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涡控技术公司计划对波音737NG后体上应用涡流发生器进行认证
王元元

2017-06-12 | 聚焦

据美国《航空周刊》网站2017年6月6日刊文,在C-130和C-17军用运输机上进行了涡流发生器的飞行试验后,涡流控制技术公司(VCT)计划将其“侧鳍”(一种涡流发生器,相比洛马研制的微型涡流发生器尺寸稍大)用于波音737NG系列客机上,并取得适航认证。

位于佐治亚州肯尼索的涡控技术公司开发了用于降低运输类飞机上翘后机身阻力的涡流发生器,即所谓的“侧鳍”。大量的CFD计算表明,侧鳍可平均降低1%的燃油消耗,投资回报期大约为2-3年。侧鳍最开始是针对军用运输机大上翘后机身设计的降低巡航阻力的装置,美国空军已经研究了将该装置应用于C-130和C-17的可行性,并开展了飞行试验。

涡控技术公司针对C17开发的侧鳍目前正在波音737NG客机上进行认证

对于737来说,在每侧后机身下部平尾前方各安装3片60厘米长、6厘米高的侧鳍,以对平尾下方流场进行规整。涡控技术公司首席工程师里克·胡克介绍,737每侧机翼后方机身下表面会产生一个漩涡,当它向尾部移动时会向上移动,这会加速尾部的流动、降低尾部的压力,从而增加阻力。而侧鳍会产生一定的下洗,将上移的漩涡向下移,增加尾部的压力恢复,从而实现减阻。

涡控技术公司CEO吉尔·摩根表示,侧鳍安装非常方便,无需对机身结构进行加强,只需使用内六角驱动螺栓(Hi-Lok)将侧鳍固定在机身后压力隔框之后。一套(共6个)侧鳍重约22.6千克,预计安装需要40个人时。位于特拉华州乔治敦的Aloft AeroArchitects公司已经开始了对应用于737NG上的侧鳍进行补充型号合格证申请,预期在今年11月底获得许可。在737-700上的飞行测试将在11月进行。

无侧鳍(左)和有侧鳍(右)的机身流场对比,侧鳍对机身后体起到了整流作用,增加了尾部压力恢复,降低了压差阻力。

摩根表示,侧鳍的取证基础类似于机载天线,侧鳍对飞机稳定性和操纵性没有影响。涡控技术公司没有透露侧鳍的价格,但表示不会太贵,已经有“几家主要的航空公司对其表现出了兴趣。”

胡克表示,虽然应用于C-130和C-17上的侧鳍分别实现了6%和1.6%的巡航阻力降低,但要实现在已经非常高效的波音737上减阻的目标仍然是非常具有挑战性的。胡克2016年从洛马公司加盟涡控技术公司,之前他一直在洛马研发后机身应用的微型涡流发生器(相比涡控技术公司的侧鳍尺寸稍小),现在洛马的微型涡流发生器已经在C-130上得到应用。

涡控技术公司在6个月内,使用自己的高性能计算机和NASA的USM3D流场求解器分析了用于737后机身的400个不同的侧鳍方案。据胡克介绍,“在开始的一个半月里,我们没有发现侧鳍的减阻效果,所以我们持续对其位置、尺寸、安装方向进行优化。”涡控技术公司利用激光扫描获取飞机数模、利用飞行模拟器获取不同飞行阶段的舵面位置数据构建了CFD模型。对于与飞机相比尺寸过小的侧鳍来说,使用CFD计算分析比风洞试验更加有效。

在C-130和C-17上进行的飞行试验验证了洛马公司使用的CFD工具的有效性,“计算精度可以达到1%,”胡克表示,“这给了我们对于CFD工具的信心”。737上的飞行试验将测量实际的阻力降低和油耗减少量。

涡控技术公司的节油分析是基于2小时的飞行任务,但是摩根表示,侧鳍主要影响的是压差阻力,因此他提供了一个在所有飞行环境下的一致的减阻量。他表示,“相比翼梢小翼(主要降低升致阻力)来说,不同飞行状态对侧鳍减阻的影响要小得多。”

涡控技术公司后续还将使用CFD技术对侧鳍应用于其它飞机,如空客A320,波音747、767、777,麦克唐纳·道格拉斯MD-11等进行分析,胡克表示:“侧鳍并不是即插即用型产品,用于不同飞机必须经过进一步的优化。”

侧鳍的概念由涡控技术公司首席科学家查克·迪克逊于2010年提出,胡克加入公司后,引入了所有的CFD工具,“这是一个正确的决定,”公司主席布雷特·史密斯表示:“下个月我们将研究下一个侧鳍的应用机型。我们计划利用CFD工具加速我们的研究。”

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