德國為短距起降客機開發靜音主動高升力系統

　　CRC 880主動高升力系統包括無縫的前緣下垂襟翼和動態吹氣後緣科恩達襟翼。

　　合理的定位發動機在機翼上方後緣的安裝位置可以產生有利的氣動干擾，降低巡航波阻。

　　REF3方案採用的翼上安裝發動機佈局可以屏蔽發動機風扇噪聲，並能夠安裝更加靜音、尺寸更大、涵道比更大的發動機。

　　憑藉在商用飛機高升力系統方面的專業積累，德國正在為增加飛機設計靈活性、提高效率和降低噪聲研發下一代主動高升力系統。

　　位於布倫瑞克的德國國家協同研究中心（CRC）880正在為傳統構型客機研發主動高升力系統，同時也針對短距起降客機研發技術和經濟上可行的關鍵技術。CRC 880由德國國家研究基金會成立，坐落於布倫瑞克工業大學，還包括德國宇航院（DLR）位於下薩克森州的研究所。

　　短距起降（STOL）客機的可行方案

　　短距起降（STOL）客機被認為是能夠滿足歐洲航空運輸遠期發展目標（增大空運系統容量、減小門到門的旅行時間）的可行方案之一。這種方案可以使用跑道更短的、距離乘客聚集區更近的小型機場。但也對降低噪聲提出了更高的要求。DLR的簡·戴夫斯6月在美國丹佛舉行的AIAA 2017年會上表示，“我們需要將短距起降就等同於高噪聲的傳統想法改變，我們要開發靜音短距起降客機技術。”

　　CRC 880目前正在以靜音STOL客機概念為牽引研發下一代主動高升力系統。該系統採用的關鍵部件包括後緣吹氣式科恩達襟翼和前緣無縫柔性下垂襟翼，計劃今年開始試驗。CRC 880研究的背景機是一架100座級STOL客機，包括兩種方案，一種是採用先進渦槳發動機、航程3000千米、巡航速度Ma0.74的方案，最近研究的一種是採用翼上後緣安裝雙發渦扇發動機的方案REF3。

　　REF3方案讓人聯想起德國曆史上不太成功的小型客機VFW614，但是最近洛馬公司為美國空軍和NASA研發的混合翼身佈局採用了翼上安裝發動機的構型，這可能也是CRC 880再次研究這種構型的部分原因。洛馬和CRC 880的研究均發現，通過細緻地調整發動機在機翼上的安裝位置能夠同時起到降低風扇噪聲和巡航阻力的目的。戴夫斯表示，除了降低前向風扇噪聲，翼上安裝發動機構型也可以降低後向風扇噪聲。它同時還消除了傳統翼吊佈局產生的機翼下表面的反射噪聲。

　　CRC 880高升力系統的研發

　　翼上安裝發動機構型同樣使得靜音和節油效果更好的超高涵道比發動機的安裝變得容易，否則更大尺寸的發動機在翼下安裝的話將需要更長、更重和噪聲更大的起落架以提供足夠的離地間隙。

　　CRC 880高升力系統的核心是使用全翼展的環量控制吹氣後緣科恩達襟翼產生高效的升力。沿機翼後緣科恩達曲面切向吹出的扁平噴流能夠保持大偏度襟翼的附着流動，增大翼型產生的升力。除了後緣吹氣科恩達襟翼，前緣也採用了下垂柔性襟翼，它可以阻止流動分離以及由後緣吹氣產生高環量引起的機翼失速。相比傳統前緣襟翼，它改善了氣動效率，增加了升力和失速迎角。

　　CRC 880高升力系統的另一個特點就是舵面展開後沒有縫隙，消除了傳統後緣襟翼和前緣縫翼（尤其是起降階段）的噪聲源。前緣下垂襟翼採用複合材料結構，內部安裝有作動器，可以驅動前緣產生光滑變形，但也必須提供結冰、閃電和腐蝕防護。

　　後緣增升採用可調的週期式吹氣，CRC即將對分段吹氣槽裝置進行風洞試驗。每段吹氣槽的高度通過壓電作動器調節。同步的二維和展向連續變化的三維週期性吹氣將被測試。

　　後緣的週期性吹氣屬於動態吹氣，這種方式帶來的預期收益是“驚人的”，相比定常吹氣的所需功率大大降低。研究人員表示，該方案的終極目標是利用集成在吹氣唇口和科恩達表面的傳感器進行閉環自適應控制，這種技術將在水洞中進行測試。

　　與從發動機引氣進行後緣吹氣（這種方式增加了發動機功率損耗，需要增加發動機尺寸）的方式不同，CRC 880主動高升力系統採用集成到機翼內、靠近科恩達襟翼佈置的6個分佈式電驅動空氣壓縮機，這種壓縮機的原型機直徑128毫米，功率80千瓦，採用永磁同步電機驅動單級跨聲速壓縮器在60000轉/分鐘的轉速下提供高增壓比，目前正在研製中。

　　後緣吹氣的流量需求隨着吹氣槽從機身向外側副翼的逐漸變窄而變小，因此需要6個不同的壓縮機。此外，機翼外側副翼處的壓縮機不只是用來產生升力，同樣也用來機動控制，因此它需要更高的增壓比。

　　雖然消除了傳統高升力系統的縫翼和滑軌產生的噪聲源，但是吹氣襟翼本身也會產生噪聲。試驗表明，可以通過多孔後緣襟翼結構減小湍流噪聲。但這種方式會降低升力，因此CRC 880開發了一種最小化升力損失的複合結構襟翼，即襟翼從前部到後緣逐漸從固體表面過渡到多孔表面。利用冷軋多孔鋁可以線性地改變孔滲透率。戴夫斯表示，已經安排了量化吹氣襟翼產生噪聲的試驗計劃。

　　採用翼上安裝發動機佈局的一個潛在缺點是增加艙內噪聲。但是翼上安裝的大涵道比發動機（涵道比17）已經相比傳統渦扇發動機（涵道比5）的噪聲聲壓級大幅降低；此外，噴流噪聲的影響區域向後機身移動，面積大大減小。

　　關於科恩達襟翼的另一個擔心是，當它展開時會產生較大的阻力，需要額外的推力，併產生額外的噪聲。所以需要針對靜音STOL客機開發低噪聲飛行航跡，一種可能的方案是在3000英尺高度以下滑角7.5度近場，1000英尺高度改為3度下滑角。

　　截至目前，CRC 880的研究表明，靜音STOL客機的實現需要高升力系統降噪技術和低噪聲飛機佈局（如翼上安裝發動機）的結合。此外，完全的降噪潛力只能通過專門的飛行程序實現。