NASA被動氣動彈性剪裁機翼完成第二輪載荷試驗

2018年9月和10月,NASA在加利福尼亞州阿姆斯特朗飛行研究中心對被動氣動彈性剪裁機翼(PAT)分別進行了兩輪載荷試驗。試驗中使用了超過10000個傳感器,使其成為阿姆斯特朗飛行研究中心測試過的具有最密集測試儀器的試驗件之一。試驗已經證明了該設計和制造方法的可行性,能使機翼更大、更長、更薄,能最大限度地提高結構效率,減輕機翼結構重量并提高飛機燃油效率。

PAT機翼由NASA采用絲束牽引(TowSteered)復合材料技術設計制造而成,試驗機翼展長達到11.9米,具有高展弦比、輕量化等特征。

NASA被動氣動彈性剪裁機翼完成第二輪載荷試驗的圖1

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試驗人員調整被動氣動彈性剪裁(PAT)機翼測試設備。

絲束牽引復合材料技術是一種碳纖維鋪貼方式,可用于制造機翼蒙皮,通過結構設計被動地控制機翼顫振或振動、減緩陣風載荷的影響,提高乘客舒適度。

在載荷測試期間,機翼會同時發生彎曲變形和扭轉變形,雖然試驗人員已盡量使其堅固和可控,但仍然會出現令人緊張的時刻。

弗吉尼亞州NASA蘭利研究中心先進航空運輸技術項目的技術主管凱倫·米明格(Karen Taminger)說:“試驗中有很多未知數,我們必須做出一些假設和一些簡化,以便能夠進行設計和分析。令人慶幸的是,試驗結果非常理想,隨著機翼在載荷作用下彎曲,翼尖完美通過80英寸(2.032米)標記。因為不確定蒙皮對機翼整體變形會帶來什么樣的影響,所以我們在試驗機翼上安裝了如此多的監測儀器,這樣我們就可以通過對大量試驗數據的分析,來量化試驗中觀察到的現象?!?/p>

NASA被動氣動彈性剪裁機翼完成第二輪載荷試驗的圖2

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被動氣動彈性剪裁(PAT)機翼在最高試驗載荷下的彎曲狀態。


在10月開展的第二輪載荷試驗初期,發現機翼具有比預想更好的變形性能,因此,團隊對試驗參數進行了一些修改。

試驗中一個令人驚喜的意外收獲是,絲束牽引技術使得翼尖向前緣偏轉。從氣動角度來看,將載荷轉移到機翼結構較厚部位,有利于被動地減輕陣風載荷的影響。

NASA被動氣動彈性剪裁機翼完成第二輪載荷試驗的圖3

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工作人員在監測被動氣動彈性彈性(PAT)機翼的測試過程。

米明格希望盡快將機翼由當前約30%縮比擴大到全尺寸,以便從商業運輸的角度評估其優勢。最終,使用PAT機翼可以節省的燃料量將決定其最終的價值,一般而言,增加機翼展長也會帶來結構重量的增加,但絲束牽引技術可以讓機翼獲得減阻和減重的綜合效益,從而轉化為燃油效率的優勢。

阿姆斯特朗飛行負載實驗室首席測試工程師拉里哈德森(Larry Hudson)表示,這項研究的另一個很重要的收獲是,讓研究團隊掌握了高度柔性、大展弦比機翼的試驗方法,學會了如何使用特殊的架空加載系統(overhead loading system)來達到預期的試驗目標,掌握了應對高度柔性機翼在試驗中翼尖會產生較大位移的方法,這使得該團隊有能力對其他柔性機翼開展類似的試驗。

該項目由NASA航空研究任務事務部的先進航空運輸技術(AATT)項目資助。該項目旨在研究結構更輕的機翼,并使其效率是當前商用和軍用飛機機翼的兩倍。試驗所用的機翼由位于俄亥俄州代頓的極光飛行科學公司設計,并在該公司位于密西西比州哥倫布市的工廠制造。

航空工業發展中心  宋剛

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