面向未来的航空技术:Flying-V 新型飞机项目
转载 2021-07-05 08:58 镁科众思 来源:镁科众思特别说明:本文提及的 Flying V 相关产品属于德国 Schübeler Technologies 公司,不在 Microdrones 公司的销售范围内。
近期,代尔夫特理工大学航空航天工程学院助理教授Roelof Vos(罗劳夫·沃斯)博士和Flying V 项目总工程师Malcom Brown(马尔科姆·布朗)在一档播客节目中介绍了这项振奋人心的新飞机设计项目及其变革航空业的潜力。
创新是所有技术革命的核心,尤其是在展望航空业的未来时。代尔夫特大学全新设计的飞机Flying V 正在开始塑造并可能改变未来的航空旅行。随着比例模型Flying-V 的成功面世,现在离实现最初的构想又近了一步。
Roelof Vos 博士是代尔夫特理工大学航空航天工程学院的助理教授,也是Flying-V 项目的负责人,负责整个项目的设计。他教授飞机设计、运输机气动设计、战斗机气动设计等课程,并撰有教科书《跨音速空气动力学概论》。在过去10 年里,Vos 博士一直在研究各种技术如何改进飞机,并使其更具可持续性。
Vos 博士表示:“Flying-V 就是其中的一项技术。这是一项关键技术,是一种完全不同的飞机构型;与机翼或引擎技术截然不同。我热爱飞机,所以设计出了这种全新的飞机构型。”Malcom Brown 是Flying V 模型设计的总工程师,在他小时候,他的父亲在南非航空公司工作,于是让他也对飞机产生了浓厚的兴趣。从小时候开始接触遥控飞机,到参加设计比赛,再到在代尔夫特大学攻读航空航天工程专业,Brown 一路拼搏,最终成为了Flying V 项目的总工程师。
Brown 表示:“我发现我对实际的飞机设计很感兴趣。我很喜欢我正在做的事情,这是一份很棒的工作,我很自豪能参与实现我们的下一个目标。”
Flying-V 实际上是由一名在空中客车公司实习的学生Justas Benad 设计的。他最初的构想是将两个机身筒连接成一个V 形,并在其周围放置一个气动壳。在研究和验证了Benad 的初始设计后,Vos 博士认为这种新颖的V 形飞机概念可以成为现实。
Vos 博士表示:“我们先进行了一项非常独立的研究。经过大约一年的分析,我们很快发现,这些概念确实有效,并且空中客车公司和Justas 的说法可信度很高。那是我第一次想到:嘿,我们可能会在这种新的V 形飞机构型上有所发现。”
Flying-V 是一种全新的飞机构型,因此对于Vos 博士及其团队来说,构建一个有效的比例模型的原型很重要。Vos 博士说道:“让我们自己相信我们的全尺寸飞机在实践中能够飞行,这一点很重要。因此,我们想通过这项测试证明:没错,飞行员能正常地驾驶和操纵这架飞机。”
至于Brown,他刚开始只是为代尔夫特大学的初始研究团队提供一些想法,但他很快意识到,他应该加入这个项目。他表示:“我参与了设计和建造风洞模型的过程。然后,我们很自然地在此基础上不断构建原型,但构建全尺寸原型有很大的风险。因此,为了验证我们的想法,我们需要构建一个小模型来看看它是否可行,这就是我们对Flying-V 所做的事情。”
创造这款新型飞机的主要原因是节省燃料。
Vos 博士表示:“在效率方面,Flying V 有三点优于普通飞机。它的外形比普通飞机小10%。这就减少了飞机的摩擦阻力。它还有非常大的小翼,可以有效地增加飞机的翼展,进一步减少阻力。第三,我们将重量横向分布,因此我们还能够减少飞机的结构重量。”这三点能将总能耗减少20%。Brown 接着介绍:“主要的好处在于没有机身,只是在空中拖动。所有部件都内置在机翼上,这有助于提高升力,且整个飞机的工作效率和协同性都将更高。”
比例模型Flying V 由玻璃纤维复合材料制造而成,其中添加部分碳纤维是为了增加稳定性。一个主要的挑战是将整体重量控制在规定的25 公斤的最大重量内。这意味着,团队设计和制造的部分电子元件必须既符合细致的设计标准,又符合规范。Brown 说道:“它是一架非常大的飞机,翼展为3米,而要装载所有设备、任务载荷、组件和电子元件并将总重量控制在25 公斤以内,这是一个非常大的挑战。”
团队还高兴地展示了Flying V 中使用的许多先进的技术组件。Brown 介绍:“我们希望全都使用最好的产品,这样才能达到最佳效果。例如,我们安装了Schübeler EDF(涵道桨扇),因为我们需要达到一个非常高的速度才能让这架大翼载荷的飞机飞起来。而 Schübeler 确实能提供我们所需的高效而强大的EDF。”为了准备首次飞行,从2019 年1 月到2020 年7 月,该团队改进了Flying V 的设计,修改了模型,完善了最终模型,最后成功地完成了这项简短的任务。由于重量限制,该团队无法使用满载的电池。
Brown 对结果很满意:“飞行本身很顺利。我们都很紧张,不知道会发生什么,但它起飞后飞得很顺利。飞机稳定且可控,但根据我们的计算,它只能飞行五分钟。”不过,这五分钟的飞行过程产生了大量的数据,有助于分析实际的飞行动态。Vos 博士表示:“我们能够确定该飞机的飞行动力学的数学模型。我们正在将这个数学模型与真实的飞行模拟器结合起来,让飞行员有机会体验这架飞机。”
Flying V 模型首次飞行的成功为全尺寸项目的发展奠定了基础,但仍然面临着许多障碍。这次试飞增强了大家的信心,证明了这种设计具有适航性。Vos 博士对未来持乐观态度:“这架飞机确实承载了很多希望。我认为没有克服不了的重大障碍。实际上,就制造这架飞机而言,它可能比制造传统飞机简单得多。让这架飞机与众不同的一点是它没有任何高升力装置。为了让这架飞机更具商用性,我们并不需要任何材料技术上的突破。”
Malcom 及其团队期待使用Flying V 模型进行更多飞行,以便他们继续执行飞行分析。“在接下来的飞行中,我们将在每个控制面上执行阶跃输入,看看会有何反应,这样我们就能激发飞机的自然运动,这将扩展我们的数据库。我们已有很多数据,但我们需要扩展它来确保我们第一次测量的数据是准确的。”
代尔夫特大学将继续研究Flying V 这样的技术,帮助节能减排,让航空业在未来变得更加可持续。Vos 博士解释道:“如果我们想在未来可持续发展,就必须研究像Flying-V 这样的先进技术,因为我们都知道,管翼式飞机已经完全成熟。这种构型几乎没有什么突破的空间。Flying-V 是值得关注的创新设计之一,我们将深入研究这架飞机有关的所有未决问题。”