歐洲設(shè)計(jì)納米級(jí)智能飛機(jī) 該機(jī)可變形
作者:中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來(lái)源:http://www.sikpqwc.cn 日期:2015-11-25 13:05:51
該項(xiàng)目名為“智能飛機(jī)結(jié)構(gòu)(Saritsu)”,是歐盟第七框架航空學(xué)和航空運(yùn)輸研究計(jì)劃下一個(gè)歷時(shí)4年、投資5100萬(wàn)歐元(5660萬(wàn)美元)的技術(shù)研究項(xiàng)目,于2015年8月底完成。共有64家公司參與了該項(xiàng)目研究,空客、阿萊尼亞 馬基和龐巴迪是該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者。空客公司負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的協(xié)調(diào)官皮耶 沃爾肯表示,“這是一個(gè)大型的集成研究項(xiàng)目,相當(dāng)于4000人月的工作量。它包括大量的演示驗(yàn)證,包括機(jī)翼和機(jī)身,還有破壞性測(cè)試的內(nèi)容。”
Saritsu項(xiàng)目包含三項(xiàng)主要內(nèi)容,分別是集成傳感器、變形結(jié)構(gòu)和多功能材料。傳感器技術(shù)包括監(jiān)測(cè)外形、探測(cè)損傷以及影響敏感涂層的光纖和超聲技術(shù)。Saritsu項(xiàng)目中的機(jī)翼采用了自適應(yīng)前緣下垂、變形后緣襟翼、主動(dòng)翼梢后緣。材料技術(shù)采用了碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料,提高了損傷容限和電導(dǎo)率,并減輕了重量。Saritsu項(xiàng)目中研制的大尺寸演示機(jī)翼集成了變形表面、碳納米管復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控等技術(shù),并且已經(jīng)在俄羅斯中央流體動(dòng)力研究院(TsAGI)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。沃爾肯表示,“碳納米管復(fù)合材料理論上具有很大優(yōu)勢(shì),但是目前在實(shí)驗(yàn)室研制和工業(yè)級(jí)生產(chǎn)之間還有一定差距。目前要解決的關(guān)鍵是碳納米管向樹脂基體中注入時(shí)的凝結(jié)問(wèn)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(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率,雖然沒有消除閃電防護(hù)的需求,但是可以減少油箱邊緣產(chǎn)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(jié)構(gòu)中布置電纜的問(wèn)題,節(jié)省了成本和重量。并且改善了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)電氣接地特性。” 沃爾肯表示,下一步的工作是“使飛機(jī)具有自我意識(shí),讓它告訴我們它感覺如何。”這需要在結(jié)構(gòu)中集成光纖和光學(xué)傳感器,以便“讓飛機(jī)能夠感知損傷情況并提示維護(hù)人員是否需要立即維護(hù)還是等50個(gè)小時(shí)?”。光纖傳感器將安裝在翼盒、翼肋、縱梁和機(jī)翼檢查口蓋附近。聲學(xué)傳感器將被用在外翼的蒙皮上。
沃爾肯介紹說(shuō),第三步的工作是使飛機(jī)能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)。布置在機(jī)翼后緣光纖感受到的環(huán)境變化,通過(guò)無(wú)縫后緣襟翼內(nèi)的多個(gè)鉸接結(jié)構(gòu)做出變形反應(yīng);布置在翼梢前緣的壓力傳感器感受到的陣風(fēng)載荷,通過(guò)偏轉(zhuǎn)翼梢補(bǔ)償片減輕,這樣做可以減輕機(jī)翼重量或者增大翼梢尺寸。變形前緣下垂結(jié)構(gòu)是阿萊尼亞 馬基公司為其90座級(jí)噴氣支線飛機(jī)研制的技術(shù),旨在消除機(jī)翼前緣縫隙和臺(tái)階實(shí)現(xiàn)后掠翼上的光滑、減阻層流。沃爾肯表示,該前緣結(jié)構(gòu)為柔性、內(nèi)部驅(qū)動(dòng),采用玻璃纖維、除冰加熱器薄層、閃電防護(hù)網(wǎng)絡(luò)層和防腐蝕鈦合金外層等子結(jié)構(gòu)組成。整個(gè)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(jī)翼前緣內(nèi)部還安裝了保護(hù)結(jié)構(gòu),在鳥撞的時(shí)候可以將其偏離到機(jī)翼外部方向。
Saritsu項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在最后完成他們的研究報(bào)告。他們表示,“整個(gè)項(xiàng)目是演示驗(yàn)證為主,我們獲得的成果包括幾十個(gè)演示平臺(tái)、幾百個(gè)演示部件、上千個(gè)子部件和上萬(wàn)個(gè)演示元件。"
設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)翼再也不是孤立地解決氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)問(wèn)題了。歐盟剛剛完成的一個(gè)技術(shù)研究項(xiàng)目驗(yàn)證了如何將機(jī)翼減阻、降噪、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控、減重和其它方面一起進(jìn)行集成設(shè)計(jì)的技術(shù)。
