出品/星动无极
江西省旋翼飞行器制造业创新中心研发的四叶叠桨低振动eVTOL升力旋翼,在航空工业直升机所8×6米低速风洞完成试验。对比两叶共轴旋翼,平均减振幅度超过80%。这项结果由江西日报在11月4日报道。
试验针对的是eVTOL的共性难题。多数eVTOL采用分布式电推进加刚性旋翼,结构简单、零件少,但在前飞、倾转过渡这类斜流状态下,刚性旋翼缺少运动卸载能力,动载荷会顺着桨毂传到机体,诱发结构疲劳与机体振动。振动一大,乘坐舒适性、机体寿命、平台可靠性一起下降,适航审定里的结构完整性验证也更难通过。
两叶共轴是当前不少机型的折中方案,结构紧凑、悬停效率不错,但桨叶数量少,载荷波动集中,斜流状态下更明显。四叶叠桨的思路是把载荷分散到更多桨叶上,同时让桨叶在前飞时收拢减阻,在需要时展开提供升力。这套机构要解决的是「动」与「静」的矛盾:飞行中要能可靠锁定,状态切换时要能顺滑过渡。
风洞试验记录的具体工况是30米/秒前飞,叠桨机构完成了自动折叠与展开的全流程,通过了典型环境下的运动功能验证。30米/秒约合108公里每小时,接近这类飞行器的巡航速度区间。能在这一速度下完成机构动作,说明折叠展开的时序控制与气动载荷匹配基本跑通。
创新中心给出的适配范围包括半倾转与复合翼构型。这两类构型的升力旋翼工作状态差异很大:半倾转在过渡段要同时承担升力与部分推力,复合翼的升力旋翼则在巡航时基本停转。同一套叠桨机构要覆盖两种工况,意味着控制律要按构型重新标定,不能一套参数通用。
减振超过80%是平均值,工程上更关心的是峰值与频段分布。结构疲劳由循环载荷的幅值与次数共同决定,振动往高频走、幅值降下来,对复材结构的寿命有利;但如果能量转移到机体其他部位,可能引出新的共振点。这部分数据要等整机地面共振试验才能确认,风洞只解决了旋翼本身。
这项技术的产业价值落在可靠性上。eVTOL要进入常态化运营,机体必须在上千小时飞行后仍保持结构完整,维护间隔要拉长到运营方能够承受的水平。振动降下来,螺栓连接件、桨毂轴承、机体复材的检修频次都会跟着降,单小时运营成本才有下降空间。这比任何一次场景演示都更接近商业化的真实门槛。
适航审定对振动的处理方式是限定值加试验验证。旋翼系统的动载荷要落在机体结构能承受的包线内,载人机型还要额外考核乘坐品质,振动水平直接影响舒适性评价。过去国内载人eVTOL的旋翼方案多沿用直升机或大型无人机的成熟构型,专门为eVTOL斜流工况重新设计的旋翼不多,这也是四叶叠桨受到关注的原因。
结构疲劳是更长期的问题。复材机体对循环载荷的敏感度高,局部应力集中处容易产生分层与裂纹,检测靠敲击、超声与视觉检查,费时费力。振动幅值下降,疲劳损伤的累积速度放慢,检修周期可以放宽,这对高周转的运营场景意义很大。
江西的航空产业基础集中在景德镇与南昌,直升机所、洪都、昌飞构成完整的设计与制造体系,风洞、试验台、试飞条件齐备。把旋翼这类通用部件放在省内做,可以就近使用这些设施,缩短从设计到试验的循环。这种「公共技术平台加整机厂采购」的分工,比每家整机厂自研旋翼更经济。
旋翼是eVTOL成本结构中少数还有下降空间的部件。电池成本由化学体系决定,电机效率接近材料极限,复材机身的工艺已经成熟,旋翼的气动与结构设计仍有优化余地。低振动、低噪声、高效率三个目标互相牵制,谁能找到更好的平衡点,谁就能在整机厂的采购清单上占住位置。
江西把这项技术放在制造业创新中心做,而不是某一家整机厂内部,说明它被当作公共技术供给。省内没有头部eVTOL整机企业,但有直升机所的试验设施与航空制造配套,把旋翼这类通用部件做成可外供的产品,比直接下场造整机更符合本地产业基础。
这条技术路线的推广难点在接口标准。旋翼与机体之间的机械接口、电气接口、控制接口如果没有统一规范,每家整机厂都要重新设计桨毂与传动结构,供应商的规模效应就出不来。国内eVTOL的接口标准仍在制定中,谁能把自己的方案写进标准,谁就能拿到最大的份额。
创新中心称该技术已具备大面积推广应用条件。从风洞到装机之间还隔着地面共振、铁鸟试验、适航符合性验证几道关,任何一道出问题都要回到设计。四叶叠桨能不能成为这一代eVTOL的标配构型,取决于接下来两年有多少机型愿意为它改总体方案。

