飞行汽车eVTOL整机正加速推进风洞测试

2023-09-14 15:12

风洞技术代表了对创新性风险的低成本试错工具,在不同的工程开发阶段,有不同的风洞测试技术供整机公司选择。那么,如果遇见不用风洞的大概只有三种情况,一种是确实没啥创新,另一种是拥有超越时代的实力,第三种是人傻钱多不怕摔。

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德世隆电动航空

德事隆电动航空在今年7月宣布已开始风洞测试,以支持其eVTOL飞机Nexus型号的开发。风洞测试将验证飞行器设计的性能、稳定性和控制,以确认初步配置、航程和速度估计,以及旋翼如何在飞行的所有阶段与飞行器空气动力学相互作用,包括垂直起降、过渡和巡航。Nexus风洞试验是在23%缩比模型上进行,以评估全范围过渡角和功率水平下的旋翼,借鉴德事隆几十年来在倾转旋翼、涡轮螺旋桨和喷气式飞机产品开发方面的试验经验。测试还提供了与尾翼尺寸、电机功率要求、过渡策略、悬停净推力和空气动力学阻力相关的即时信息,为达到认证标准的最终要求扫清道路。

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Eve空中交通

Eve Air Mobility在今年5月完成了其eVTOL整机的风洞测试。该测试在瑞士卢塞恩附近的一个风洞中进行,使用了Eve的eVTOL的缩比模型。该测试使工程师能够监测整机及其各个部件周围的气流,还用于测量作用在整机上的气动力和力矩,使团队能够评估整机的升力、效率、飞行品质和性能。试验的主要目的是调查和验证包括机身、旋翼、机翼、尾翼和其他操纵面在飞行中的表现。风洞试验为复杂几何形状的空气动力学行为提供了独特的视角,并为设计特性提供了更高水平的验证。

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Lilium

Lilium在今年5月开始在荷兰Marknesse的德荷风洞(DNW)设施对完整40%的Lilium Jet缩比模型进行风洞测试,包括工作中的动力和襟翼执行器。这项测试是继Lilium之前在2021年和2022年成功进行飞机剖面风洞测试之后开展的。该测试于5月初开始,将使Lilium能够获得一个全面的空气动力学数据集,以验证其飞行物理和性能预测。该数据集将涵盖完整飞机从悬停到巡航的飞行包线。该模型选择的大缩比使测试数据能够在所有ph下代表全尺寸飞机飞行次数。每个襟翼都是远程驱动的,并配备了按缩比制造的电动涵道风扇。

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Horizon飞机

Horizon飞机在今年4月宣布,其Cavorite X5 50%缩比eVTOL模型已在ACE气候风洞中成功完成初步过渡飞行测试。其探索了高达100公里/小时的前飞速度,测量了在不同风扇速度下机翼打开时的气动力、控制权限和机械系统功能。对整个过渡包线的俯仰和横滚稳定性和控制以及嵌入式风扇性能进行了测试。Horizon飞机可以利用这些结果来完善其CFD建模,并进一步降低其室外过渡飞行测试项目的风险。

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日本SkyDrive

SkyDrive已经和JAXA就eVTOL的实际应用达成联合研究协议。JAXA一直在利用其日本最大的风洞试验设施开发旋翼叶片噪声源识别技术。SkyDrive也已经在JAXA设施中开始了一个联合研究项目,通过利用eVTOL技术来降低其噪音水平。

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Archer航空

Archer航空在今年3月的瑞士埃门RUAG大型亚音速风洞完成了为期六周的Midnight eVTOL飞机风洞测试活动。这项风洞测试活动是继在意大利米兰理工大学对螺旋桨性能和螺旋桨与机身的相互作用进行研究;在美国佛罗里达大学进行声学工具链验证;在美国进行机翼、尾翼和螺旋桨翼型性能验证测试之后进行的。RUAG风洞的测试使工程师能够收集有价值的数据,以进一步验证Midnight整机的配置,如空气动力学模型、外部载荷预测、飞机性能、稳定性和控制特性以及结冰条件下的性能退化。

测试中使用的Midnight27.6%缩比模型,翼展超过4米,选择的尺寸是为了最大限度地提高试验数据的相似性和与全尺寸的相关性,同时适合Ruag风洞的5m x 7m试验段。测试活动的目的是开发一个全面的数据集,以验证Archer的工程设计工具,并确认Midnight设计的空气动力学预测。

总的来说,通过改变400多种不同模型配置的攻角和侧滑以及捕获力和力矩趋势,进行了878次测量扫描。这些模型的变化包括改变操控面偏转、调整前臂倾角以及逐步完成机身部件的组装。这种组装从裸露的机翼/机身开始,然后依次添加吊杆、起落架、尾翼和停止的升降螺旋桨。这种构建方法使Archer能够调查并清楚地了解每个机身部件的增量影响。测试期间收集了用于验证Midnight飞机巡航总体性能CFD预测的数据,包括机身部件的整机阻力、高升力和失速速度。

测试收集了大量关于飞行器稳定性和控制导数的数据,这些数据将力和力矩的变化与飞行器状态联系起来。测试数据验证了Midnight的巡航稳定性特征,是飞机控制逻辑设计的主要输入,并锚定了飞行模拟模型,以准确地表示真实的飞机行为。收集了相关和证实外部载荷预测所需的数据,并用于验证飞机结构尺寸的载荷。测量的稳定性特性加强了V型尾翼、襟翼和方向舵的尺寸正确,具有足够的空气动力学控制能力,同时也证实了控制面铰链力矩符合要求,致动器尺寸设计合适。

进行一步的风洞试验将研究推进系统对空气动力学性能的影响。

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Joby航空

Joby航空在今年2月开始在NASA位于加州硅谷的Ames研究中心国家全尺寸空气动力学综合设施(NFAC)进行测试。NFAC是世界上最大的风洞设施。NFAC的螺旋桨测试数据被广泛认为是飞机空气动力学和性能的黄金标准,对一系列标志性飞行器的开发起到了重要作用,包括航天飞机、V-22“鱼鹰”、F-35联合攻击战斗机和一些下一代直升机。

Joby是第一家在NFAC 40×80英尺风洞中测试螺旋桨的eVTOL公司。测试活动将涵盖预期飞行包线内的所有倾转角度和速度,为Joby提供有关其螺旋桨系统性能、载荷和声学的一致且高保真数据,以支持和FAA的认证计划。

Joby与美国空军和NASA合作,在风洞中安装一个电推进装置和螺旋桨组件,安装在六自由度力和力矩平衡装置上,以获取性能数据。叶片装有测量旋转时所受载荷的仪器,Joby飞机的典型机翼部分允许仔细分析气动干扰效应。由于优越的仪器和精确的变量控制,NFAC螺旋桨测试活动预计将产生无与伦比的数据质量,超过正常飞行测试期间捕获的数据。整个测试活动需要几个月才能完成。

其它已经开展风洞测试的eVTOL整机还有很多,例如:Vertical联合开展的静音螺旋桨风洞测试,贝尔针对涵道开展的eVTOL测试,这里不再一一介绍。

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国内整机

国内eVTOL整机公司目前公开风洞测试的只有上海磐拓航空一家,具体情况可以在其公众号查阅,其它eVTOL整机目前没有看到相关公开信息,如果想公开,估计也只有使用民用的风洞了。

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