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运20大鹏展翅背后的秘密——
飞机之所以能起飞,靠的是机翼产生的升力。而要探究机翼的根源,就离不开对翼型的基础研究。飞行器基础布局全国重点实验室有着亚洲最大的低速异形风洞,它主要就是用于研究翼型的气动性能,从而帮助翼型研发。
所以翼型,指的就是机翼的剖面,也是机翼设计的起点。在这座风洞内,研究人员正在对一款翼型进行测试,该风洞能最高模拟每秒145米的风速,相当于时速520千米,从而辅助考察飞机起降和低速飞行时的气动性能。
一个好的翼型,通俗来说就是它能够产生比较大的升力,同时阻力还比较小。另外,还要具备很好的力矩特性,能够满足飞机操稳的需要。
——西北工业大学航空学院教授 韩忠华
对于像运20这样的大型运输机,由于其最大飞行速度接近声速,传统机翼不能满足其高效飞行的要求,这就需要对翼型进行特殊设计。这是因为在空气动力学上,随着飞行速度的提高,流场里出现了局部的超声速,此时就会出现一个特殊的现象——“激波”。而激波带来了很大的阻力,使得飞机的飞行速度难以提升。对此,我们可以借助超声速风洞试验,并通过文影仪进行可视化成像来直观感受激波这一物理现象。
要解决激波问题,超临界翼型就成为最佳选择。相较普通翼型设计,超临界翼型的前缘较为圆钝,上表面平坦,下表面后缘处向上弯曲,这样就能让气流通过翼型上表面的速度降下来,使飞机获得更低的阻力或者更高的巡航速度。速度高、阻力小,带来的是远航程和低油耗,这也就是超临界翼型的优异特性。
飞行器基础布局全国重点实验室在运20飞机的超临界机翼设计中起到了重要的支撑作用,正是得益于实验室对各种翼型的创新实践,才使得我国新一代航空装备,实现了从跟踪研制向自主创新的跨越。
——中航工业一飞院院长 耿延升
飞行器基础布局全国重点实验室于2024年1月获批建设。实验室由西北工业大学和中航工业一飞院联合共建。实验室前身是1992年国家批准成立的翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室。实验室定位于飞行器型号研制之前的基础布局研究,成体系开展“先进翼型”“布局原理”“耦合分析”“先导验证”等飞行器基础布局领域的基础研究,应用基础研究,前沿技术探索和关键技术攻关。
实验室的建设目标是以航空装备现代化建设国家战略需求为导向,聚焦未来飞行器“气动+隐身+结构+控制”强耦合布局原理与方法的重大科技问题。致力于“发现问题,揭示原理,寻求方法”。深究已有布局原理(“1→0”),探索新的布局概念(“0→1”),构建飞行器基础布局关键技术体系,产出“布局原理,理论方法,设计工具,翼型/布局谱系”等标志性成果。将实验室建设成为飞行器基础布局研究的原始创新高地,高层次人才聚集地和“总师型”人才培养基地,努力打造世界一流的国家战略科技力量。
基于多年翼型研究成果,实验室已构建起了中国翼型谱系及数据库,它由6个系列1000多个翼型构成,可满足8类先进飞行器布局设计。自1992年成立以来,该实验室先后发展出国内第一个超临界翼型、层流翼型和多段翼型等,为同时期国家重大飞行器型号发展提供了强大支撑,对我国航空工业基础建设具有重大意义。
飞行器基础布局全国重点实验室是校企深度融合的典范。未来,学校将进一步加大对实验室资源保障和政策支持的力度,为我们国家航空科技自立自强做出更大的贡献。
——中国科学院院士、西北工业大学副校长 张卫红