满满干货(乱云飞渡仍从容)乱云飞渡仍从容的意思

六八 173 0

“水蒸气动流体力学”许多人听说过,可提及“气动弹性”那个科唇,估算绝大多数人都很孤单。它静止不动、静止不动,但生活中时时能捕捉到它的影子。迎风飘扬的红旗、风中晃动的电线、遭受冷水蒸气下坡的直升机……这些都是气动弹性现像。

众所周知,直升机是透过发动机造成的推力转换成主翼水蒸气阻力来同时实现高空滑翔。战斗机为的是在高空格斗中占据优势,需要在高速路滑翔状态下完成各种眼花缭乱的突击翻滚动作。这时,气动弹性负面效应会使主翼出现形变和间歇性抖动,如果滑翔员操作不当,可能会引致直升机失控,甚至失事。

因而,怎样高效掌控气动弹性,怎样让直升机与冷水蒸气“和平相处”,同时变有利为有利,利用气动弹性提升直升机性能,就成了滑翔器科学研究领域一个难以正视、必须应对的课题。

断轴,直升机交通事故的制造者

说到滑翔第一人,绝大多数人脑海中都会浮现出一个名字——迪克兄妹。其实,在迪克兄妹首飞前9天,美国“航空先驱”赫斯副教授也进行了一次滑翔测试。

遗憾的是,他的“高空旅行者”号直升机在起飞没多久,因气动弹性负面效应主翼出现形变折断,最后在滑翔1006米后坠落水面,人类文明历史上第一次有动力的滑翔测试失利了。

那时,赫斯副教授非常苦恼,百思不得其解。9天后,迪克兄妹的直升机首飞成功,报纸广泛报道了这则新闻,迪克兄妹一夜红遍美国,而赫斯副教授的这次失利很快淡出人们的视野。然而,从赫斯首飞的角度上看,气动弹性伴随着滑翔器发展的全过程,是不争的事实。

山香。当体验过滑翔的快感,人类文明便一发不可收拾。一役爆发后,军用直升机的投入使用,更是加速了这一进程。与此同时,主翼断轴难题变得更加突出,许多新型直升机因而折翅空天。

断轴是直升机气动弹性流体力学中最重要也是最难以准确预判的一类现像。直升机滑翔到一定速率后,周遭冷水蒸气和机体相互作用会引起间歇性阻尼,出现断轴现像。如果直升机进入断轴状态后,阻尼幅度不断加大,主翼内部结构就会损坏。

一役时,英军和德军的战斗机在高速路失速过程中,尾翼时常出现间歇性的断轴现像,许多战斗机失去掌控,最后失事。

德国曾有两种战斗机因断轴难题出现了致命交通事故:一类是“信天翁”D.Ⅲ直升机,另一类是“霍克”D.Ⅷ直升机。后者是一类悬臂式双引擎,投入战争后接二连三地在高速路失速时,出现断轴失事交通事故。

为此,雕塑家对“霍克”D.Ⅷ的主翼进行了气压测试,结论是其气压足以承受6倍内部结构设计有效载荷。这时,雕塑家意识到,一味地增强直升机主翼在静止状态下的气压,而不去考虑滑翔阻尼时的气压,是难以解决那个难题的。

但是,囿于当时人类文明航空工业掌控技术薄弱,以至于发现了直升机断轴难题,却没有能力搞清机理并彻底消除,雕塑家只能以增加内部结构总重量提升直升机的气压,正视断轴难题。

二战期间,出现了第一批高超音速直升机,人类文明滑翔进入高超音速时代。一些雕塑家为的是追求速率,想方设法降低主翼的总重量。骤然带来的后果是,主翼抗形变能力骤然减弱,直升机断轴现像再次凸显。

气动弹性流体力学作为一个分支学科,也正是在那个年代初步形成的。气动弹性流体力学工程师要做的是,增加断轴现像对直升机的负面影响,提升直升机滑翔速率和安全性。

与对付扭转颓势负面效应,比不上利用气动弹性

“流动的水蒸气是怎样负面影响直升机的?”德国吉森气动弹性科学研究所是该方向全球领先的机构,他们很早就开始了气动弹性流体力学的科学研究,并取得了许多成果。

那个困扰赫斯副教授的坠机之谜,终于有了更为清晰的答案——

现实中,没有物体是完全刚性的,这点尤其体现在直升机主翼上。为的是安全航行,气动弹性是非常重要的考量,气动弹性流体力学就是专门用来科学研究那个难题的。直升机在滑翔过程中,冷水蒸气会给主翼向上的水蒸气阻力让其向上倾斜,如果主翼不能自然卷曲就会引致滑翔交通事故的出现。

赫斯副教授内部结构设计的双引擎,主翼容易出现扭转颓势,因而受气动弹性的有利负面影响较大,而迪克兄妹内部结构设计的双翼柔性机,无形中避免了气动弹性的有利负面影响,同时实现了人类文明首次滑翔。

