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“捕蝇草”激发变形襟翼设计灵感

来源:http://www.btxygg.com 作者:广东快乐10分预测 时间:2019-11-21 02:51

[英国《飞行国际》2007年5月8日报道]空客A350总工程师Gordon McConnell称,空客正在进行飞机机翼气动性能的详细研究,在2008年10月前不会冻结构型设计。他表示目前已取得了很好的进展,采用了一种新式的后缘高升力系统--先进凹铰链襟翼(advanced dropped hinge flap)。McConnell称这是一种非常简单的设计,是一种多功能的系统,可用来使扰流板和襟翼偏转以控制后缘和襟翼间的间隙。他还说,除了不会增加重量和复杂性并提高效率,该系统还可改善巡航性能,因为它可用于实现机翼变弯度和载荷减轻(load alleviation)。

空客于1998年在一架A320上进行了混合层流控制垂尾飞行试验,“但那只是一个初级系统,内部有许多管路,没有进行集成设计”,瓦利希表 示,“AFLONEXT项目中的混合层流控制系统更加成熟,介于试验和生产之间的状态,我们的目标是把该系统最终集成到飞机上。”瓦利希还表 示,AFLONEXT项目中的混合层流控制系统并不打算作为现有机型翻新的配置,“A320只是一个开发中的验证工具,并不是目标飞机。该系统更加适合于 中远程飞机。”

德国宇航院的研究人员正在测试一个能够光滑变形为任何形状的机翼后缘,它可以取代传统的分离式后缘襟翼。通过布置在柔性后缘内细胞结构层中的压缩空气,机翼可以根据巡航或者着陆等不同条件变形为多种不同的气动形状。

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对于机翼后缘,主动流动控制技术预计可带来1-2%的燃油消耗降低。射流格尼襟翼是目前的应用设想之一。格尼襟翼是位于机翼后缘下表面的一段垂直于机翼表 面的扰流板,长度大约占弦长的2%,平时可以贴翼面安装,展开时可以起到增加升力的作用。射流控制可进一步增加机翼的环量,提高升力;另外,研究人员还考 虑了利用科恩达效应的控制装置。在机翼后缘方面,项目仅安排了小尺寸的风洞试验。对于大多数AFLoNext项目中的单项技术,目标是提 高到技术成熟度4-5,以便在洁净天空2中通过集成验证进一步提高到6级,而机翼后缘主动流动控制技术只进行一些基础研究,目标是推进到成熟度2-3级。

DLR的设计灵感源自一种名为“维纳斯捕蝇草”的食虫植物。维纳斯捕蝇草是自然界最着名的肉食植物,其叶片上长有许多细小的触角。一旦有物体碰到捕蝇草,叶片会自动收拢并将外来物体包夹于其中。维纳斯捕蝇草叶片的合拢速度奇快,时间不到一秒。研究人员本杰明说:“捕蝇草通过改变叶片细胞内的水压来实现变形。” DLR已经制造了一个襟翼验证平台,不同尺寸的塑料细胞被用来组成具有不同形状的机翼后缘。两层细胞层紧挨着布置。通过对上下层细胞的加压分别实现下弯和上翘。上述研究是“压力驱动细胞结构”项目的一部分。该项目的参与方还包括空客防务与航天公司。DLR已经展示了变形襟翼能够实现所需的起飞和着陆构型。下一步将是在风洞中进行变形襟翼的测试。

2016年,TsAGI将对一个代表远程飞机的6米长的集成了短舱、挂架和缝翼的机翼部段进行低速风洞试验。小尺寸的测试将会在特拉维夫大学进行。

[据美国航空周刊和空间技术网站2015年8月31日报道]飞机襟翼的作动机构非常复杂,并且襟翼展开后形成的空隙会造成阻力和噪声增加。目前,设计师们正在寻找能够光滑变形的高升力装置以改善飞机气动性能和降低油耗。

“于此同时,我们也将研究主动流动控制技术在短程飞机上的应用。”瓦利希表示,“在A320这样级别的飞机的有限的机翼空间内集成作动器是非常困难的,如果要集成必须从一开始进行全新的设计。”

编辑:国防科技网 责任编辑:张海

AFLONEXT项目旨在提高现有的、有前景的流动控制技术的成熟度,以便在洁净天空2计划中实现这些单项技术 在大尺寸验证平台上的集成验证。AFLONEXT项目下也要开展单项技术的演示验证,包括2016年在DLR的空客A320试验机上进行起落架和襟翼的被 动降噪技术飞行验证,2017年在A320上进行混合层流控制垂尾的验证。

