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欧盟“洁净天空”计划开展飞机复合材料小翼研究

2021-02-01 16:134100
 欧盟“洁净天空”(Clean Sky)计划飞机可变型翼梢小翼(Morphing Winglet)项目不仅有助于提升飞机的运行效率,减少排放,还有助于降低制造成本,缩短制造周期,极大促进“洁净天空”计划的发展。
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  在民机领域,飞机的翼梢小翼凭借空气动力学优势,在减阻、降耗、增效等方面发挥了重要作用。可变型翼梢小翼项目旨在通过设计/制造具有创新性曲线轮廓的小翼结构,结合轻型复合材料、微机电集成应用等综合手段,显著提升飞机的航空效率。
  可变型翼梢小翼项目的主要目标和实施策略包括以下几方面内容:
  1)基于减阻减重,降低油耗
  可变型翼梢小翼项目的目标是将组件重量降低约15%,飞机风阻降低约5%,实现飞机载荷减缓10%。飞机油耗降低水平将在后期测试中验证。
  2)降低制造成本,加快交付,减少环境污染
  根据欧洲绿色工业制造协议,通过采用低成本无夹具复合材料工艺技术,可变型小翼项目能有效降低飞机生产制造成本。
  不同于传统耐磨金属工具,可变型翼梢小翼项目采用的制造工具由复合材料制成,并应用了液态树脂注入工艺,制造过程中对几何形状的控制更加灵活,有效降低了工具成本,缩减了总体制造成本。
  另外,复合材料制造工具的复用程度高,可降解,生产交付周期更快,环境污染程度更低。按预期,相对传统制造方案,现有解决方案的制造成本和交付周期将减少5%。
  3)基于集成化和结构优势的性能提升
  可变型翼梢小翼中采用独立机电作动器(EMA)和特殊弯矩结构(可减轻机翼重量),实现空气动力学优化,可显著提升飞机升力。
  在小翼集成化方面,通过简化/一体化制造方式,替代紧固件/粘接(如大量铆钉、螺钉、粘合剂等),减少零件数量,实现小翼制造无夹具工艺。
  目前,可变型翼梢小翼结构主要由Aernnova公司研发。外部框架、载荷、技术要求等内容主要由空客公司负责。
  Aernnova公司主要负责小翼设计工作。公司将与空客公司共同完成可变型翼梢小翼概念,详细设计,设计图纸报告编制,新制造工艺相关的原理开发,测试验证等工作。目前,已开展的工作包括基于复合材料的研究开发和应用(FIDAMC)、系统接口、小翼数字化模型(DMU)研发、配置控制等。公司已完成了组件的雷击、弯曲强度、载荷路径等设计验证/测试工作,以及弧形梁制造、新型制造工艺试验验证等工作。
  同时,Aernnova公司还负责开发/制造用于小翼内/外侧前缘、扭力盒等部位复合材料制造工具;左右小翼和翼片的组装工具;基本零件原型等。公司完成小翼组装、质检后,将会将可变小翼交付给空客公司,由空客公司装配/集成到飞行试验平台上。
  可变型翼梢小翼概念相关的所有技术成熟度(TRL)将达到6级。该技术将在“洁净天空”2(Clean Sky 2)计划研制的“支线飞机创新飞机验证平台”(IADP)中进行验证,并计划于2021年飞测试,2023年进行飞行验证。
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