欧盟通过灵巧智能飞机结构项目演示变形机翼
欧盟刚刚完成的一个“灵巧智能飞机结构”(SARISTU)技术研究项目已验证了如何将机翼减阻、降噪、结构健康监控、减重和其它方面一起进行集成设计的技术。
该项目列入欧盟“第七框架”下的航空学和航空运输研究计划，历时4年、总投资5100万欧元(5660万美元)，于2015年8月底完成。共有64家公司参与了该项目研究，空客公司、阿莱尼亚-马基飞机公司和庞巴迪公司是该项目的领导者。这是一个大型的综合研究项目，相当于4000人月的工作量。它包括大量的演示验证，包括机翼和机身，还有破坏性测试的内容。
SARISTU项目包含三项主要内容，分别是集成传感器技术、变形结构技术和多功能材料技术。其中，集成传感器技术方面，采用了可监测外形、探测损伤以及影响敏感涂层的光纤和超声技术;变形结构技术方面，所发展的机翼采用了自适应前缘下垂、变形后缘襟翼、主动翼梢后缘;多功能材料技术方面，采用了碳纳米管增强复合材料，提高了损伤容限和电导率，并减轻了重量。因此，在该项目中制造的大尺寸演示验证机翼集成了结构健康监控、变形表面和碳纳米管复合材料等技术，并且已经在俄罗斯中央流体力学研究院(TsAGI)进行了风洞试验。
图：SARISTU项目团队在英国伦敦举行的2015航空日上展示了智能机翼结构演示样件
碳纳米管复合材料理论上具有很大优势，但是目前在实验室研制和工业生产之间还有一定差距。目前要解决的关键是碳纳米管向树脂基体中注入时的凝结问题。在SARISTU项目中，研究人员在碳纤维层板间布置碳纳米管隔层，然后将树脂注入隔层。这样做增加了结构的电导率，虽然没有消除雷击防护的需求，但是可以减少油箱边缘产生电火花的可能性，并且减轻了重量。这样做解决了结构中布置电缆的问题，节省了成本和重量。并且改善了复合材料结构电气接地特性。
下一步的工作是“使飞机具有自我意识，让它告诉我们它感觉如何”。这需要在结构中集成光纤和声学传感器，以便“让飞机能够感知损伤情况并提示维护人员是否需要立即维护，还是等50个小时?”。光纤传感器将安装在翼盒、翼肋、纵梁和机翼检查口盖附近，声学传感器则将被用在外翼的蒙皮上。在下一步工作是使飞机能够对环境做出反应。布置在机翼后缘光纤感受到的环境变化，通过无缝后缘襟翼内的多个铰接结构做出变形反应;布置在翼梢前缘的压力传感器感受到的阵风载荷，通过偏转翼梢补偿片实现载荷减轻，这样做可以减轻机翼重量或者增大翼梢尺寸。
图：SARISTU项目中主动翼梢后缘结构的作动器就安装在翼梢结构内
变形前缘下垂结构是阿莱尼亚·马基飞机公司为其90座级喷气支线飞机发展的技术，旨在消除机翼前缘缝隙和台阶，实现后掠机翼表面的光滑、减阻层流。该前缘结构为柔性、内部驱动，采用玻璃纤维、除冰加热器薄层、雷击防护网层和防腐蚀钛合金外层等子结构组成。整个前缘蒙皮厚度为1.2毫米。如此薄的前缘蒙皮不足以抵挡鸟撞的袭击，因此机翼前缘内部还安装了保护结构，在鸟撞的时候可以将其偏离到机翼外部方向。
SARISTU项目以演示验证为主，迄今已获得的成果包括“几十个演示平台、几百个演示部件、上千个子部件和上万个演示元件”。该项目的目标是将相关技术的成熟度等级推向4(TRL=4)，沃尔肯表示其中有一项技术的成熟度等级已达到5。在欧盟“洁净天空”2计划的支持下，这些技术的成熟度等级还将进一步提高到6，达到可供实际产品研制使用的水平。
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