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歐洲設計納米級智能飛機 該機可變形

作者:中國科學院成都有機化學有限公司 來源:http://m.sikpqwc.cn 日期:2015-11-25 13:05:51


        設計一個機翼再也不是孤立地解決氣動和結構問題了。歐盟剛剛完成的一個技術研究項目驗證了如何將機翼減阻、降噪、結構健康監控、減重和其它方面一起進行集成設計的技術。

該項目名為“智能飛機結構(Saritsu)”,是歐盟第七框架航空學和航空運輸研究計劃下一個歷時4年、投資5100萬歐元(5660萬美元)的技術研究項目,于2015年8月底完成。共有64家公司參與了該項目研究,空客、阿萊尼亞 馬基和龐巴迪是該項目的領導者。空客公司負責該項目的協調官皮耶 沃爾肯表示,“這是一個大型的集成研究項目,相當于4000人月的工作量。它包括大量的演示驗證,包括機翼和機身,還有破壞性測試的內容。”

Saritsu項目包含三項主要內容,分別是集成傳感器、變形結構和多功能材料。傳感器技術包括監測外形、探測損傷以及影響敏感涂層的光纖和超聲技術。Saritsu項目中的機翼采用了自適應前緣下垂、變形后緣襟翼、主動翼梢后緣。材料技術采用了碳納米管增強復合材料,提高了損傷容限和電導率,并減輕了重量。Saritsu項目中研制的大尺寸演示機翼集成了變形表面、碳納米管復合材料和結構健康監控等技術,并且已經在俄羅斯中央流體動力研究院(TsAGI)進行了風洞試驗。沃爾肯表示,“碳納米管復合材料理論上具有很大優勢,但是目前在實驗室研制和工業級生產之間還有一定差距。目前要解決的關鍵是碳納米管向樹脂基體中注入時的凝結問題。”

目前,研究人員在碳纖維層板間布置碳納米管隔層,然后將樹脂注入隔層。這樣做增加了結構的電導率,雖然沒有消除閃電防護的需求,但是可以減少油箱邊緣產生電火花的可能,并且減輕了重量。沃爾肯表示,“這樣做解決了結構中布置電纜的問題,節省了成本和重量。并且改善了復合材料結構電氣接地特性。” 沃爾肯表示,下一步的工作是“使飛機具有自我意識,讓它告訴我們它感覺如何。”這需要在結構中集成光纖和光學傳感器,以便“讓飛機能夠感知損傷情況并提示維護人員是否需要立即維護還是等50個小時?”。光纖傳感器將安裝在翼盒、翼肋、縱梁和機翼檢查口蓋附近。聲學傳感器將被用在外翼的蒙皮上。

沃爾肯介紹說,第三步的工作是使飛機能夠對環境做出反應。布置在機翼后緣光纖感受到的環境變化,通過無縫后緣襟翼內的多個鉸接結構做出變形反應;布置在翼梢前緣的壓力傳感器感受到的陣風載荷,通過偏轉翼梢補償片減輕,這樣做可以減輕機翼重量或者增大翼梢尺寸。變形前緣下垂結構是阿萊尼亞 馬基公司為其90座級噴氣支線飛機研制的技術,旨在消除機翼前緣縫隙和臺階實現后掠翼上的光滑、減阻層流。沃爾肯表示,該前緣結構為柔性、內部驅動,采用玻璃纖維、除冰加熱器薄層、閃電防護網絡層和防腐蝕鈦合金外層等子結構組成。整個前緣蒙皮厚度為1.2毫米。如此薄的前緣蒙皮不足以抵擋鳥撞的襲擊,因此機翼前緣內部還安裝了保護結構,在鳥撞的時候可以將其偏離到機翼外部方向。

Saritsu項目團隊正在最后完成他們的研究報告。他們表示,“整個項目是演示驗證為主,我們獲得的成果包括幾十個演示平臺、幾百個演示部件、上千個子部件和上萬個演示元件。"

