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智能旋翼成为直升机升力系统的新大脑

核心提示: 但直升机所研究人员相信,随着民用直升机在社会各领域的广泛应用,用户对直升机的性能和舒适性等要求也将越来越高,未来旋翼的发展必将朝着低噪音、低振动的“绿色旋翼”和智能化的方向发展,基于主动控制技术的直升机升力系统的新大脑——智能旋翼,一定能让直升机更好地服务于人类。
智能旋翼将是直升机技术未来的发展方向,可用于直升机性能提升和减振降噪,具有广阔的应用前景。2016年3月,航空工业直升机所ACF(Active Control Flap 主动控制旋翼)项目团队完成悬停摸底试验,这是国内首次四米智能旋翼的主动控制试验,也是国内转速最快、最接近真机使用情况的智能旋翼试验。此次智能旋翼悬停试验的成功,不仅建立了多种控制条件下不同工况的试验数据,更为摸清旋翼主动控制与减振规律奠定了基础,理清了智能旋翼研究中的关键技术,为推进第五代智能旋翼的发展奠定了基础,从而在真正意义上开辟了实现我国直升机旋翼智能化、绿色化的新征程。 何为智能旋翼? 智能旋翼是指通过在直升机旋翼上采用主动控制手段,使旋翼桨叶能够识别外界信息,并根据获得的信息对桨叶自身状态进行适当调整,从而达到旋翼的减振、降噪等,进而大幅度提升直升机的性能。众所周知,旋翼是直升机特有的动部件,是直升机区别于其他航空器的标志,旋翼技术是直升机的关键技术。近年来,随着智能技术的不断发展和应用,智能旋翼也逐渐成为直升机研究领域的重点。 智能旋翼具有感知能力、对状态的实时分析能力、自主推理和反馈控制能力等特点,主要包括旋翼桨叶结构、传感器、反馈控制系统、驱动动力、作动机构等部件。目前,智能旋翼在直升机减振降噪、提高直升机舒适性、提高隐声隐身能力等方面具有广阔的应用前景。 智能旋翼的发展 智能旋翼是传统直升机旋翼同智能材料、现代控制技术相结合的产物。20世纪80年代中后期,为降低直升机复合材料桨叶的振动,美国军方首先提出了智能材料和结构的概念。两者具有自变形、自诊断以及自适应等多种功能,不但拥有一般材料所不具备的承载能力,而且能迅速响应外部的环境变化,加之微处理控制系统的应用,使其进一步智能化,更能敏锐感知外界环境的变化。 智能旋翼的研究起步于20世纪90年代初期。当时,美国、欧洲为了进一步实现直升机减振降噪,启动了基于智能材料的旋翼研究计划。如美国的SMART(基于智能材料作动器的旋翼技术)验证计划、欧洲的ADASYS(自适应动力学系统)、BLUEPULSE(蓝色脉动主动控制旋翼)验证计划等,这些研究涉及智能材料的研究与选取、驱动机构构型的选取与验证、缩比模型旋翼的试验验证、全尺寸旋翼的试验验证等。目前,空客直升机公司研发的新一代智能旋翼系统“Blue Pulse”已经完成了在H145直升机上的装机验证。 直升机所对智能旋翼的探索 直升机所作为航空工业下属的全国唯一的专业配套完整的直升机研发机构,肩负着“引领直升机技术进步、推动直升机产业发展”的使命,在智能旋翼技术研究方面主动探索,目前已取得了一系列成果。从“十一五”开始启动智能旋翼技术研究,对智能旋翼的理论基础及试验方法积极探索,首先开展了2米量级智能旋翼的设计技术研究。 在“十二五”期间,直升机所成立了专门的智能旋翼技术研究小组,积极与有关高校和科研机构合作,在智能旋翼的设计、分析和试验方面积累了宝贵经验。直升机所与南京航空航天大学合作,针对直升机主动减振技术,选择了国外压电驱动放大机构,设计了4米直径的ACF旋翼原型样机,该原型样机采用菱形放大机构将压电叠堆驱动位移进行放大,以此来驱动后缘襟翼。直升机所旋翼专家胡和平说:“作为一次全新的尝试,ACF旋翼原型样机的设计和研究过程充满艰辛,但是全体参研人员不畏艰难、戮力拼搏,最终圆满完成了各项试验,达到了预定目标。这为进一步实现旋翼主动控制的轻质高效、实时闭环控制、数字仿真等奠定了基础。” 虽然目前我国智能旋翼尚未实现型号工程应用,其工业化还面临驱动机构高寿命可靠性、适航取证等新的挑战。但直升机所研究人员相信,随着民用直升机在社会各领域的广泛应用,用户对直升机的性能和舒适性等要求也将越来越高,未来旋翼的发展必将朝着低噪音、低振动的“绿色旋翼”和智能化的方向发展,基于主动控制技术的直升机升力系统的新大脑——智能旋翼,一定能让直升机更好地服务于人类。
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责任编辑:李美静