美国《航空周刊》网站2016年10月26日刊文称,波音将在2019年服役的777X飞机上采用折叠翼梢。由于人们对减阻和节油的追求,飞机翼展将不断增加,这种折叠机翼装置或将成为未来商用飞机的标配。
为了获得更佳的升力分布和巡航气动效率,波音777X的翼展较777增加了7.3米。考虑到777X与现有机场设施(滑行道、机库等)的相容性,波音采用了折叠翼梢。与波音只是在地面进行机翼折叠不同,NASA正在研究可在飞行中折叠的机翼对节油的好处。
NASA在新的收敛航空解决方案(CAS)计划下开展的展向自适应机翼(SAW)概念研究将开展飞行中折叠机翼概念的地面和飞行测试。目标是验证是否可通过上下偏转机翼部分外翼段的角度增加偏航稳定性和控制力矩,以及减小方向舵尺寸、降低尾翼阻力。
除了提高亚声速飞机效率外,飞行中折叠翼梢还可通过增加航向稳定性和控制权限、产生机翼压缩升力改善超声速飞行的升阻特性。折叠翼梢在超声速飞机上的应用已于上世纪60年代在北美航空公司的XB-70“女武神”号超声速轰炸机上得到验证。
NASA首席研究员马特·莫霍特表示,SAW概念将采用形状记忆合金(SMA)致动器,关键是SMA致动器能否以足够紧凑的结构装在机翼较薄的外翼段内部而不会增加阻力。相比传统液压作动器,采用SMA致动器避免了系统布置的复杂性、降低了重量。
SMA概念是通过上下偏转部分外侧机翼从而增加偏航稳定性和控制力矩,同时使垂尾面积减小、阻力降低
NASA计划在2017年春天,利用Area-I公司的PTERA无人研究平台进行SAW概念的小比例飞行试验。PTERA无人机翼展4.47米,两侧机翼外侧各有一段0.381米长的翼段通过铰链与主翼相连,可偏转75度。分析表明,该装置偏转可提供接近40%的偏航控制力矩。
莫霍特表示,PTERA无人研究平台并不是专门为SAW概念研制,因此40%的偏航控制力矩并不是最优值。基本型PTERA采用平直机翼,而SAW概念需要足够的后掠角来布置折叠翼梢以使翼梢离飞机重心有足够的距离,从而产生足够的偏航控制力臂。所以NASA将对PTERA无人研究平台的发动机外侧机翼进行改造,使其后掠角达到20度。莫霍特表示,如果全新设计的机翼采用30度后掠角,折叠翼梢则可提供50%的偏航力矩。
在对PTERA平台机翼进行改装的同时,SAW项目团队计划开展全尺寸的SAW机翼结构地面试验,为飞行验证铺平道路。但是目前并没有明确的目标机型。
PTERA无人研究平台将对发动机外侧的一段平直机翼改装为20度角后掠机翼,折叠段长度0.381米
折叠段的长度选择需要进行权衡。主要考虑因素包括折叠段太长会导致弯矩较大,结构设计更复杂,升力损失较大,但偏航控制能力更强。莫霍特表示,如果机翼设计的接近椭圆载荷分布,折叠外翼段减少的升力不会太大,但带来的偏航控制能力增强是巨大的。后期,研究人员将根据不同的飞行条件(起飞、爬升、巡航等)研究合适的偏转角度。
对于超声速飞机来说,需要权衡的考虑因素较少。因为超声速飞行时容易产生航向不稳定,因此需要较大的垂尾。XB-70的折叠翼梢长度达6.096米,偏转角度从25到65度。偏转后带来了航向控制能力和压缩升力的同时增加。
莫霍特表示,NASA格林研究中心研制的SMA“带宽较窄,需要冷却足够长的时间才能恢复到原始状态”。NASA没有透露SMA的研制细节,只是表示波音研究和技术中心参与了研制。