德国航宇中心开发多环自动倾斜器主动旋翼

　　直升机旋翼桨叶的主动控制技术能够提高旋翼的整体性能，并降低噪声和振动水平，但其技术难度始终很高。其中，将驱动力和信号传递到高载荷、快速旋转的桨叶上的作动器上，以驱动襟翼或其他装置实现对单片桨叶的控制是主要的技术挑战。

　　德国航宇中心DLR最近开发了一个主动旋翼控制系统META，该系统并不需要在旋转部件上安装作动器，而是采用了多环的自动倾斜器实现，该技术具备实现6桨叶旋翼的单片桨叶独立控制的潜力。META第二阶段的风洞试验计划在今年晚些时候开始。

　　据DLR称，META系统的优势包括无需向旋翼桨叶传递操纵所需的功率，作动器不用承受离心载荷等。该系统可应用在现有直升机上，作为机型翻新的一个途径。

　　META第一阶段风洞试验于2015年9月完成，研究结果在今年5月举行的美国直升机协会第72界国际论坛上发表。试验使用了一个4桨叶旋翼的缩比模型，在荷兰DNW大型低速风洞进行，试验结果表明，该技术能有效降低旋翼需用功率、振动和桨涡干扰噪声。

　　传统的旋翼系统通过一个自动倾斜器，将飞行员的操纵转化为桨叶变距角的变化，操纵量首先传递到自动倾斜器的不动环上，再通过不动环传递到动环，最终通过动环上的变距拉杆转变为桨叶的扭转角变化。

　　META系统通过在自动倾斜器上使用2个独立控制的不动环，有效地将一个4桨叶旋翼解耦成2个独立的2桨叶旋翼，由外环和内环分别控制。

　　每个自动倾斜器由3个电动液压作动器操纵，作动器的电动部分负责飞行控制操纵；液压活塞的控制权限较低，但可以最高105赫兹的频率振动，从而实现单片桨叶控制（IBC）和高阶谐波控制（HHC），其控制频率可达到旋翼旋转频率的2-6倍。

　　除HHC带来的减振效果外，META系统还能够在飞行中跟踪旋翼轨迹，并通过给2个自动倾斜器不同的总距和周期变距操纵，使2对桨叶的桨尖的空间运行轨迹不同，使得相邻的2片桨叶中，后面的桨叶不会通过前面桨叶形成的桨尖涡，从而降低旋翼的桨涡干扰噪声。

　　去年9月进行的风洞试验使用了2个不同的旋翼构型模型，其中一个基于MBB的Bo105的40%等马赫数桨叶缩比模型和一个基于EC145C2的36%等马赫数桨叶缩比模型，EC145的模型被命名为FTK。

　　DNW测试验证了META具备完整的单片桨叶控制能力、单一频率高阶谐波控制、飞行中桨叶轨迹跟踪，以及通过操纵总距和周期变距实现相邻桨叶桨尖轨迹分离等。试验结果表明，Bo105桨叶模型可降低4%功率需求，2/rev的HHC状态下降低75%振动水平，3/rev的HHC状态下降低4.5dB桨涡干扰噪声。

　　对于基础性能更好的FTK桨叶的试验结果表明，其需用功率降低3%，振动水平降低52%，桨涡干扰噪声降低3.9dB。DLR称，试验结果表明，即使是在当前的桨叶设计水平下，IBC的应用也能够显著地提高旋翼气动性能。

　　今年10月或11月启动的第二阶段试验中将只使用FTK桨叶，试验也不会仅测试单一频率HHC输入，而是会对闭环混合模式IBC、HHC以及非谐波桨叶控制等状态进行试验。

　　DLR还将在SKAT计划下开展一个新的5桨叶旋翼系统的模型试验，该计划是德国国家航宇研究项目LuFo-V-1的一部分。META系统的进一步研发“取决于LuFo-V计划能够为其拨付多少经费”，尤其是花费较多的风洞试验和飞行试验。

　　除META外，DLR还在开展一个多国参与的“智能扭转主动旋翼”（STAR）项目，该项目计划开发一个新的旋翼技术，通过电力驱动粗纤维复合材料（MFC）压电作动器来改变桨叶扭转角，从而提高旋翼性能、降低噪声及振动水平，其操纵频率最高可达到旋翼转速的5倍，。

　　STAR项目的参与者包括DLR、美国陆军航空飞行动力学委员会（航空与导弹研发工程中心下属机构）、NASA，项目的准会员包括韩国航宇研究院（KARI）、Konkuk大学、日本宇航局、法国航宇实验室Onera。STAR项目启动于2009年，是此前另一个多国联合研究项目 “HHC航宇声学旋翼试验”（HART）项目的后续。但该项目2013年在DLR开展的初始悬停试验中，由于MFC作动器在离心载荷作用线导致短路并起火，DLR取消了原计划在DNW进行的风洞试验。目前DLR正在对STAR桨叶进行重新设计，以提高其耐用性，DLR计划在概念验证成功后，建造一个4桨叶旋翼并进行测试。

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