2024 年 7 月 25 日
- 德國航太中心和其他計畫參與者研究了未來飛機機翼的外觀。
- 更長翼展的機翼可以使航空業更氣候友善。
- 新的機翼必須高度拉伸、靈活且智慧。
- 這種機翼可以提高飛機性能並降低燃油消耗。
- 重點：航空、氣候友善飛行
乍一看，過去 60 年來飛機機翼的形狀和尺寸幾乎沒有改變。它們在氣候友善航空的道路上發揮著重要作用。在INTELWI（智慧機翼）計畫中，來自德國航空航天中心 (DLR) 的科學家與科學界和工業界的其他計畫參與者一起研究了未來高效能飛機機翼的外觀。結果是：智慧、高度拉伸的飛機機翼可以節省高達 5% 的燃料。該聯合計畫由聯邦經濟事務和氣候保護部 (BMWK) 資助，作為航空研究計畫的一部分。
如果你看看現在的飛機機翼，你很快就會發現，如果翼展更大，它們的效率會更高。但增加翼展會使機翼更容易受到飛行中出現的陣風的影響。因此，這樣的機翼必須設計得更穩定。這會使其變得更重。科學家現在已經找到了解決這個問題的方法。
高拉伸、靈活、智慧、超高效
「我們的目標是設計一種具有更高展弦比的機翼，即比以前的機翼明顯更薄，」博士解釋道。來自 DLR 空氣動力學和流體動力學研究所的 Tobias Wunderlich。 「我們設計了幾個機翼模型，並在模擬中對它們進行了檢查，以找出如何減少作用在機翼上的載荷，以及如何在偏轉明顯更大的情況下減少阻力，」德國航天中心子項目負責人解釋。智慧控制系統應有助於對外部影響（例如機動和陣風）進行獨立反應並減少負載。舉個例子：研究人員使用雷射雷達（一種基於雷射的光學測量系統）來掃描飛機前方的空氣並向飛行控制系統發送訊號。如果發生陣風，他們可以立即偏轉控制面，以減少負載並提高乘客舒適度。控制面也用於最大限度地減少空速增加或不同高度時遇到的阻力。這被稱為“自適應機翼”，因為機翼的彎曲會根據飛行條件自動調整。
總共七個德國航太中心研究所和其他專案參與者，包括作為整體專案經理的空中巴士公司，分析了高度拉伸、靈活、智慧機翼的最大可實現性能——品質、阻力、浮力、故障情況和維護間隔。研究人員特別關注所涉及的專業學科之間的相互作用。這使得我們對整個系統有了更好的理解。他們使用高精度和快速的模擬方法來改進和加速未來機翼的開發過程，從而推進跨學科的數位化。三年半後，聯邦航空研究計畫（LuFo VI）的計畫已經結束。
節省百分之五的燃油
第一批評估已經可用。 「最後我們決定設計一個展弦比為 12.4 的機翼。 「長途客機的這個機翼看起來非常有前途，」Wunderlich 說。你必須想像他比平常瘦了 30%。基於這個纖細的機翼，科學家們根據當前的技術水平對整架飛機進行了詳細設計，並將其提供給網路合作夥伴作為參考飛機。然後機翼配備了新技術，即多功能控制面、中央和分散控制和調節系統、本地感測器和擴展的飛行控制器功能，以減少陣風和機動負載，並進行了詳細檢查。這位航空航天工程師表示：“目前還無法確切地說這些技術何時可以進行批量生產。”但自適應機翼技術的使用效果已經變得顯而易見。使用控制面來減少巡航飛行中的空氣阻力可以節省百分之一到百分之二的煤油消耗。在操縱過程中，作用在機翼上的負載可以透過後緣上的目標控制面偏轉來減少，這樣，結合巡航飛行的改進，與參考飛機相比，可以節省百分之四的燃油。儘管事實上與數據進行比較的參考飛機已經比當今的商用飛機更具可持續性和經濟性。
有一點是肯定的：這樣的「智慧機翼」被視為未來商用飛機合乎邏輯的下一步發展。他將為確保空中巴士作為飛機製造商和系統提供者作為供應商行業的未來競爭力做出決定性貢獻。它還將提高性能，從而顯著降低未來飛機的燃油消耗。 「當然，還有許多懸而未決的問題，但正在研究的技術完全有可能用於未來的飛機。我們預計新機器的機翼將是負載自適應機翼，展弦比明顯更高。
[照片]
(A) 虛擬發射
長途客機具有高度拉伸、負載控制、超高效和智慧的機翼，作為模擬的一部分進行虛擬起飛。
(B) 新機翼輪廓
INTELWI 專案設計的高度拉伸、靈活、智慧和超高效的機翼將具有許多特性來適應飛行條件和外部影響。透過這種方式，可以減少巡航飛行中的阻力，可以最大限度地減少機動飛行中的載荷，並且透過使用控制面可以顯著減少陣風載荷，如機翼輪廓所示。為此，感測器記錄飛行狀態，雷射雷達掃描飛機前方的空氣。相應的訊號被傳送到飛行控制系統，該系統控制操縱面是緩慢偏轉還是以閃電速度偏轉。
(C) 外部幾何形狀和內部結構
在 DLR INTELWI 計畫中，科學家設計了一種翼展明顯更大的飛機機翼，因此比傳統機翼更有效率。除了新的外部幾何形狀外，內部結構（右翼所示）也必須適應這種高效、纖薄的機翼，因為較大的翼展會增加飛行中陣風和機動過程中產生的負荷。此外，機殼內部仍必須有空間（所需的安裝空間顯示為黃色框）。
(D) 機翼展弦比對比
雖然傳統商用飛機機翼的展弦比通常在8 到10 之間，但研究人員在INTELWI 專案中設計的纖細且「智慧」的機翼具有更高的展弦比，達到12.4，這與最小化的特別高效滑翔機的展弦比相似。