ПНИПУ: пьезоэлектрические актюаторы позволяют управлять формой лопастей для самолетов

Ученый Пермского Политеха создал пьезоэлектрические актюаторы, позволяющие эффективнее управлять формой лопастей воздушных винтов. Новая технология увеличивает угол поворота закрылка на 20% по сравнению с существующими решениями и может снизить расход топлива и уровень шума. На разработку уже получен патент. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Лопасть винта напрямую влияет на тягу, расход топлива и акустический комфорт. При взлете ей нужен большой угол атаки для создания максимальной тяги, однако на высоких скоростях этот же угол начинает создавать сопротивление и вибрации. Сейчас эту проблему решают за счет поворота всей лопасти, но такие механизмы тяжелы и увеличивают энергозатраты.

Альтернативой считаются пьезоэлектрические элементы — материалы, которые меняют форму под действием электрического напряжения. С их помощью можно гибко управлять формой лопасти, но до сих пор их возможностей было недостаточно: угол деформации оставался слишком мал.

Новое решение основано на пьезоактюаторах со встречно-гребенчатыми электродами. В отличие от традиционных конструкций, где электроды расположены сверху и снизу пластины, здесь они выполнены в виде двух "гребенок", зубцы которых входят друг в друга. Такая конфигурация усиливает деформацию материала при подаче напряжения.

"Каждая ячейка деформируется по-своему, и вся поверхность лопасти работает как единая система, изгибаясь и закручиваясь в нужном направлении", — объяснил Андрей Паньков, профессор кафедры "Механика композиционных материалов и конструкций" ПНИПУ, доктор физико-математических наук..

Система представляет собой набор небольших пьезоэлектрических элементов, покрывающих поверхность лопасти. При подаче напряжения они изменяют форму задней кромки — закрылка, позволяя адаптировать аэродинамический профиль под текущий режим полета.

Моделирование показало, что новая конструкция обеспечивает значительно больший диапазон деформации. Это позволяет не просто сглаживать поток воздуха, а активно управлять им — повышая эффективность работы винта.

При этом пьезоактюаторы весят всего несколько сотен граммов, тогда как традиционные механизмы достигают десятков килограммов. Снижение массы напрямую влияет на экономичность: уменьшается расход топлива и увеличивается полезная нагрузка.

Разработчики считают, что технология позволит создавать более тихие и экономичные самолеты и вертолеты. В ближайшее время планируется переход к созданию прототипов и экспериментальным испытаниям.