2025 年 2 月 28 日

 

• 在 oLAF 計畫中，德國航空航天中心研究了飛機的智慧負載控制系統。
• 透過事先偵測風向並自動調整控制面，可以讓飛機更有效率和舒適。
• 這大大降低了燃料消耗和機翼負荷。
• 下一步將在研究飛行中測試該技術。
• 重點：航空、氣候友善飛行

 

飛行應該變得更加舒適和有效率。智慧型負載控制系統可以提供幫助，例如，它可以以閃電般的速度調整控制面和襟翼，主動應對風和機動。在oLAF（最佳載荷自適應飛機）計畫中，德國航空航天中心（DLR）的科學家得出結論：使用這項創新技術可以減輕機翼載荷，提高乘客的舒適度。燃料消耗減少高達 7.2%，二氧化碳排放量顯著減少。

「透過高度發展的控制面和現代感測器的巧妙互動，我們可以更好地吸收湍流，最大限度地減少飛機結構的負荷，從而開發出更有效率的飛機，」博士解釋說。拉爾斯·雷默 (Lars Reimer)，德國航空航天中心空氣動力學和流動技術研究所專案經理。其中包括使用雷射系統和所謂的 LiDAR 感測器等來實現，它們使用雷射測量風場並可在早期檢測到即將到來的陣風。這些感測器使飛機能夠對外部影響做出更精確、更主動的反應，並自動調整方向舵或襟翼等控制面。 「使用最先進的負載控制系統不僅可以減少材料應力和使用壽命，還可以提高現代商用飛機的空氣動力學和效率，」Reimer 繼續說道。

 

模擬和測試證實了巨大的潛力

在 oLAF 專案中，DLR 的研究人員研究了廣泛使用負載控制技術如何影響新型長途飛機的設計。為了準確評估該技術的潛力，他們採用多學科數值模擬在電腦上開發了兩種具有相同要求的飛機設計，然後將它們相互比較：一種採用傳統技術，另一種從一開始就始終如一地設計為最先進的技術，即所謂的積極減載。關鍵的區別在於：新技術可以使機翼具有更大的跨度和更高的空氣動力學效率——這種模式的轉變大大降低了燃料消耗和排放。

為了證實這些結果，德國航空航天中心氣動彈性研究所的科學家在布倫瑞克低速風洞（DNW-NWB）進行了測試。為此，他們為彈性機翼的風洞模型配備了可移動的後緣襟翼和擾流板，並使用專門開發的移動陣風發生器產生人工陣風。比較了開啟和關閉負載控制時機翼的振動情況。結果是：啟動負載控制後，可以有效減少振動，並且機翼底部的負載可減少高達 80％。

 

透過現代負載控制實現更有效率的機翼

模擬和測試的結果表明，如果在飛機設計中考慮到全面的負載控制，則可以實現更輕、更高拉伸的機翼，從而更加符合空氣動力學並節省燃料。據估計，採用新技術的飛機燃油消耗可減少7.2%，獲利能力可提高6.7%，儘管可能產生額外的維護成本。 「結果讓我們感到驚訝，」拉爾斯雷默說。 “雖然我們最初將負載控制主要視為一種減輕重量的方法，但它現在已成為未來機翼設計的關鍵要素——具有顯著改善的空氣動力學性能和更高的效率。”

 

下一步：將科技帶入空中

目前，德國航空航天中心計劃進一步開發該技術，並在研究飛機上測試選定的初始原型。與此同時，研究人員正在繼續 oLAF 的工作。他們希望進一步發展數位化設計流程，整合所有相關學科——從空氣動力學到結構到負載控制。目的是為飛機製造商提供一種程序和高精度工具，使他們能夠在早期階段將減載技術融入他們的設計中。

 

[照片]

(A) 風洞中的模型

在低速風洞試驗段實驗研究的機翼模型和佈置在上游的陣風發生器可以對流動條件進行詳細的分析。

(B) 機翼底部的詳細視圖

浮雕點分佈使得能夠對機翼變形和控制面偏轉進行光學測量。

(C) 「預期陣風負荷減少」原則

LiDAR 感測器測量飛機前方的風場。負載控制允許控制面（這裡是升降舵）自動調整。

(D) 變形行為

在巡航飛行（1g）和攔截機動（2.5g）過程中，採用常規減載（左）和積極減載（右）的飛機設計的變形行為。攔截機動期間的載重幾乎降低到巡航飛行期間的載重水平，如變形所示。