該項(xiàng)目名為“智能飛機(jī)結(jié)構(gòu)(Saritsu)”,是歐盟第七框架航空學(xué)和航空運(yùn)輸研究計(jì)劃下一個(gè)歷時(shí)4年、投資5100萬(wàn)歐元(5660萬(wàn)美元)的技術(shù)研究項(xiàng)目,于2015年8月底完成。共有64家公司參與了該項(xiàng)目研究,空客、阿萊尼亞 馬基和龐巴迪是該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者。空客公司負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的協(xié)調(diào)官皮耶 沃爾肯表示,“這是一個(gè)大型的集成研究項(xiàng)目,相當(dāng)于4000人月的工作量。它包括大量的演示驗(yàn)證,包括機(jī)翼和機(jī)身,還有破壞性測(cè)試的內(nèi)容。”
Saritsu項(xiàng)目包含三項(xiàng)主要內(nèi)容,分別是集成傳感器、變形結(jié)構(gòu)和多功能材料。傳感器技術(shù)包括監(jiān)測(cè)外形、探測(cè)損傷以及影響敏感涂層的光纖和超聲技術(shù)。Saritsu項(xiàng)目中的機(jī)翼采用了自適應(yīng)前緣下垂、變形后緣襟翼、主動(dòng)翼梢后緣。材料技術(shù)采用了碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料,提高了損傷容限和電導(dǎo)率,并減輕了重量。Saritsu項(xiàng)目中研制的大尺寸演示機(jī)翼集成了變形表面、碳納米管復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控等技術(shù),并且已經(jīng)在俄羅斯中央流體動(dòng)力研究院(TsAGI)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。沃爾肯表示,“碳納米管復(fù)合材料理論上具有很大優(yōu)勢(shì),但是目前在實(shí)驗(yàn)室研制和工業(yè)級(jí)生產(chǎn)之間還有一定差距。目前要解決的關(guān)鍵是碳納米管向樹脂基體中注入時(shí)的凝結(jié)問(wèn)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(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率,雖然沒有消除閃電防護(hù)的需求,但是可以減少油箱邊緣產(chǎn)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(jié)構(gòu)中布置電纜的問(wèn)題,節(jié)省了成本和重量。并且改善了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)電氣接地特性。” 沃爾肯表示,下一步的工作是“使飛機(jī)具有自我意識(shí),讓它告訴我們它感覺如何。”這需要在結(jié)構(gòu)中集成光纖和光學(xué)傳感器,以便“讓飛機(jī)能夠感知損傷情況并提示維護(hù)人員是否需要立即維護(hù)還是等50個(gè)小時(shí)?”。光纖傳感器將安裝在翼盒、翼肋、縱梁和機(jī)翼檢查口蓋附近。聲學(xué)傳感器將被用在外翼的蒙皮上。
沃爾肯介紹說(shuō),第三步的工作是使飛機(jī)能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)。布置在機(jī)翼后緣光纖感受到的環(huán)境變化,通過(guò)無(wú)縫后緣襟翼內(nèi)的多個(gè)鉸接結(jié)構(gòu)做出變形反應(yīng);布置在翼梢前緣的壓力傳感器感受到的陣風(fēng)載荷,通過(guò)偏轉(zhuǎn)翼梢補(bǔ)償片減輕,這樣做可以減輕機(jī)翼重量或者增大翼梢尺寸。變形前緣下垂結(jié)構(gòu)是阿萊尼亞 馬基公司為其90座級(jí)噴氣支線飛機(jī)研制的技術(shù),旨在消除機(jī)翼前緣縫隙和臺(tái)階實(shí)現(xiàn)后掠翼上的光滑、減阻層流。沃爾肯表示,該前緣結(jié)構(gòu)為柔性、內(nèi)部驅(qū)動(dòng),采用玻璃纖維、除冰加熱器薄層、閃電防護(hù)網(wǎng)絡(luò)層和防腐蝕鈦合金外層等子結(jié)構(gòu)組成。整個(gè)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(jī)翼前緣內(nèi)部還安裝了保護(hù)結(jié)構(gòu),在鳥撞的時(shí)候可以將其偏離到機(jī)翼外部方向。
Saritsu項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在最后完成他們的研究報(bào)告。他們表示,“整個(gè)項(xiàng)目是演示驗(yàn)證為主,我們獲得的成果包括幾十個(gè)演示平臺(tái)、幾百個(gè)演示部件、上千個(gè)子部件和上萬(wàn)個(gè)演示元件。”
Saritsu項(xiàng)目的目標(biāo)是將相關(guān)技術(shù)的成熟度推向TRL4,沃爾肯表示,其中有一項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了TRL5。在潔凈天空2計(jì)劃下,這些技術(shù)還將進(jìn)一步提高到TRL6級(jí),達(dá)到可供產(chǎn)品開發(fā)使用的水平。
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