Najít správné uspořádaní, profil a tvar křídel je velká věda. Tvar křídla je závislý na typu letadla, ale i na různých rychlostech i profilech letu. Okamžitý požadavek na správný tvar křídla závisí na mnoha faktorech – na hmotnosti letadla, rychlosti, nadmořské výšce, teplotě/tlaku vzduchu, ale i na tom, zda letadlo stoupá, klesá, zrychluje nebo zpomaluje.
Klasická křídla pevné konstrukce jsou tak nutným kompromisem a nenabízejí rozhodně nejlepší podmínky pro každou fázi letu. V současné době tento problém, ať už civilního, nebo vojenského letadla, řeší řídící plochy. Na náběžné hraně (přední část křídel) to jsou takzvané sloty nebo slaty. Na odtokové hraně (zadní část) jde o vztlakové klapky, které podstatně mění profil křídla i úhel náběhu. Na svrchní ploše křídla jsou umístěny aerodynamické brzdy a spoilery (rušiče vztlaku), které letadlo v okamžiku přistání brzdí, zároveň zvyšují tlak na podvozek (pro vyšší účinek brzd).
Všechny tyto řídící plochy vyžadují vlastní elektrický pohon a mechanismus polohování. Řídící plochy tak zvyšují složitost (složitější údržba, vyšší riziko poruchy), hmotnost a cenu křídla a v případě vojenských letadel jsou také nezanedbatelným zdrojem radiolokačního podpisu. Řídící plochy také narušují čistotu profilu křídla a tím zvyšují aerodynamický odpor – zvyšují spotřebu paliva.
Konstruktéři tedy hledají způsoby, jak se bez nich obejít. Programů běží po světě několik, v EU byl vývoj systémů pro morfující křídlo součástí programu SARISTU (Smart Intelligent Aircraft Structures), na kterém se podílejí i čeští výzkumníci. Ale tady jde o projekt výzkumný, který sám nepovede k přímé komercializaci. Náskok - byť to se může jistě změnit - se tak zdá mít v tuto chvíli soukromá americká firma FlexSys ve spolupráci s NASA i laboratořemi amerického letectva AFRL (Air Force Research Laboratory).
Místo klasických řídících ploch se na křídle nacházejí navzájem mechanicky propojené voštinové bloky z kompozitního materiálu – jejich vzájemné uložení a natočení určuje, jak se křídlo (část křídla) bude ohýbat. S voštinovými bloky v každém křídle manipulují elektrické motory se šroubovým pohonem, které zajišťují samotné tvarování křídla. Klíčové je, že povrch křídla je potažen velmi pevným pružným kompozitním materiálem, takže povrch křídla zůstává stále hladký. Profil křídla je tak zcela čistý a to má v důsledku mnohem menší aerodynamický odpor než klasické křídlo s křidélky. Navíc voštinové bloky dokážou mnohem precizněji měnit tvar a dokonce se kroutit (vlnit se) v podélném směru.
V podstatě jde již o 120 let starý nápad. Vůbec první úspěšné letadlo na světě Flyer I bratří Wrightů se naklápělo doleva nebo doprava tak, že pilot pomocí táhel zkroutil plátěné křídlo. Později tuto funkci převzaly právě klapky na křídlech. Podobnou technologii používala i první stíhačka na světě Fokker Eindecker (1915).
Řídící plochy na křídle letadla: 1 - winglet; 2, 3 – křidélko (aileron) pro nízké a vysoké rychlosti; 4 – podpěry vztlakových klapek; 5 – Krügerova klapka; 6 – sloty; 7, 8 - vztlakové klapky; 9 – spoiler; 10 – aerodynamická brzda
Od technologie morfujících křídel se upustilo, protože neexistoval dostatečně pevný a odolný materiál, který by vydržel namáhání křídel při vysokých rychlostech nebo při náročných manévrech. Zlom přišel až s rozvojem moderních uhlíkových kompozitů a s rozvojem moderních systémů řízení letu.
Hlavní předností morfujících křídel je zvýšení účinnosti křídel v celé letové obálce. V případě zcela nových křídel založených na morfující technologii klesne spotřeba letadel (a tedy o stejnou hodnotu se prodlouží dolet a výdrž ve vzduchu). Úspory se odhadují řádově v jednotkách procent, výhledově možná i zhruba kolem deseti procent proti dnešnímu stavu. Díky lepší účinnosti lze ušetřit miliony dolarů ročně za palivo, snížit celkovou hmotnost konstrukce a současně také zredukovat hluk při vzletu a přistání letadla.
Morfující křídla dokonce slibují výrazně rozšířit letovou obálku letounu. V delší budoucnosti se počítá se stavbou křídel, které mohou v různých fázích letu (nízké/vysoké rychlosti, nízká/vysoká letová hladina, přistání/start, náročné manévry) zásadně měnit celý svůj tvar a profil.
Technologie je extrémně zajímavá pro stealth letouny, protože nejrůznější řídící plochy, ať už u stíhačky F-35, nebo bombardéru B-2, jsou zdrojem silného radiolokačního podpisu. Technologie přitom může odstranit nejen řídící plochy křídel, ale také směrových kormidel.
Potrvá to, ale může se hodit každému
Otázkou je, kdy technologii uvidíme v ostrém provozu. Problémy přitom nemusí být jen čistě technické, těžké bude přesvědčit i z dobrých důvodů konzervativní a opatrné výrobce a provozovatele. Než někdo dá finální „razítko“ a povolí zavedení technologie do provozu, bude to trvat nepochybně ještě dlouhé roky.
Je velmi pravděpodobné, že novinka se nejdříve objeví u bezpilotních letadel, v případě těch vojenských například bitevního dronu MQ-9 Reaper. Tyler Rogoway z webu The Drive spekuluje, že technologii morfujících křídel může získat jako první bombardér B-21 Raider. Ten vychází z původního návrhu B-2 a spekuluje se, že B-21 je určen zejména pro dalekonosné mise ve velmi velkých výškách.
Ale časem může být využití mnohem širší. Podobné postupy lze uplatnit i u vrtulníků, ponorek, aut, lodí nebo větrných elektráren, jednoduše všude tam, kdy se nějaké těleso pohybuje v plynném nebo kapalném prostředí.
Text vznikl pro server Armádní noviny, a byl redakčně upraven. Originální článek najdete zde.