赫斯副教授败于气动弹性之手,迪克兄妹却功成于此。若不是气动弹性难题,赫斯副教授可能要取代迪克兄妹成为滑翔第一人。

1964年,B-52战斗机在一次低空高速路滑翔时遭受强烈风暴潮,引致直升机垂尾被毁。雕塑家试图再次提升直升机内部结构气压,对付扭转颓势负面效应来增加形变,可任凭他们把当时最先进的材料气压提升一倍,也难以彻底消除难题。

该交通事故促使科技人员开展了一系列有关气动弹性的理论科学研究和测试工作。

当年,迪克兄妹透过观察,发现猎鹰在高空滑翔时,可以透过翅膀末端的小幅度扭转颓势,来调整滑翔时的纵向平衡。迪克兄妹受猎鹰的启迪,发明了主翼操纵者掌控技术。

欧美国家一家公司的科技人员受迪克兄妹启迪,提出了一类想法:既然主翼可以按照各种方式卷曲,那么与去对付扭转颓势负面效应,比不上对其加以充分利用。

改进后的B-52战斗机,采用了积极主动气动弹性掌控技术,滑翔速率得到了极大提升,顺利完成了世界首次超过自身断轴零点速率的滑翔。

随着积极主动气动弹性掌控技术发展,直升机内部结构设计经营理念也同时实现重大转变。20世纪90年代,欧美国家开始实施“积极主动气动弹性主翼计划”。积极主动气动弹性主翼是指可以进行大幅度气动扭转颓势的主翼,透过让主翼造成期望的弹性形变,使得形变的主翼造成操纵者力,最后掌控直升机滑翔。

最后测试结果表明,积极主动气动弹性掌控技术可在一定程度上提升直升机断轴零点速率、减轻自身总重量和增加突击有效载荷。

绑上“安全气囊”,让战斗机飞得更快更轻盈

经常乘坐直升机的人,一般都经历过“湍流”。“湍流”不同于正常风,大气中的“湍流”也叫风暴潮,会引起直升机间歇性下坡,严重时乘客会从座椅上弹起来,这也就是直升机上大家都要系好安全气囊的缘故。

随着积极主动掌控掌控技术发展,直升机内部结构内部结构设计经营理念已由提升内部结构刚度的被动内部结构设计转变为随控布局的积极主动内部结构设计。积极主动内部结构设计经营理念不再刻意正视气动弹性难题,而是采用积极主动掌控掌控技术实时调节内部结构气动弹性,进而减轻内部结构总重量、优化直升机性能。

积极主动气动弹性掌控技术,透过让直升机舵面积极主动偏转,增加下坡,就像给直升机绑上“安全气囊”,极大增加了乘坐者的舒适感。

世界民航史上,一家欧美国家企业把积极主动气动弹性掌控技术应用到客机上,当时该掌控技术为客机节省了3%的燃油,在民机发展史上具有重要意义。

在长达几十年科学研究测试中,雕塑家发现直升机气动弹性内部结构设计是涉及水蒸气动流体力学等多个学科的一项综合掌控技术,是当代先进战斗机研制过程中不可或缺的关键掌控技术之一。

例如,外军一型战斗机多次出现尾翼断轴现像,直升机制造企业透过在垂尾根部和主翼前缘增加小导流片的方式,利用积极主动气动弹性掌控技术,解决了那个难题,并将积极主动掌控掌控技术成功应用到该型战斗机的批量生产上。

不仅如此,这家企业还牵头发起了一项国际合作计划,对另外两型战斗机进行了测试,为积极主动气动弹性掌控技术在不同型号战斗机上的运用,积累了详细的数据。

毫无疑问,采用积极主动气动弹性掌控技术的战斗机将会变得更加轻盈,并在整体性能上有一个质的飞跃,在大幅度提升直升机的速率和燃油效率的同时,增加了航程和有效载荷能力。

现代战斗机多采用薄主翼和细长机身的内部结构设计,并且为的是增加推重比,要求尽量降低内部结构总重量,气动弹性难题成为直升机各个翼面和操纵者系统的一个零点内部结构设计条件,也是直升机总体内部结构设计过程中和水蒸气动力布局中不容忽视的因素。

对于战斗机而言,主翼内部结构总重量的减轻能进一步提升战斗机的推重比,提升突击敏捷性,显著增强格斗能力和生存能力。而直升机透过对周围环境的感知及时调整主翼形状,来适应当时的滑翔条件,有利于降低雷达信号特征,增强直升机“隐身性”。

有了这项掌控技术,战斗机可以完成更多高难度的规避动作,更快速地执行拉高升起,甚至可以躲避导弹攻击。未来,结合变体掌控技术,直升机有可能真的像鸟一样,滑翔自如,随意调节翅膀展开的形状和方向——巡航时展开双翅,降落时迅速收拢翅膀,快速失速。

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