【科技动向】美国航空航天局开展“自适应柔性后缘”项目第二阶段试飞

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据美国航空航天局（NASA）网站2017年5月底报道，NASA已经开始了“自适应柔性后缘”项目第二轮飞行试验（ACTE Ⅱ），实现了柔性后缘在飞行中动态变形的重要里程碑。

第二轮试验是在加州爱德华兹阿姆斯特朗飞行研究中心进行的，主要内容是在首轮试验结果基础上，继续开展3个方面的研究，包括验证更大速度时的技术成熟性、研究新型襟翼对阻力的影响、开展柔性变形襟翼的首次动态变形试飞。

ACTE项目开始是NASA和美空军研究实验室（AFRL）联合开展的项目，研究可变形机翼表面的能力，研究确定是否先进的柔性后缘机翼襟翼可在改善飞机气动效率的同时降低起飞和着陆时产生的机场周围噪声。2014年工程人员将NASA一架“湾流”Ⅲ亚声速研究飞行试验台（SCRAT）的常规铝机翼襟翼用FlexSys公司专利制造的无缝可扭转襟翼替代。ACTE第一阶段试飞中，试验控制面锁定在某个偏转角度。此次开展的第二轮飞行试验完成了柔性变形襟翼在飞行中的动态变形，是柔性结构技术的一个重要里程碑。

为实现柔性襟翼变形，工程人员将襟翼外段和内段按相反角度偏转。试验飞行中，襟翼形状保持为内段向下偏转2.5度、外段向上偏转2.5度。这种构型的潜在收益是改变机翼升力中心位置的能力，比如机翼如何对阵风进行反应，进而实现阵风载荷减缓。改变机翼升力中心位置可对未来机翼设计产生积极影响，使机翼变得更轻，飞机变得更高效。ACTE襟翼扭转构型的初步试验飞行限制在最大速度250节（463千米／时）、高度2万英尺（6096米），以便在飞行中验证概念。

ACTE Ⅱ取得的另一项里程碑是完成了飞行速度扩展飞行，以便让研究人员了解该技术在典型民机飞行速度下的安全飞行能力。ACTE第一阶段的试飞最大速度为马赫数0.75，ACTE Ⅱ最大速度接近于570英里／时（917千米／时），即速度增加到马赫数0.85，这是“湾流”Ⅲ的最大巡航速度。这样研究人员可以掌握常规巡航速度下该技术的结构稳定性。

ACTEⅡ的第三部分研究为性能飞行，飞机加装了测试设备以便对燃油流动进行监测。通过对比襟翼不同偏转角时飞机使用燃油的多少，NASA研究人员将能更好了解不同襟翼偏角对阻力的影响。NASA研究人员目前开始耗油量的数据分析，这将能提供可扭转机翼襟翼对燃油效率的影响。

（中国航空工业发展研究中心  吴蔚）

背景阅读：美国分布式柔性变形机翼技术进入工程化应用研究阶段

2015年5月，美空军研究实验室（AFRL）、美国航空航天局（NASA）、柔性系统公司（FlexSys）联合研发的分布式柔性变形机翼技术取得重大进展。使用这种技术的变形襟翼在“湾流”Ⅲ飞机上的偏转角（固定设置）达到了预期的30度，并成功验证了飞行性能。这表明经过多年的可行性验证，分布式柔性变形机翼技术已进入工程化应用研究阶段。

一、分布式柔性技术是实现机翼变形最具潜力的解决方案

在AFRL和NASA长期资助下，FlexSys公司对变形机翼技术开展了深入研究，独创了分布式柔性变形技术，即作动器的驱动力分散在整个机翼上，进而实现全翼同时受力变形，避免了应力集中的不利影响，实现了机翼结构一体化。由于机翼单位面积上所承受的变形驱动力很小，可利用常规航空材料（例如高强度铁、铝、钛或复合材料）自身的弹性，实现机翼的复杂弯、扭形变。

航空界已经开展多种变形机翼的研究，但均不能达到满意的性能指标。例如在机翼蒙皮下布置若干作动器，仅能实现高速率小形变；使用通电变形活性材料，仅能实现低速率大形变。FlexSys公司的技术把变形应力分散至整个机翼，能够实现高速率大形变，而且重量小、成本低、寿命长，被普遍认为是变形机翼最具潜力的解决方案。

分布式柔性襟翼示意图（FlexSys公司专利，不代表本文工程化试验变形机翼的真实构型；33为作动器，34为作动器电枢，31为分布式柔性结构，11为变形襟翼）

二、分布式柔性技术经过多年可行性验证正式步入工程化应用研究阶段

2005－2006年，FlexSys公司开展了分布式柔性技术缩比模型的风洞与飞行试验，验证了技术可行性。2009年，FlexSys公司与AFRL开始在NASA的“自适应柔性后缘”（ACTE）项目中联合研发全尺寸分布式柔性变形机翼——柔性机翼（Flexfoil）。2013年，ACTE项目选定“湾流”Ⅲ作为飞行试验平台。Flexfoil长5.6米，包括主襟翼和两侧的柔性过渡面，具体结构目前仍处于保密状态。这种变形襟翼的设计偏转角度为-9度至+40度，用1-2个作动器实现最高50度／秒和30度／秒的襟翼变形速率和全翼展扭转速率，工作温度范围-54℃-82℃。预计，Flexfoil能使“湾流”Ⅲ的巡航阻力降低3%，燃油效率提高3%～12%、噪声减小40%。

从2014年11月开始，在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心历时6个月总共22次的试验中，Flexfoil在“湾流”Ⅲ上的固定偏转角设置从-2度达到30度，2015年下半年开始襟翼偏转角在飞行过程中的动态变化试验，更加接近实际工作状态，标志着正式步入工程化应用研究阶段。

变形机翼示意图

三、分布式柔性变形机翼在未来军民用航空领域应用前景广阔

在更低油耗和更高飞行效率的牵引下，航空界一直试图模仿鸟类翅膀优化翼型，实现机翼的柔性、无缝变形，以进一步提高燃油效率、降低噪声，并减缓阵风等动载荷影响。

FlexSys公司的分布式柔性变形机翼技术未来的应用前景将十分广阔，NASA认为这种技术可用于今后的大型运输机，AFRL计划在未来的高空长航时传感器无人机上使用变形机翼，以实现最优的留空时间和作战半径。

背景阅读的撰写者袁成先生此前已为《空天防务观察》提供5篇专栏文章，如下表：

序号	篇名	发表日期
1		2016年2月29日
2		3月11日
3		4月27日
4		10月11日
5		2017年5月19日

有兴趣的读者，可点击相关文章的“篇名”阅读原文。

（中国航空工业发展研究中心  袁成）

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