in Betracht gezogen, sagte er, und Laborexperimente und einige kleine Flugdemonstrationen ausprobiert. Im Jahr 2015 haben sich die NASA und Boeing zusammengetan, um erfolgreich ein 757-Flugzeug zu fliegen, das mit einem vertikalen Leitwerk modifiziert wurde, das eine aktive Strömungskontrolltechnologie für eine erhöhte aerodynamische Effizienz verwendete.

Bisher, so Walan, habe noch niemand versucht, ein ganzes Flugzeug mit dieser Technologie zu steuern.

In den letzten Jahren sei die DARPA der Ansicht, dass sich die Technologie – einschließlich Supercomputer und fortschrittlicher Fluiddynamik-Tools und Drohnenflugzeuge, die die Demonstration aktiver Strömungskontrolle viel billiger und sicherer machen könnten als das Testen in bemannten Flugzeugen – bis zu einem Punkt entwickelt habe, an dem „die Zeit Es war richtig zu versuchen zu sehen, ob wir ein Flugzeug darum herum konstruieren könnten.“

DARPA musste auch zeigen, dass diese Technologie nicht nur etwas ist, das „cool klingt“, sagte er, sondern auch greifbare Vorteile gegenüber dem traditionellen System bieten könnte.

In ihrer Erklärung vom Dienstag sagte die DARPA, diese Technologie könne das Fliegen von Flugzeugen auf verschiedene Weise verbessern, unter anderem durch die Beseitigung beweglicher Oberflächen zur Steuerung des Flugzeugs, die Verringerung des Luftwiderstands, dickere Flügel für strukturelle Effizienz und erhöhte Treibstoffkapazität sowie vereinfachte Systeme zur Verbesserung des Auftriebs eines Flugzeugs. Walan sagte im Jahr 2021, dass dies auch zu niedrigeren Kosten und einer erhöhten Flugzeugagilität führen könnte.

DARPA startete das CRANE-Programm im Jahr 2019, und Organisationen wie Aurora, Lockheed Martin und die Georgia Tech Research Corporation nahmen an seinen früheren Phasen teil.

Aurora hat jetzt die Phase 1 des Projekts abgeschlossen, eine vorläufige Designphase, die zu dem führte, was DARPA als „ein innovatives Testbed-Flugzeug“ bezeichnete, das die aktive Strömungskontrolle in einem Windkanaltest erfolgreich einsetzte.

Aurora wird nun im Rahmen des 2-Millionen-Dollar-Vertrags in Phase 42 eintreten, in der es ein detailliertes technisches Design für sein Flugzeug erstellen und Flugsoftware und -steuerungen entwickeln wird. Dies wird mit einer kritischen Designüberprüfung eines „X-Plane“-Demonstrators enden, der in der Lage sein wird, ohne herkömmliche bewegliche Flugsteuerungen an seinen Flügeln oder seinem Heck zu fliegen.

Der Zuschlag von DARPA hat auch die Option, Aurora in Phase 3 des Programms zu bringen, in der es ein unbemanntes 7,000-Pfund-Flugzeug in Originalgröße bauen würde, das für DARPA zum Testflug auf aktive Flusskontrolle angewiesen ist. Dieses Testflugzeug hätte modulare Flügelkonfigurationen, die es der DARPA oder anderen Organisationen ermöglichen würden, in Zukunft problemlos fortschrittliche Technologien auszutauschen.

„Angesichts all dessen, was wir über AFC und seine Anwendung auf taktische Flugzeuge in früheren Phasen von CRANE gelernt haben, besteht der nächste Schritt darin, diese Erkenntnisse im Flug zu beweisen“, sagte Graham Drozeski, Vice President of Government Programs von Aurora, in einer Unternehmenserklärung. „Das CRANE X-Plane wurde speziell entwickelt, um die Effektivität von AFC-Technologien bei missionsrelevanten Größenordnungen und Machzahlen zu untersuchen.“

Das Unternehmen sagte, es werde dieses X-Flugzeug mit einer Spannweite von 30 Fuß in seinen Werken in Virginia, West Virginia und Mississippi bauen und mit bis zu Mach 0.7 fliegen. Aurora hofft, im Jahr 2025 Flugtests durchführen zu können.

Es wird – wenn überhaupt – viele Jahre dauern, bis diese Art von Technologie in einem Luftwaffenflugzeug oder einem anderen Militärflugzeug landet. Walan sagte im Jahr 2021, dies sei ein experimentelles Projekt, das zeigen soll, ob diese Art von innovativer Technologie funktionieren kann, und nicht, etwas bereits in Betrieb befindliches zu verbessern.

Wenn das Konzept funktioniert, sagte Walan, könnte es eine „disruptive“ Technologie sein – und sogar das Design zukünftiger Flugzeuge auf den Kopf stellen.

„Weil wir DARPA sind, können wir ein bisschen an die Grenzen gehen“, sagte Walan. „Ich muss kein System da draußen haben, das das braucht.“

„Was wir mit diesem Programm versuchen, ist, den Werkzeugkasten der Flugzeugdesigner zu öffnen, damit zukünftige Systeme neue Werkzeuge und neue Ansätze haben, die sie verwenden und in Betracht ziehen können“, fuhr Walan fort. „Das ist wirklich die Kunst des Möglichen.“

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• Quelle: https://www.defensenews.com/air/2023/01/19/darpa-takes-big-step-forward-on-x-plane-that-maneuvers-with-air-bursts/