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王元元

2018-01-15 | 聚焦

欧洲研究团队取得变形机翼技术重要进展

据美国《航空周刊》网站1月8日报道,图卢兹的1个研究团队已经取得了变形机翼技术研究的重要进展,将人类长期以来梦寐以求的像鸟类一样高效飞行的梦想带到离现实更进一步。研究团队成功进行了缩比机翼翼段变形的风洞试验,试验结果使空客公司看到了该技术的发展前景,空客决定继续推进该技术研究,计划2020年进行全尺寸变形机翼飞行验证。

2017年,欧盟委员会在地平线2020计划下资助了一项为期3年的“智能变形与传感技术(SMS)”项目。欧盟委员会的支持促成了一个几乎全尺寸的“电活性(electroactive)”机翼翼段的建设,用于在低速风洞中进行评估。该“电活性”机翼结合了形状记忆合金和压电作动器,能够光滑地改变弯度和抑制湍流,未来将在A340飞行试验平台上评估全尺寸的变形翼段。

据团队成员——图卢兹流体力学研究所(IMFT)、法国电子电气计算机水利电信学校拉普拉斯实验室(法国最大的等离子&电气工程研究所)介绍,他们的变形机翼结合了形状记忆合金适用于低频、大变形的特点以及压电作动器适合高频、小变形的优点。

在亚声速风洞中的A320缩比变形机翼翼段,图中叠加了CFD计算的流场图像。(图片来源:IMFT/Laplace)

在起降阶段,利用形状机翼合金可以实现类似于鸟类的高升力襟翼连续变弯度,相比现在的分段式襟翼设计效率更高。在巡航阶段,利用压电作动器可以实现机翼后缘的小幅振荡。压电作动器和相应的传感器、处理器形成一个闭环系统,可使后缘产生最优的周期性位移——1.016毫米(0.04英寸),能够控制湍流,从而降低阻力和噪声。这种控制装置模拟了猛禽飞行中煽动翅膀后缘羽毛以降低阻力和噪声的动作。

研究团队已经完成了小尺寸的机翼翼段(后缘襟翼弦长30厘米)的地面试验,更大尺寸的试验机翼正在装配中(后缘襟翼弦长1米)。这将更易于实现电驱动的形状机翼合金,也可使燃油系统更好地集成。

电驱动的形状记忆合金可实现光滑、连续地改变襟翼弯度(图片来源:IMFT/Laplace)

该项技术目前处于技术成熟度3级,意味着还需要更多的研究证明其实际应用的可行性。一个关键的问题是压电作动器在全尺寸机翼上应用的适应性。SMS项目的目标是将该技术的成熟度提高至5级。研究人员计划2020年5月在空客A340飞行试验平台BLADE(欧洲突破性层流飞机验证机)上进行变形襟翼的飞行演示验证。

对于商业应用来说,这项变形技术预计可改善3-4%的燃油消耗;但是军方对该技术也表现出了兴趣。SMS项目的核心成员乔纳斯·舍勒博士在博士论文中对上述两家研究机构在变形机翼技术方面的研究进行了详细介绍,上个月他获得了法国武器采购机构的奖励。

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