混合层流减阻控制通过前缘开孔吸除低能附面层、延迟转捩。空客AFLONEXT项目负责人马丁•瓦利希表示:“A320的混合层流控制垂尾飞行试验将在 2017年第二季度进行,2016年将开始相关样件制造。”瓦利希还表示:“CFD计算表明,如果在机翼和垂尾上同时使用混合层流控制技术,预计可在飞机 层面带来9%的油耗减少,但这还需要飞行试验的验证。”除飞行验证外,AFLONEXT项目将对机翼前缘应用混合层流控制进行地面验证。研究人员将在 2.5米长的外侧机翼段的前缘集成吸气系统、防冰系统和屏蔽昆虫污染的克鲁格襟翼系统。瓦利希表示:“这仅是一个地面演示,对机翼前缘层流控制进行初步的 集成,该技术在洁净天空2中将进一步发展。”

襟翼降噪修形包括多孔的金属泡沫,它能够填充传统襟翼边缘的空洞,消除噪声“共鸣器”。瓦利希表示,“这项降噪技术具有在现有飞机上进行改装应用的潜力。”起落架降噪修形包括覆盖和屏蔽噪声源,“这是很有挑战的设计,理论上可行但是目前还未集成到飞机上。”

对于发动机挂架和机翼结合部,随着发动机涵道比的增加,风扇的尺寸不断加大,发动机和飞机的集成变得愈发困难,如果不增加机翼离地高度的话,发动机就要和 机翼更近,造成发动机和机翼之间的干扰更大。为了集成更大的发动机,机翼前缘缝翼要为挂架留出更大的空间,影响了高升力特性。这项研究内容就是在局部应用 主动流动控制技术阻止流动分离提高机翼高升力性能。AFLoNext项目关注两类作动器:脉冲喷气和合成射流。脉冲喷气利用发动机引气或者空气压缩机提供 压缩空气,通过阀门的开、闭周期性地向流场注入能量。“合成射流就像是一个扬声器,通过电力控制薄膜的振动产生气流,这种方式无需气源,”瓦利希表示, “我们将对两种作动器进行风洞试验比较它们的优劣。前期的CFD研究虽然显示了脉冲喷气的优势,但我们还想进一步的对比。”

在起落架和襟翼的被动降噪控制方面,主要包括两项内容,分别是主起落架和后缘襟翼之间的干扰消除以及襟翼外侧边缘的处理。一些降噪试验已经在德国布伦瑞克 的DLR-AWB和DNW-NWB风洞中开展,筛选了一些起落架和襟翼的减阻构型,结果比较乐观。研究人员正在申请获得飞行试验的授权,如果一切顺利计划 2016年第二季度在DLR的A320试验机上进行降噪技术的飞行测试。

在振动减轻控制技术方面,AFLoNext项目将提供一种在飞机早期设计阶段预测振动水平的的气动力学工具。虽然项目安排了一些飞行试验,但并不计划开发 减振的装置,只是用来验证项目团队开发的耦合了结构有限元分析的CFD计算模型。瓦利希表示,“欧洲此前并没有类似工具,飞机设计时通过飞行试 验中发现的振动问题不断修正,成本巨大。”AFLoNext项目将关注主起落架舱门的振动。目前,A320主起落架舱门的地面振动试验已经完成,预计 2016年第二季度开始飞行试验,完成CFD/FEA模型的验证。在AFLoNext项目之外,研究人员还为未来可能的研究设计了两种起落架舱门振动减轻 装置。这些装置包括类似涡流发生器、扰流板、格栅和减振器等。(中国航空工业发展研究中心 王元元)

[据美国航空周刊和空间技术网站2015年12月14日报道]实现对飞机机翼和尾翼的精确流动控制,特别是对飞机阻力增加非常敏感的流动分离区的控 制能够带来降低油耗、减排和降噪方面的巨大收益。欧洲在第七框架下正在开展的“应用于下一代机翼的主动载荷和噪声控制技术”项目就聚 焦于提高一系列减阻、降噪等流动控制技术的成熟度。AFLONEXT项目的主要研究内容包括降低巡航阻力的混合层流控制、增加起降性能的主动流动控制以及 大涵道比发动机与机翼的集成、被动降噪控制和振动减轻等。项目研究周期4年,经费3700万欧元。共有来自15个国家 的40个合作伙伴参加了研究工作,牵头单位为空客公司。该项目现在已经进入第三年,将要开展演示验证样件的制造工作。

AFLONEXT项目中的主动流动控制研究主要针对三个机体局部,分别是外侧机翼、发动机挂架和机翼结合部、机翼后缘。对于外侧机翼,主动流动控制能够实 现更激进的减阻翼梢设计,预计降低油耗可达2%。对传统高升力系统来说,展开的前缘缝翼外侧边缘处的流动分离影响了翼梢的流动,同时降低了增升效果。缝翼 外侧的吹气技术可以改变分离的位置消除影响。

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关键词: 欧洲 进展 空客 机翼 技术研究