設計一個機翼再也不是孤立地解決氣動和結構問題了。歐盟剛剛完成的一個技術研究項目驗證了如何將機翼減阻、降噪、結構健康監控、減重和其它方面一起進行集成設計的技術。

該項目名為“智能飛機結構(Saritsu)”,是歐盟第七框架航空學和航空運輸研究計劃下一個歷時4年、投資5100萬歐元(5660萬美元)的技術研究項目,于2015年8月底完成。共有64家公司參與了該項目研究,空客、阿萊尼亞 馬基和龐巴迪是該項目的領導者。空客公司負責該項目的協調官皮耶 沃爾肯表示,“這是一個大型的集成研究項目,相當于4000人月的工作量。它包括大量的演示驗證,包括機翼和機身,還有破壞性測試的內容。”

Saritsu項目包含三項主要內容,分別是集成傳感器、變形結構和多功能材料。傳感器技術包括監測外形、探測損傷以及影響敏感涂層的光纖和超聲技術。Saritsu項目中的機翼采用了自適應前緣下垂、變形后緣襟翼、主動翼梢后緣。材料技術采用了碳納米管增強復合材料,提高了損傷容限和電導率,并減輕了重量。Saritsu項目中研制的大尺寸演示機翼集成了變形表面、碳納米管復合材料和結構健康監控等技術,并且已經在俄羅斯中央流體動力研究院(TsAGI)進行了風洞試驗。沃爾肯表示,“碳納米管復合材料理論上具有很大優勢,但是目前在實驗室研制和工業級生產之間還有一定差距。目前要解決的關鍵是碳納米管向樹脂基體中注入時的凝結問題。”

目前,研究人員在碳纖維層板間布置碳納米管隔層,然后將樹脂注入隔層。這樣做增加了結構的電導率,雖然沒有消除閃電防護的需求,但是可以減少油箱邊緣產生電火花的可能,并且減輕了重量。沃爾肯表示,“這樣做解決了結構中布置電纜的問題,節省了成本和重量。并且改善了復合材料結構電氣接地特性。” 沃爾肯表示,下一步的工作是“使飛機具有自我意識,讓它告訴我們它感覺如何。”這需要在結構中集成光纖和光學傳感器,以便“讓飛機能夠感知損傷情況并提示維護人員是否需要立即維護還是等50個小時?”。光纖傳感器將安裝在翼盒、翼肋、縱梁和機翼檢查口蓋附近。聲學傳感器將被用在外翼的蒙皮上。

沃爾肯介紹說,第三步的工作是使飛機能夠對環境做出反應。布置在機翼后緣光纖感受到的環境變化,通過無縫后緣襟翼內的多個鉸接結構做出變形反應;布置在翼梢前緣的壓力傳感器感受到的陣風載荷,通過偏轉翼梢補償片減輕,這樣做可以減輕機翼重量或者增大翼梢尺寸。變形前緣下垂結構是阿萊尼亞 馬基公司為其90座級噴氣支線飛機研制的技術,旨在消除機翼前緣縫隙和臺階實現后掠翼上的光滑、減阻層流。沃爾肯表示,該前緣結構為柔性、內部驅動,采用玻璃纖維、除冰加熱器薄層、閃電防護網絡層和防腐蝕鈦合金外層等子結構組成。整個前緣蒙皮厚度為1.2毫米。如此薄的前緣蒙皮不足以抵擋鳥撞的襲擊,因此機翼前緣內部還安裝了保護結構,在鳥撞的時候可以將其偏離到機翼外部方向。

Saritsu項目團隊正在最后完成他們的研究報告。他們表示,“整個項目是演示驗證為主,我們獲得的成果包括幾十個演示平臺、幾百個演示部件、上千個子部件和上萬個演示元件。”

Saritsu項目的目標是將相關技術的成熟度推向TRL4,沃爾肯表示,其中有一項技術達到了TRL5。在潔凈天空2計劃下,這些技術還將進一步提高到TRL6級,達到可供產品開發使用的水平。

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