美国X-56A无人机准备进行柔性机翼飞行测试

　　由美国洛马公司臭鼬工厂研制的X-56A无人机将在未来几个月进行飞行测试，这个项目是为了解决柔性机翼颤振问题而设立的，旨在开发未来更轻、展弦比更大的机翼而做好准备。

颤振是空气动力学家字典里最可怕的单词，但是目前一个工程师团队已经做好准备进行专为解决颤振问题设计的柔性机翼的飞行测试。如果飞行测试取得成功，那么它的价值是巨大的。从航空发展的早年，设计师们采用增加结构裕度的方法来避免颤振发生。虽然这种方法使得机体变得更加坚硬，并且能够避免惯性力同气动力发生耦合产生结构的毁坏，但它也势必限制了布局效率的发挥。

X-56A被授予“多用途技术测试平台（MUTT）的称号，它代表了一种未来的飞行器：采用细长、柔性机翼的飞行器，而这在目前看来是不可思议的。

虽然尺寸相对较小，并且没有缩放到真实的高空长航时无人机或者更大的远程运输机的大小，但是X-56A仍然能够展示相同的气弹现象。尽管以目前的水平，这样一个柔性机翼飞行器几乎在它的首飞中势必会发生事故，但是研究人员还是开发了一些工具和方法来帮助它安全飞行。

X-56A的控制系统不仅能够预测和感知颤振发生的起点，也能够主动地偏转舵面抑制颤振的发展。X-56A相比于有人驾驶的X系列验证机是更加经济的，它采用远程遥控飞行，因为颤振测试是非常危险的，尤其是对于这样的柔性机翼。因此，高风险的演示验证选择在加州爱德华兹空军基地广袤的干湖床上空进行。非常恰当的是，X-56A被存放在同样是解决尖端飞行研究的美国第一架喷气式战斗机贝尔P-59曾经停放的隔离的北机库中。1942年，P-59曾在这里进行过秘密的飞行测试。

由于机体很可能在试验中损坏，因此X-56A一开始就被设计为可拆卸机翼和机身。这个无人机系统是由洛马公司、美国空军研究试验室和NASA共同开发的，在洛马公司完成飞行测试后该机将会移交给NASA。X-56A无人机系统共包括2个机身、一套刚性机翼、3套柔性机翼，整个系统还包括轻便的地面控制站，它具有模拟和系统集成试验室能力。

X-56A验证机重约218千克，在机身尾部上方安装了两台36千克推力的JetCat P400喷气式发动机，每个发动机前的机身里各安装了一个油箱，油箱两侧安装了类似西锐SR22通用飞机采用的整机降落伞。降落伞和油箱被封装在中心翼盒结构中，该翼盒由前后梁和机身侧面对接结构组成。前梁前方的前机身包括一个航电设备舱，并支持机头安装的大气数据探针。

每副机翼都有翼梢小翼、4个升降副翼，中心体后部还有襟翼。作动器安装在临近每个舵面的干燥的舱内，机翼内的其它空间安装有水压载舱，用于稳定性调节。三个外翼水压载舱每个可装水12磅（5.4千克），最大的位于翼根的水压载舱可装水61磅（27.7千克）。

X-56A的3个柔性机翼被设计为完全一样的，但是所采用的树脂并不像最初设想的那样柔软。机翼被设计成两层玻璃纤维结构，两层的方向为0/90度。NASA固定翼项目副经理Gary Martin说，“这样做的目的是为了使机翼在扭转方面足够柔性，以使得在飞行包线范围内发生弯扭耦合模式的颤振。”但是对于0/90度铺层方向，树脂基的力学特性对于玻璃纤维层合板来说起决定性作用。因此，现在预计机翼弯扭耦合模式的颤振将在飞行包线之外发生。NASA阿姆斯特朗飞行测试中心X-56A项目总工程师John Bosworth表示，“这是因为树脂比我们原先想象的要硬。”

　　其机身被横向切为两段，在机身尾部中心线上安装有可装载第三台发动机或者垂尾的连接点。这是为了方便NASA对X-56A的布局修改而做的准备，后面可以安装垂尾和平尾或者安装小型、更大掠角的机翼和支柱变成连接翼布局以进行更多的测试。在2013年7月26日至9月20日之间，洛马共进行了8次刚性机翼的试飞，完成了气动性能、控制系统、飞行性能和操纵品质测试。测试数据指导了未来柔性机翼控制律的开发，同时也帮助改进柔性机翼的定义模型。洛马公司高级技术人员、X-56项目技术经理Edward Burnett说：“只有进行X-56A的飞行测试才能真正测试非定常气动力。”

Bosworth表示，“真正的关键是建立正确的模型。”从洛马公司的飞机结构有限元模型开始，研究人员开发了一个非线性N自由度模型来预测X-56A的复杂的气动伺服弹性，最终开发了采用线性的、降阶的N自由度模型的自适应控制系统来避免颤振。Burnett说：“借助于X-56A项目的推动，控制系统得到了一定的发展。但是这样的方式并不直接，控制系统发展的速度并不快。”

Burnett称：“NASA已经接近他们的时间表，所以我们决定当我们将工程资源投入到第二架X-56A上时，我们应该让控制律和颤振工程师持续考虑这些问题。”第一架X-56A被称为Fido，目前已经安装上柔性机翼，第二架备份X-56A，原本计划作为意外发生时的备份，但现在已经安装上刚性机翼，正在进行交付NASA前的检查。

Burnett说：“NASA目前正在模拟器上测试他们的控制律并熟悉这一系统。洛马给NASA提供了精确的数据，所以NASA清楚地了解他们需要关注什么。”据Burnett表示，洛马还给NASA提供了刚性机翼的控制律。但是Burnett强调：“洛马提供的只是作为一个目标模型，并没有完全揭示其中的细节。”因此，NASA和洛马各自开发的控制律可以进行对比。（王元元）