欧盟变形机翼研究进展

2018 年 5 月 16 日 无人机 太阳谷

导读

除美国以外，欧洲也在开展变形机翼技术的研究。大部分主要项目都是在欧盟框架计划内开展研究，下面为大家梳理这些项目的详细情况和研究成果。

1德国航空航天中心（DLR）的变形机翼研究

欧盟进行变形机翼研究的主要机构是德国航空航天中心（DLR）的复合材料和自适应系统研究所，该所从1995年对变形机翼结构就开展了研究。此后，DLR通过内部自投资、德国航空研究计划（Luftfahrtforschungsprogramm，LuFo）、欧盟框架计划持续对变形机翼的结构进行研究，这一系列研究涵盖智能机翼后缘、智能小翼、智能前缘、智能前缘缝翼等相关应用场景。

可见，DLR针对变形机翼相关的研究，从初始内部项目到欧洲跨学科团队合作项目，对不同原理的变形方案进行而来试验和验证，获得了一系列的研究成果。为未来民机的智能变形结构实现提供有力的技术支撑。

2从CHANGE项目到SARISTU项目

欧盟的CHANGE项目（联合变形软件使用飞行包络数据和基于任务的变形原型机翼开发）的研究目标是获得一种可以在起降高升力阶段增加弯度、高速飞行状态减小翼展、空中待命阶段增加翼展并减小弯度的技术。

CHANGE项目的主要内容

CHANGE项目的主要参与机构

目前，CHANGE项目已经在无人机上测试了变形机翼前后缘，并且能够改变翼展。

TEKEVER’s DR5 UAV platform

欧洲另一个变形机翼研究项目是由EMBRAER领导的Novemor项目（NOvel Air VEhicle Configurations: From Fluttering Wings to MORphing Flight），为一个未来喷气支线客机的概念方案设计了变弯度机翼。该机翼具有无缝、无铰接结构的前后缘。研究人员认为该技术可以用于对现役飞机的传统机翼进行改装以减小噪声和阻力。截至目前，该项目只进行了一个小型模型的风洞试验。

Novemor项目与DLR的变形翼梢和变形弧设计对比

Modular wing model configuration: baseline LE and TE can be substituted by the morphing ones

(left); overview of the full model during the test (right).

“灵巧智能飞机结构”（SARISTU）项目是欧盟“第七框架”下的航空学和航空运输研究计划，历时4年、总投资5100万欧元（5660万美元），于2015年8月底完成。共有64家公司参与了该项目研究。该项目验证了如何将机翼减阻、降噪、结构健康监控、减重和其它方面一起进行集成设计的技术。

SARISTU项目包含三项主要内容：

● 集成传感器技术方面，采用了可监测外形、探测损伤以及影响敏感涂层的光纤和超声技术；

● 变形结构技术方面，所发展的机翼采用了自适应前缘下垂、变形后缘襟翼、主动翼梢后缘；

● 多功能材料技术方面，采用了碳纳米管增强复合材料，提高了损伤容限和电导率，并减轻了重量。

该项目中制造的大尺寸演示验证机翼集成了结构健康监控、变形表面和碳纳米管复合材料等技术，并且已经在俄罗斯中央流体力学研究院（TsAGI）进行了风洞试验。

SARISTU Wind Tunnel Demonstrator in the T-104 Wind Tunnel at TsAGI

项目的下一步工作是使飞机能够对环境做出反应。布置在机翼后缘光纤感受到的环境变化，通过无缝后缘襟翼内的多个铰接结构做出变形反应；布置在翼梢前缘的压力传感器感受到的阵风载荷，通过偏转翼梢补偿片实现载荷减轻，这样做可以减轻机翼重量或者增大翼梢尺寸。

3Smart Morphing and Sensing项目

2017年，欧盟委员会在Horizon 2020计划下资助了一项为期3年（2017-2020），10多家大学、研究机构和企业联合承担，总投资近4亿欧元的“智能变形与传感技术（SMS）”项目。

在欧盟委员会的支持下，研究团队建造了一个几乎全尺寸的“电活性（electroactive）”机翼翼段，即将用于在低速风洞中进行评估。该“电活性”机翼结合了形状记忆合金和压电作动器，能够光滑地改变弯度和抑制湍流，适用于低频、大变形的特点以及压电作动器适合高频、小变形的优点。

Flow visualizations generated by computational fluid dynamics are superimposed on a picture of the morphing subscale A320 experimental wing. Credit: Institut de Mecanique des Fluides Toulouse

The wing contains embedded shape-memory alloys that can be electrically activated to alter the flap camber. Credit: Institut de Mecanique des Fluides Toulouse

该项技术目前处于技术成熟度3级（技术概念和应用设想通过可行性论证：验证了技术概念的关键功能、特性，具有转化为实际应用的可能性），意味着还需要更多的研究证明其实际应用的可行性。一个关键的问题是压电作动器在全尺寸机翼上应用的适应性。SMS项目的目标是将该技术的成熟度提高至5级。

2018年初，该研究团队成功进行了缩比机翼翼段变形的风洞试验，试验结果使空客公司看到了该技术的发展前景，空客决定继续推进该技术研究，计划2020年在空客A340飞行试验平台BLADE（欧洲突破性层流飞机验证机）上进行变形襟翼的飞行演示验证。

从目前的情况看，美欧都未停止对变形机翼技术的研究。虽然该技术的可行性早已得到验证，应用前景非常广阔，但是要真正走向现实还有很长的路要走。

（转自丨高端装备发展研究中心）