NASA與波音測試新型柔性長機翼 有望顯著降低客機顛簸與油耗

美國國家航空航天局（NASA）與波音公司近日在位于弗吉尼亞州的蘭利研究中心完成了一系列新型高展弦比機翼的風洞測試，目標是在提升大型客機燃油效率的同時，抑制長而細機翼在氣流中的劇烈振動和顛簸問題。這一項目屬于雙方聯(lián)合開展的“綜合自適應機翼技術成熟計劃”（Integrated Adaptive Wing Technology Maturation），被視為未來干線客機機翼技術演進的重要一步。

傳統(tǒng)客機如果將機翼設計得更長更薄，可以大幅降低氣動阻力、提升巡航效率，但隨之而來的是剛度下降、變形增大，機翼在陣風和機動載荷下更容易產生大幅振動甚至“抖翅”現(xiàn)象。NASA蘭利研究中心航天工程師詹妮弗·平克頓指出，在高展弦比設計下，“陣風載荷和機動載荷會比小展弦比機翼引發(fā)更大的響應，但高展弦比本身又能帶來更高的燃油效率，關鍵是在獲益的同時控制好機翼的氣動彈性響應”。

為此，團隊采用了由NextGen Aeronautics公司制造的大型半機模型進行試驗，這架模型看上去像被從中間縱剖開的噴氣客機，安裝了一段長約13英尺（約3.9米）、結構極為纖細的機翼。試驗在NASA蘭利的跨聲速動力風洞中進行，該風洞試驗段約為16英尺見方（約5米×5米），可在接近真實飛行狀態(tài)的氣流條件下考察機翼的振動特性和控制效果。

這款試驗機翼在后緣布置了10塊可獨立調節(jié)的活動面，作為主動控制的“控制面板”。通過實時調整這些控制面，工程師得以在試驗中顯著削弱機翼的“抖動”程度，從而驗證了利用智能控制系統(tǒng)抑制高展弦比柔性機翼顛簸的可行路徑。平克頓表示，“撲振是一種非常劇烈的相互作用，當翼面上的氣流與飛機結構耦合并激發(fā)機翼的固有頻率時，振幅可能呈指數(shù)級增長，直至導致災難性失效，我們的任務就是在概念階段充分表征這種氣動彈性不穩(wěn)定性，讓實際飛行可以安全避開這些工況”。

目前，NASA與波音已開始對試驗中采集的大量數(shù)據(jù)進行深入分析，并計劃在完成后向業(yè)界公開相關成果。參與項目的海尼表示，初步數(shù)據(jù)分析顯示，NASA和波音開發(fā)并在試驗中使用的控制算法“實現(xiàn)了顯著的性能提升”，團隊期待在未來數(shù)月持續(xù)挖掘數(shù)據(jù)價值并分享更多結果。

這項高展弦比柔性機翼研究是NASA“先進航空運輸技術計劃”（Advanced Air Transport Technology）的一部分，該計劃聚焦通過新一代固定翼運輸機技術提升燃油效率、降低環(huán)境影響。若相關技術未來成功應用于新一代干線客機，有望在改善乘客顛簸感受的同時大幅降低油耗與排放，為民航業(yè)的節(jié)能減排目標提供一條重要技術路徑。