波音787梦幻飞机的阵风抑制技术使飞行更平稳

作者：Charles J. Murray    来源：Design News

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 只是想一想就足以让你作呕：一架商务飞机遇到大量湍气流；飞机头部上仰，下冲，然后又上仰。同时，这艘万能之舟又开始偏航；时而偏向左侧，时而向右转舵。在这场可能延续两到三分钟的颠簸晃动中，即使最有经验的乘客也会看向前面座位口袋中的呕吐袋…以防万一。 然而，如果让波音公司的工程师们来作为一番，这种景象可能就会消失，或者，至少能变得更平和。这是因为，波音公司这位航天业巨头在其787梦幻飞机上应用了更平稳的飞行技术，这项技术能够在飞机遭遇强劲气流时减少上仰下跌，减少左右摇晃和偏航。 “我们一直在致力于研究造成晕机病症的频率响应和频段的总类，”波音公司787系统的总设计工程师Mike Sinnett说。“我们注意观察了可以延续一到五秒的阵风事件，并且在相关飞机上得到了大量的频率响应数据。” 的确，787飞机540000磅的质量是足够这些工程师们对付的。即使是遇到最强大的阵风气流，如此庞大的质量通常不会立刻出现反应。但是，波音公司更平稳飞行技术背后的真正创新不是在飞机的质量方面，而是在电子技术和软件技术方面。为了保持稳定性，波音的工程师们联合利用了类似汽车行业稳定控制系统一样的众多技术。遍布飞机周围的传感器可以检测角速度和气压分布方面的变化。比如，造成偏航、上下颠簸或左右晃动的阵风气流就能被探测到，并且被陀螺传感器记录下来。同样，飞机遇到的纵向风力和平向风力会由加速度计检测。同时，压力传感器通过一些精选出来的（但数量不确定）静态进气口能够探测到飞机表面的气压分布。 然后，所有这些感测资料都被传送到飞机周围的中央处理装置上。波音的工程师们不会告诉我们有多少个或者用哪种微型控制器来处理如此庞大的传感资料，但是，大型的商务飞机一般会有100多个电子控制模组，这些模组通常是由几个主控制器来控制。飞行中，这些控制器会获取资料，然后应用自主研发的软件算法确定将要采取的行动步骤。利用遥控技术，控制器会随后传送信号到能够启动方向舵、升降舵、扰流片、副翼和襟副翼的电动发动机上。结果是，飞机可以自动启动操纵面，调整对阵风气流的惯性反应。 “比如说，如果飞机遭遇横向气流，我们就会通过抑制飞机对横向气流的反应来抵消它，”Sinnett说。没错，其他飞机制造商以前已经应用了这种系统。但是，波音的工程师们说，787飞机的更平稳飞行技术达到了一个新的技术水平。 “我们不只是感测惯性反应并且抵消它，”Sinnett说。“我们还要感知气压差别，并且在飞机的惯性反应前来中和这种气压差别。” 比如说，如果飞机遭遇平面阵风气流的袭击，系统就会通过飞机竖鳍计算气压差别，然后移动方向舵来抵消阵风。所有这些都发生在飞机的惯性反应之前，这就是工程师们私下里称之为“阵风抑制”系统的原因。 这种预测飞机惯性反映的能力就是波音公司的努力与以前成就的区别。这也可能是降低伴随着穿越湍气流飞行出现的晕机病症的关键所在。 专家们说，航空工业这些年来一直处于在商务飞机上实现这种理想的领先位置。“对于一架大型飞机来说，在迎角变化和随之产生的上升之间总会有一个时间差，”弗吉尼亚理工大学航空工程学教授Rakesh Kapania说。“运用正确的数学原理和物理学原理，来利用这个时间差是绝对有可能的。” 应对晕机现象 波音公司说，他们一直在以公司的名义和世界各地的大学合作，一起研究人类身体对飞行状况的反应。这些研究详细说明了高空、湿度、气压、声音、光线和空间对乘客的影响，并且工程师据此得出如下结论，颠簸飞行的真正罪魁祸首是飞机穿越湍气流时反复的上下波动。 “开车行驶在一条砖块铺成的颠簸道路上，你是不会晕车的，”Sinnett说。“但是，当你开车行驶在一条有一系列上下坡的道路上时，并且每个坡之间的间隔大约是10秒钟，这时候你就会开始感到恶心。” 同样，波音公司也正在针对垂直阵风现象进行设计，这种阵风能够引起飞机以行驶在连续上下坡道路上的汽车出现的频段做出反应。工程师们说，他们一直在精力集中研究较长期的阵风事件（一般延续一到五秒钟），因为就是它们能够引起乘客晕机。 既然这样，阵风抑制电子系统就没有必要一定要让飞机在瞬间作出反应。“飞机具有很大的惯性质量，”Sinnett说。“即使阵风来去很快，飞机出现惯性反映也需要一个断续的时间量。如果把计算速度与飞机这样庞大质量的惯性反应时间进行比较，那就象是把时钟时间与地址时代进行比较。” 波音的工程师们说，软件（出于竞争原因，他们不会讨论这个问题）是识别每种状况和做出恰当反应的关键。通过对传感资料和飞机外部气压差别的智能检测，梦幻飞机的软件算法能够使遥控电子系统在飞机开始颠簸、晃动或者偏航前抑制阵风。 “每秒钟我们可以计算很多，很多，很多次，”Sinnett说。“在飞机惯性反应前，我们有足够的时间结束程序循环并且向操纵面发送指令。这样就可以防止乘客出现晕机症状。” 梦想飞机将采用更大舷窗、更高的客舱气压、更高的空气湿度 复合材料将使飞行更舒适 虽然在787梦幻飞机推出时，占据中心舞台的会是波音公司的更平稳飞行技术，但是，波音的工程师们也为飞机增加了其他舒适性设计。该公司一直在与世界各地的大学合作研究人体是如何对飞行状况做出反应的，他们也会在梦幻飞机上融入以下特点： 模仿更低高度。与模仿8000英尺高度气压的传统飞机客舱不同，787客舱将模仿6000英尺的高度。通过与俄克拉荷马州立大学对高空反应的合作研究，波音工程师们得出的结论是，在6000英尺的模拟高度上乘客的感觉会有很大的改善。这样做就意味着更大的客舱增压，反过来又会对飞机的外壳带来更大的机械应力。但是，采用高级复合材料就可以让787的机身在不出现过度疲劳的情况下承受更大的压力。 湿度和空气净化。在梦幻飞机上，波音公司将会加大湿度，增加气体过滤技术，从而减少飞机干燥空气的影响。通过与丹麦理工大学合作，波音公司发现，湿度并不是造成飞行后干燥综合症（比如眼睛和喉咙疼痛，头疼）的唯一因素。通过采用所谓“气体过滤技术”，787飞机将能够过滤掉高效微粒空气过滤器不能过滤掉的气体分子。最低限度：与干燥相关的综合症将被减少50%。 更大的舷窗。研究表明，乘客需要更大的飞机舷窗。但是，从结构上来讲，更大的机身挖减在过去一直是个难题。通过更大量地使用高级复合材料代替铝材，波音工程们得以能够在787上开出比当今任何其他商务飞机更大的窗户。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/4/2007)