AK-11: 20 m og 2-sæder med revolutionerende dobbeltflap-system

Video af AK11- vinge demonstrator

Link to automatic translation

De tyske Akaflieg-klubber lever efter mantraet: Forschen, Bauen, Fliegen: For kort tid siden præsenterede Akaflieg Karlsruhe deres ekstreme flyvende vinge AK-X. Den repræsenterer godt 20 års arbejde for Karlsruhe-studenterne, og allerede før AK-X har fløjet sin jomfruflyvning, har man fokuseret på næste projekt;

Det hedder AK-11 og er et 2-sædet, 20 meter FAI-klasse svævefly.  Ambitionen fra Akafliegernes side er klar: At bygge det højst performende 2-sædede fly i sin klasse.

AK-11’s party-trick bliver det dobbelte flap-system som inkluderer både forkant- og bagkant-flaps.

Dette fleksible vingesystem sikrer, at man kan bygge flyet med en meget tynd vinge specielt optimeret mod høj fart, men på samme tid sikrer den dynamiske forkant-flap, at man undgår negative egenskaber ved lav fart.

En speciel fleksibel laminat mellem forkant-flappen og vingens hovedstruktur sikrer store områder med laminar strømning og dermed lav modstand.

Demo af AK-11-vingen med dobbelt-flapsystem.

Eksisterende teknologi snart udtømt?

I de seneste 20 år har aerodynamikere forsøgt at hente optimeringer ud de konventionelle vingedesigns, og det virker som om man nu jagter meget små forbedringer – mulighederne bliver stadig mindre, når man nu også har certificeringskrav til fx maksimal stallhastighed.

I mange år har den hellige gral været ”Boundary-layer suction”, hvor man med ekstern kraft, fx via elmotor, fastholder det laminare flow over vingen ved hjælp af undertryk. Det ville give forbedringer i glidetallet op mod 30 % i et standardklassefly, men indtil videre har vi ikke set nogle praktisk anvendelige prototyper. Læs mere om boundary-layer-suction og jagten på L/D 100 i artiklen her. 

Johannes Achleitner er manden bag MILAN-projektet med “morhping wing”. Det er erfaringer fra dette projekt som nu som danner basis for den nye dobbelt-flap-vinge i AK-11. Her er han fotograferet efter jomfruflyvningen af Akaflieg Münchens Mü 31.

Fleksible vingeprofiler er vejen frem

Da radikale ideer som boundary layer suction ikke har materialiseret sig endnu, har man i branchen i stedet eksperimenteret med fleksible vingeprofiler, hvor man dynamisk ændrer på vingeforkantens form under flyvning.

I nyere tid kan projekt Milan (2021) nævnes. Det var et samarbejde mellem Schleicher-fabrikken, Münchens Tekniske Universitet, hvor østrigske Dr. Johannes Achleitner (f.1985) indgik som projektleder i sit PhD-projekt , Plastik-research-instituttet SKZ og en mindre virksomhed ved navn MP2 carbon.

NORDIC GLIDING skrev om projekt “Milan” i 2021. 

Teknologien bestod af en 3D-printet mekanisme som blev indbygget i vingens forkant og resulterede i, at man kunne ændre på vinkelprofilen undervejs (morphing).

Beregninger dengang viste et 8 % forbedret glidetal i forhold til en ASG 29, men projektet havde udfordringer med høje aktueringskræfter i mekanismen samt vanskeligheder i integrationen med vandballast-tanke.

Manden bag Milan-projektet, Dr. Johannes Achleitner (som selv er ”gammel” München Akaflieger) har siden udviklet et mere simpelt ”dobbelt-flap”-koncept til ændringer af vingeforkanten, men som er certificerbart og mere teknisk realistisk.

Achleitner har stillet sit system (patent pending) til rådighed for Akafliegerne for projekt AK-11 og vil også være involveret med rådgivning og beregninger under projektet.

For det er typisk Akaflieg-klubberne som går først med radikale løsninger. For de store producenter er det ganske enkelt for risikabelt at implementere alt for ny teknologi i fly, som i forvejen kæmper om markedsandele i et lille (og ofte konservativt) marked.

Akaflieg Karlsruhe har besluttet sig for en Twin Shark-fuselage som basis for AK-11-projektet. Her er akafliegerne på besøg hos HpH i Tjekkiet med HpH-chefen Jaroslav Potmesil i midten.

Dobbelt-flap-performance er lovende

Forud for AK-11 som er et 2-sædet 20m-koncept har Johannes Achleitner testet dobbelt-flap-konceptet med beregninger på et radikalt 18m-koncept med navnet ”Swift”. Det er tænkt med en allerede eksisterende krop og nye 18 metervinger, og den beregnede performance viser ganske voldsomme fordele over de eksisterende 18 m-konstruktioner; Hvordan lyder glidetal +40 ved 200 km/t eller cirka 20 km/t hurtigere end de eksisterende typer ved samme glidetal?

Det er disse store fordele, som man håber på at kunne opnå i AK-11-konceptet, som kommer til at få basis i en Twin Shark-fuselage fra tjekkiske HPH.

Beregnet polar for et tænkt 18m-fly (DLF) med samme dobbelt-flap-system som AK-11. Ved høj fart viser beregningerne store fordele, selv over nutidens 18-fly. Det er denne performance-gevinst, som Akaflieg Karlsruhe håber på at få i deres kommende 20 m AK 11 med dobbelt-flap-system. (Grafik: Achleitner Aerospace)

Dette er IKKE AK-11, men en tænkt single-seater “Swift” med det samme dobbelt-flap-system. Bemærk vingebelastningen og glidetallet ved 200 km/t! (Grafik: Achleitner Aerospace)

Udfordringer med at bygge systemet

Udfordringerne med dobbelt-flap-systemet er ikke uvæsentlige: Bl.a er man afhængig af at få udjævnet spalterne mellem forkant-flap og vingen med laminat som dynamisk følger profilkonturen. Lykkedes dette ikke, vil man få turbulent og modstandsskabende strømning langt fremme på vingen – og så er man langt dårligere stillet end et konventionelt system med vinge og bagkant-flaps.

Fordi vingen vil være meget tynd og med begrænset areal vil design af selve aktueringsmekanismen og styresystemet internt i vingen også være en test af Akafliegernes ingeniørkunst.

Nixus og andre forsøg med dynamiske vinger

Udviklingen af ​​AK-11 finansieres med næsten 300.000 euro af ministeriet for videnskab, forskning og kunst i Baden-Württemberg som en del af “Future Initiative IV” i delstatens luftfartsstrategi. Dette program støtter studentergrupper, der bidrager til fremme af luftfart med innovative projekter og inspirerer unge talenter inden for området.

I skrivende stund har Akaflieg Karlsruhe færdiggjort en sektion af demo-vingen som skal synliggøre konceptet og vingens opbygning.

Vingen skal testes i den berømte Stuttgart-vindtunnel til maj.

NG følger dette spændende projekt.