来源：航空制造技术杂志，2018年，第5期，部分资料来源网络 记者 | 李丹 1不是你以为的“吹气”、“吸气” 航空制造技术：请简要为我们介绍一些您设计的新概念飞行器（电动、翼身融合、火星探测等） 查戈成：你所提及的这些新概念飞行器都基于Co-Flow Jet（CFJ）流动控制技术，也称协同射流控制技术，是我们团队提出的流动控制技术新概念。 我们一直想要在空气动力学上有所突破，那么新的流动控制（Flow Control，FC）技术的提出需要考虑3个问题：
所谓CFJ 技术，指的是在翼型上表面前缘负压区开口进行吹气，在后缘高压区开口进行吸气，在翼型内部布置泵和管道，将吸入气体输送到喷口处，吹气量和吸气量相等，实现零净质量流量的一种高效流动控制技术。 CFJ 技术能很强地抑制流动分离、改善失速特性、显著提高升阻比、能量利用率高，CFJ 机翼本身是一分布式推进系统。随着电机小型化高功率技术的发展，CFJ 技术具有广阔的应用前景。 我们一直在寻求概念上和技术上的突破，而不是在传统技术上渐进式的改进。CFJ 技术不仅能极大地提高效率，还能降低噪音、减少油耗和污染，同时也为电动飞机提供一种可行推进系统，电动飞机由于电池能量密度的限制，如果不在空气动力学上有很大的突破，航程会受到极大限制。 另外，此项技术对火星上的飞行也是非常有效的，因为火星大气层很薄，很难为传统飞机产生大升力。 综上所述，CFJ 技术在翼型、机翼、未来高性能飞行器布局设计中具有很大的应用潜力。
2概念机✈样机，不是梦 名为“超音速双向机翼（SBiDir-FW，supersonic bi-directional flying wing）”概念在2012年提出：飞机的速度达到超音速时，并不会将机翼收起，而是将飞机旋转90度，将亚音速飞行转变为高音速飞行。引擎舱的飞行方向不变，但飞机的其他部分会一直旋转，直到飞机的头部和尾部变成机翼。 图中上面显示的是超音速飞行模式，下面显示的是亚音速飞行模式。唯一明显的区别就是亚音速飞行模式下的小翼，通过将这些小翼收起，空气动力学影响会将机身旋转90度，无需动力系统。超音速飞行时将小翼支起，可将机身转回原来的位置，只有引擎舱的前进方向保持不变。 航空制造技术：您提出的超音速双向飞行翼新概念布局被认为是能够降低音爆和实现极高气动效率的未来超音速飞机，灵感来自哪里？具有哪些理论基础？还需要多久才能实现？ 查戈成：设计一款完美的飞机似乎是不可能的任务，考虑到起飞和降落，机翼展长越长越好；考虑到超音速飞行速度和效率，机翼越细长越好，所以机翼设计都是妥协的产物。 目前大多数民机是属于亚音速或跨音速飞机，CFJ 技术还没有应用到超音速飞机上，亚音速与超音速是两个完全不同的领域，一旦达到超音速后，因为有激波的产生，空气动力学的物理性质将发生很大变化，这个激波与跨音速飞行产生的激波是不同的。 激波会降低空气动力学效率，最有效的办法就是使机身变得细长，然而作为飞行器，起飞时翼展要足够大才能提供飞行升力，这就形成一对矛盾，我们希望机身是细长体，但是过于细长，起飞又很困难，所以超音速飞机双向飞行翼概念在两个方向都是对称的。这种飞机有两套完全不同的机翼，可以在两种模式之间切换，问题迎刃而解。 从地面起飞直到到达接近音速，大展长小后掠角的机翼提供了高升阻比，有助于飞机的起飞。而当它接近音速，飞机将“转身”90°——以细长姿态飞行，此时飞机机翼后掠角加大，升力分布更长，可以获得极大的空气动力学效率和极低的音爆。超音速时，越细长的物体激波强度越弱，气动效率越高；升力分布越长，压缩波在空气中汇聚成激波的可能性越小，使音爆减弱，所以机身的长度非常重要。 传统的飞机升力主要是靠机翼，而双向飞行翼整个机身都是升力装置，这就是其中的优势所在。 我们团队还在做一些概念上的研究，我认为从概念机到样机至少还需要10 年甚至更长的时间。工业界、投资界需要在概念基本成熟、适应市场发展的情况下才会介入，这是一项很大的工程，没有强大的资金支持是无法开展的。 3制造技术不容忽视 航空制造技术：您设计的螺旋桨叶片，与我们常规所见的有很大差别，能简要为我们介绍一下吗？制造工艺上是否容易实现？是否遇到过设计出来而制造不出来的情况？ 查戈成：目前高速飞行飞机的机翼都是有掠角的，将此概念应用到飞机螺旋桨上，设计一种前掠叶片，目的是提高螺旋桨效率和降低噪音，我们做了风洞试验，效果是不错的。 我们制造的前掠螺旋桨原理和传统的螺旋桨是差不多的，只是空气动力学概念不相同。在设计过程中考虑了离心力平衡，避免重心偏离径向，不增加叶片根部的应力，这都是可以通过形状来调整的，在制造工艺上难度不大。 由于航空本身对制造要求比较高，设计得出而制造不出的情况很多，比如前面提到的超音速飞机，旋转、转动装置，流动控制等，对制造技术提出更高要求。 我们的科研主要面向前沿领域，争取在概念上有突破，对其可制造性关注不是首位，但是如果要推广到市场上，关注重点就不一样了。
4关键突破——空气动力学 航空制造技术：您以后的研究重点在哪些方面？对于想从事该研究的学生，您有哪些建议？ 查戈成：美国的政府部门会出资做一些开拓性、前瞻性积累研究，而工业界直接参与前瞻性研究的比较少，主要是对一些具有可行性技术的支持，所以我们主要的资金来源是政府部门。 对于任何的飞行器或推进系统，关键突破都是在空气动力学上，当然目前还有一个关键点是材料，如果材料能变得更轻，对整体性能的提升是非常有利的。 我们的关注点不是材料和结构，而是处于最基本的空气动力学，对任何飞行器来讲，如果空气动力学设计有突破，带来的影响是非常大的。 然而空气动力学设计的突破并不容易，例如从波音707 到波音787，在外形上并没有多大改变。过去50年，飞机性能的提高主要是靠材料、结构、发动机效率，我们力求在空气动力学上能得到大的突破，希望未来的飞行器在外观或内在的空气动力学控制上都会有所不同。 我们涉及的研究领域比较宽泛，像空气动力学、计算流体力学、飞机设计、发动机设计、发动机空气动力学等，而国内专业分类比较细，学生的研究领域更聚焦一些，但是我建议不管做哪方面研究，学生都需要拓宽知识面，以便增强自己的适应性、竞争力和创造性。 |
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