根据当前的研究和技术项目,支线涡桨飞机的未来继任者可能会采用支柱支撑的高展弦比复合机翼,并具备可变形的前后缘设计。
HERWINGT项目由空客防务与航天公司主导,部分资金来自欧盟的清洁航空计划,旨在为未来的支线飞机开发一种机翼,其燃油效率比现有最先进设计高出15%,并在部件层面上轻20%。
支撑翼被认为是双螺旋桨设计的最佳选择。
该项目作为清洁航空第一阶段的一部分,于2023年1月启动,计划持续到2025年底。目前,该项目正接近一系列关键里程碑,预计明年将开始建造十多个独立的硬件演示。
以双发飞机为基准,HERWINGT团队的贸易研究将其首选结构缩小到支柱支撑结构,而非传统的悬臂翼。
项目协调员、空客防务与航天公司首席工程研发团队成员塞巴斯蒂安·佩利瑟·索托马约尔表示,支撑机翼在高展弦比下表现出更好的空气动力学效率。
作为参考飞机,ATR 72-600的机翼展弦比从12提升至17,Pellicer指出,支柱支撑的机翼比竞争对手的悬臂式设计更轻,后者需要在根部进行大量加固以抵抗细长机翼的“高弯矩”。
Pellicer没有具体说明新机翼的长度,但提到它将超过ATR的27米(89英尺)。
他补充说,尽管支柱可能会带来一些空气动力学损失,但与结构的重量优势相比,这些损失并“不算太坏”。
该机翼的规格由另一个清洁航空项目HERA制定,后者正在研究未来支线涡桨飞机的飞机级要求。这架飞机的最大起飞重量约为30吨,而ATR 72-600的最大起飞重量为23吨,能够在270-540海里(500-1000公里)的航线上运送多达100名乘客。
Pellicer表示,正在进行制作支撑翼的详细数字模型的工作。同时,基于两个1.1MW电动机和每个机翼上的单个并联混合动力发动机的设计也在分析中。初步数据显示,峰值输出功率约为8MW。
Pellicer认为,现在对可能的设计发表评论还为时尚早,仅表示根据初步研究,结合支柱支撑结构和分布式推进的机翼“并不是首选”。
尽管他目前“不能放弃它”,但他指出,初步数据表明,对于分布式推进,可能需要使用更小的纵横比,因为单个马达的重量使得支柱的重要性降低。
他预计将在今年年底前确定首选配置。
分布式推进翼基于混合动力和电力发电厂的设计。
与此同时,多个机翼部件的初步设计活动计划于9月完成,随后将在年底前进行关键的设计审查阶段。一旦通过,该项目的16个实物样机将在2025年初开始生产,并在年中进行测试。
由HERWINGT联盟的26名成员设计和制造,这些成员来自学术界和工业界,单个演示涵盖了机翼的各个方面,包括扭转箱、中心箱、外翼箱以及前后缘。
该项目正在评估四种不同的前缘设计,每种设计都具有不同的制造技术或嵌入式系统,例如防冰保护或结构健康监测;变形的前后边缘——襟翼和副翼——也将进行测试。
这些变形表面由意大利米兰理工大学和荷兰代尔夫特理工大学设计,旨在通过自动改变机翼的几何形状来改善机翼的空气动力学性能,而无需在机翼表面上安装铰链线——“这提供了平滑的过渡”,佩利塞说,并增强了层流,减少了阻力。
它们将被整合到不同的演示中,以测试变形机制本身的功能(集成在控制面中),并在风洞中验证其空气动力学效益。
该项目提供了一系列被Pellicer称为“成分”的技术,这些技术已经在特定的演示器中经过测试和成熟,但在稍后的机翼集成过程中,可能会在多个组件中使用。因此,尽管防冰系统可能会在测试中嵌入热固性前缘,但如果测试成功,它最终可能会被纳入最终的热塑性设计中。
“也许我们会得出结论,某种特定的技术不是最佳的,或者不适合我们最初打算的专用用途;也许我们会决定把它用在皮瓣或其他地方。”他说。
“希望我们能在明年年底前完成机翼的最终配置,其中包含大量成熟的技术。但说实话,我并不指望所有的技术都能成功。”
在2025年开始生产活动之前,该项目已经开始准备工具并进行“低水平测试”或风险研究。
例如,它与复合材料供应商赫氏公司合作,证明了液体树脂注入复合材料可以达到机翼所需的厚度。“这是一个巨大的成功,因为我们扩大了材料的能力,”佩利塞说。
HERWINGT属于清洁航空的混合动力支线飞机主题领域,因此与该领域的其他项目密切合作:HERFUSE用于机身,HE-ART用于推进系统,HECATE用于配电系统,以及HERA用于整个飞机架构。
“我对不同项目之间的信息流动非常满意,”Pellicer说。
清洁航空计划从2026年开始进入第二阶段,包括飞行测试,HERWINGT项目已经在考虑如何将其技术推进到下一阶段,作为一个单一的演示机翼。
佩利塞认为,“最有可能的结果”是改装后的ATR 72-600作为飞行试验台,但他警告说,确认这一战略还为时过早。目前还不清楚“我们将被允许在机翼上进行何种程度的修改”。他指出,任何重大变化都需要得到ATR和欧洲监管机构的同意。
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希望本篇文章《做好改变的准备:清洁航空计划彻底改造支线飞机的机翼》能对你有所帮助!
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