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風(fēng)洞中的協(xié)同博弈:低空裝備的氣動-結(jié)構(gòu)-控制一體化密碼
更新時間:2025-12-15   點擊次數(shù):46次

“李工,氣動測試數(shù)據(jù)出來了,翼型升阻比達(dá)標(biāo),但剛才結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測顯示,機(jī)翼根部在12m/s側(cè)風(fēng)時應(yīng)力超過設(shè)計閾值30%!"風(fēng)洞測試工程師王工的聲音剛落,研發(fā)負(fù)責(zé)人李工就快步走到控制臺,一邊翻看氣動數(shù)據(jù)曲線,一邊示意結(jié)構(gòu)工程師張工過來:“張工,你看這組數(shù)據(jù)——氣動上要加大機(jī)翼展弦比提升效率,結(jié)構(gòu)上卻扛不住應(yīng)力,這矛盾怎么解?"

低空裝備研發(fā)中,氣動性能追求“高效升力"、結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)調(diào)“輕量化剛性"、飛控系統(tǒng)要求“穩(wěn)定響應(yīng)",三者看似獨立卻深度耦合。而風(fēng)洞,正是打通這三者壁壘的“協(xié)同實驗室",專業(yè)人員的每一次博弈與磨合,都在為裝備找到三者平衡的最you解。

氣動與結(jié)構(gòu):風(fēng)洞中的“效率與剛性"對話

李工指著風(fēng)洞觀測窗內(nèi)的eVTOL機(jī)翼模型,對王工和張工說:“這款用于短途通勤的eVTOL,續(xù)航要求至少150公里,氣動上必須把升阻比從3.2提升到4.0,最直接的辦法就是加大展弦比。但剛才測試顯示,展弦比從8增至10后,機(jī)翼顫振頻率從15Hz降到8Hz,離安全閾值10Hz還差2個量級。"

王工調(diào)出粒子圖像測速圖,紅色顫振區(qū)域在機(jī)翼中段格外明顯:“問題出在氣動彈性耦合——氣流流過機(jī)翼時產(chǎn)生的升力會讓機(jī)翼變形,變形又反過來改變氣流分布,形成惡性循環(huán)。我們可以在風(fēng)洞上加一套‘氣動-結(jié)構(gòu)同步測試系統(tǒng)’,實時采集氣動載荷和結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)。"

張工蹲在模型旁,用卡尺測量機(jī)翼厚度:“我有個方案,把機(jī)翼主梁換成碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu),重量增加5%,但抗彎強(qiáng)度能提升40%。咱們現(xiàn)在就改模型,半小時后再測一次。"

半小時后,改裝后的模型再次進(jìn)入風(fēng)洞?!帮L(fēng)速12m/s,側(cè)風(fēng)模擬開啟……升阻比3.9,接近目標(biāo)!結(jié)構(gòu)應(yīng)力下降35%,顫振頻率11Hz,達(dá)標(biāo)了!"王工的報數(shù)聲讓三人同時松了口氣。李工在筆記本上畫了個三角:“氣動提效率、結(jié)構(gòu)保剛性、風(fēng)洞做橋梁,這才是解決問題的關(guān)鍵。"

結(jié)構(gòu)與控制:風(fēng)洞中的“剛性與響應(yīng)"磨合

氣動與結(jié)構(gòu)的矛盾剛解決,飛控系統(tǒng)又出了新問題?!帮L(fēng)洞模擬亂流場景時,飛控姿態(tài)調(diào)整幅度超過結(jié)構(gòu)耐受極限,機(jī)翼出現(xiàn)輕微塑性變形!"飛控工程師趙工拿著數(shù)據(jù)報告闖進(jìn)實驗室,屏幕上飛控指令曲線與結(jié)構(gòu)應(yīng)力曲線形成刺眼的交叉。

李工讓王工重新啟動風(fēng)洞的“動態(tài)亂流+飛控聯(lián)動測試"模式:“把飛控系統(tǒng)接入風(fēng)洞控制系統(tǒng),實時反饋姿態(tài)數(shù)據(jù),看看問題到底出在哪。"測試開始后,屏幕顯示當(dāng)亂流導(dǎo)致機(jī)身橫滾角達(dá)到5°時,飛控瞬間發(fā)出“旋翼轉(zhuǎn)速提升25%"的指令,機(jī)翼根部應(yīng)力瞬間突破閾值。

“飛控響應(yīng)太激進(jìn)了!"趙工恍然大悟,“之前按高空裝備的控制邏輯調(diào)的參數(shù),追求快速穩(wěn)定,但低空裝備結(jié)構(gòu)輕量化,扛不住這么大的瞬時載荷。"張工補(bǔ)充道:“我們結(jié)構(gòu)能承受的最da瞬時應(yīng)力對應(yīng)15%的轉(zhuǎn)速提升,飛控得把調(diào)整幅度控制在這個范圍內(nèi)。"

三人圍著控制臺調(diào)試參數(shù):王工控制風(fēng)洞亂流強(qiáng)度,趙工修改飛控PID參數(shù),張工實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力?!鞍驯壤禂?shù)從2.0降到1.2,積分時間從0.5秒增至0.8秒!"李工提出建議。再次測試時,飛控調(diào)整幅度穩(wěn)定在15%以內(nèi),結(jié)構(gòu)應(yīng)力未超標(biāo),機(jī)身橫滾角最終穩(wěn)定在±3°。

