黄海1粟 / 军事 / 这一技术的出现让飞机也能像鸟类一样灵活...

分享

   

这一技术的出现让飞机也能像鸟类一样灵活飞行

2020-05-15  黄海1粟

  来源:兵工科技

  人类发明飞机以后,终于实现了在天空中飞翔的梦想,但无论是何种类型的飞机,在速度上可以远超自然界的鸟类,论起灵活性和敏捷性则要差上很多。此外,传统飞机经常遇到的颤振问题也使飞机的安全性受到严峻挑战。不过,主动柔性机翼技术的出现有望解决这一问题。

  •   何谓“主动柔性机翼技术”

  我们知道,现在的机翼主体结构是由金属材料组成的,其结构性质是刚性的。刚性的机翼本身不能扭转变形,它不能像飞鸟的双翼那样自动拍打和扭转,以控制气流,实现对自身飞行状态的灵活控制,刚性机翼的飞行控制,是通过在机翼上加装可以扭转的襟翼、副翼舵面来实现的。

  因此现有的刚性机翼飞机,在飞行的灵活性、敏捷性上,完全不能与在空中自由翱翔的飞鸟相比,更不能像它们那样,仅仅通过柔软双翼的形变,就实现小半径转弯。因此,飞机工程师们便希望将飞机的机翼变成柔性的,希望能够通过机翼自身的弹性形变,来模拟逼近自然界飞鸟的飞行能力。

  图注:传统飞机的刚性机翼,其蒙皮下是翼粱和翼盒等结构,主要由刚性的金属材料制成,容易形成不易控制的颤振,姿态控制主要通过偏转机翼上的襟副翼舵面来实现

  与常规刚性机翼设计思路不同,主动柔性机翼允许机翼进行大幅度的气动扭转,在全权限、快速响应的主动控制系统的协调控制下,多个前后缘操纵面协调偏转,主动使机翼发生所期望的弹性变形,由变形的机翼产生操纵力,从而控制飞机的运动。因为在主动气动弹性机翼中控制力由整个机翼而非几个操纵面产生,所以只要设计合理,操纵面仅需偏转很小的角度即可提供足够的操纵力,而此时机翼总的扭转变形较传统机翼还要小得多。不光控制效率高得多,飞机敏捷性大大提高,同时整个机翼总扭转变形量减小,飞机气动阻力也大幅减小,气动效率明显提升。

  图注:X-56A采用柔性机翼和大展弦比飞翼式布局,是第一款专门用于大展弦比柔性机翼技术研究和测试的试验机

  •   主动柔性机翼可有效防止颤振

  传统的刚性机翼除机动性能不足外,还会遇到颤振问题。所谓颤振,就是飞机的刚性机翼在受外界气流冲击时,引发的一种自振动现象,当飞机的固有振动频率与气流引起的颤振相激发,产生大幅振动的时候,就会导致机翼在很短时间内发生结构破坏,使飞机失事坠毁。颤振与飞机失速尾旋、空中停车一样,同属于飞机一类风险事故。

  传统的刚性机翼要防颤振,只能通过改变机翼用材,使机翼质心尽量前移,翼根处加强,加厚蒙皮,增设配重增加阻尼,或通过翼尖加配重或在翼尖前缘切角,增加翼面刚度,改变机翼固有频率以及不要让飞机达到或超过颤振临界速度等办法。当然这些改进方式往往需要付出额外增加质量甚至影响原有气动效率的代价。

  而柔性机翼,则可以通过主动的弹性变形,就改变机翼自身的固有振动频率,使得机翼远离颤振区间,从而彻底避免颤振问题。相对传统颤振抑制技术,主动气动弹性机翼具有结构重量轻,抗结构疲劳损坏强等特性,具有延长使用寿命,降低巡航阻力,增大航程等效果。此外由于阵风、切变以及大气紊流等大气运动常使采用刚性机翼的飞机产生颠簸,降低飞行品质,增加结构疲劳,影响武器投射精度。而柔性机翼飞机则能大大改善这些缺陷,特别是对翼载荷较小,展弦比较大的飞翼式飞机来说尤为明显。


  图注:X-56A采用模块化设计,目前准备了4套机翼,其中3套为柔性机翼,一套为用于对比测试的传统刚性机翼

  •   结语

  除了提高飞机机动性和解决颤振问题外,主动柔性机翼技术在帮助飞机减小巡航阻力、减小机体尺寸和重量、减缓阵风与激动载荷方面也获得了令人满意的效果。

  本栏目所有文章目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。凡本网注明版权所有的作品,版权均属于新浪网,凡署名作者的,版权则属原作者或出版人所有,未经本网或作者授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。

  新浪军事:最多军迷首选的军事门户!

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,请点击这里 或 拨打24小时举报电话:4000070609 与我们联系。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>