趙工擦了擦額頭的汗:“以前飛控只看姿態(tài)穩(wěn)定,根本沒考慮結(jié)構(gòu)耐受度,風(fēng)洞把三者綁在一起測試,才發(fā)現(xiàn)這種隱性矛盾。"

一體化測試:風(fēng)洞成為“協(xié)同中樞"的實踐

這場“氣動-結(jié)構(gòu)-控制"的協(xié)同博弈,讓團(tuán)隊意識到傳統(tǒng)“分段測試"的弊端。王工牽頭升級了風(fēng)洞測試系統(tǒng),打造出“一體化協(xié)同測試平臺"——氣動數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)、飛控指令數(shù)據(jù)實時同步至同一終端,還能通過數(shù)字孿生模型直觀呈現(xiàn)三者交互過程。

在某農(nóng)業(yè)無人機(jī)研發(fā)中,這個平臺發(fā)揮了關(guān)鍵作用?!俺跗跍y試發(fā)現(xiàn),植保噴灑時槳葉下洗氣流會讓藥液漂移,我們想加大槳葉傾角提升下壓氣流,結(jié)果結(jié)構(gòu)應(yīng)力超標(biāo),飛控也出現(xiàn)震蕩。"研發(fā)工程師小陳回憶道。

王工啟動一體化平臺,李工、張工、趙工同時盯著屏幕:“氣動上,把槳葉傾角從18°調(diào)至15°,配合導(dǎo)流板增強(qiáng)下壓氣流;結(jié)構(gòu)上,槳葉根部增加加強(qiáng)筋,重量增加3%;飛控上,把姿態(tài)控制帶寬從10Hz降至8Hz,避免共振。"三人同時給出優(yōu)化方案,平臺實時模擬效果——藥液漂移率從25%降至8%,結(jié)構(gòu)應(yīng)力和飛控穩(wěn)定性全部達(dá)標(biāo)。

“以前解決這種問題,氣動、結(jié)構(gòu)、控制團(tuán)隊得開三天會,反復(fù)測試十幾次。現(xiàn)在一體化平臺上半小時就能敲定方案,測試一次過。"李工在項目總結(jié)會上說,該無人機(jī)研發(fā)周期較之前縮短50%,量產(chǎn)合格率提升至99%。

未來協(xié)同:風(fēng)洞與AI的“智能匹配"

深夜的實驗室,王工和AI算法工程師小劉正在調(diào)試“一體化智能匹配系統(tǒng)"?!艾F(xiàn)在是我們?nèi)斯f(xié)調(diào)三者參數(shù),未來能不能讓AI自動找到最you解?"王工問。小劉點開系統(tǒng)界面,輸入“eVTOL續(xù)航180公里+結(jié)構(gòu)重量≤800kg+亂流穩(wěn)定性±2°"的需求,點擊計算。

30秒后,系統(tǒng)輸出一組數(shù)據(jù):“翼型NACA2412,展弦比9.5;結(jié)構(gòu)采用碳纖維-鋁合金復(fù)合梁;飛控PID參數(shù)比例1.3、積分0.7、微分0.2。"王工立刻安排模型制作,風(fēng)洞測試后數(shù)據(jù)顯示:續(xù)航182公里,結(jié)構(gòu)重量795kg,亂流穩(wěn)定性±1.8°,完q達(dá)標(biāo)。

“AI模型學(xué)習(xí)了5萬組一體化測試數(shù)據(jù),能在氣動效率、結(jié)構(gòu)重量、控制穩(wěn)定性三個維度做多目標(biāo)優(yōu)化。"小劉解釋道,“以后研發(fā)團(tuán)隊只要輸入需求,系統(tǒng)就能直接輸出方案,風(fēng)洞只需要做最終驗證。"

李工帶著新的重型物流eVTOL需求過來,看到測試結(jié)果后興奮不已:“這款裝備要求載重8噸,之前預(yù)估研發(fā)要1年,用這個系統(tǒng)是不是能壓縮到3個月?"王工點頭:“不僅能壓縮時間,AI還能預(yù)判潛在風(fēng)險,比如剛才方案里已經(jīng)提前規(guī)避了高速飛行時的氣動彈性顫振問題。"

結(jié)語:風(fēng)洞協(xié)同,撐起低空裝備的“平衡之翼"

低空裝備的“飛天"之路,從來不是單一技術(shù)的勝利,而是氣動、結(jié)構(gòu)、控制的協(xié)同共贏。風(fēng)洞實驗室里的每一次對話、每一組數(shù)據(jù)博弈、每一輪協(xié)同測試,都在破解三者之間的矛盾,找到“高效、輕質(zhì)、穩(wěn)定"的平衡點。

從“分段測試"到“一體化協(xié)同",從“人工調(diào)試"到“AI智能匹配",風(fēng)洞正從單純的“氣動測試工具"進(jìn)化為低空裝備研發(fā)的“協(xié)同中樞"。在風(fēng)洞的協(xié)同賦能下,低空裝備將更高效、更安全、更可靠地馳騁于低空域,為物流、通勤、農(nóng)業(yè)等千行百業(yè)注入更強(qiáng)動力。

關(guān)于我們

由Delta德爾塔儀器聯(lián)合電子科技大學(xué)(深圳)高等研究院——深思實驗室團(tuán)隊、工信電子五所賽寶低空通航實驗室研發(fā)制造的無人機(jī)抗風(fēng)試驗風(fēng)墻\可移動風(fēng)場模擬裝置\風(fēng)墻裝置,正成為解決無人機(jī)行業(yè)抗風(fēng)性能測試難題的突破性技術(shù)。

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