在特定运行条件下,直升机旋翼往往是主要噪音源。为降低噪音及伴随的振动,德国航空航天中心(DLR)联合空客德国公司,在SKAT(技术可扩展性与风险最小化)研究项目中,对现代五叶片旋翼进行了主动控制风洞测试,最终实现噪音降低约30%。
与固定翼飞机相比,直升机具备悬停和垂直起降的独特优势,但其主旋翼在提供升力和推力的同时,也引发了诸多气动弹性与气动声学问题,如高振动和巨大噪音。振动影响乘客舒适度及部件寿命,而旋翼噪音在居民区进近时尤为关键。主动旋翼控制成为解决这一难题的有效途径。
风洞测试成果显著。DLR研究人员利用多盘倾斜器系统,成功降低了五叶片旋翼在进近过程中的振动与噪音。通过单叶片控制,地面进近噪音降低达3分贝,相当于噪音总量减少约30%。在时速超过270公里的高速飞行中,主旋翼所需功率(即燃油消耗指标)减少超过5%。得益于新型自适应控制系统,飞行中产生的令人不适的振动减少了80%以上,直升机飞行即将变得更安静、更舒适。
DLR的专利技术是此次突破的关键。在德荷风洞(DNW)的大型低速设施中,研究人员使用了DLR研发并拥有专利的META多盘倾斜器系统。该系统能在每圈旋转中多次调整叶片攻角,从而主动干预噪音与振动产生。SKAT项目经理Philip Küfmann指出,META由两个组合倾斜器构成,可实现单叶片独立控制。然而,五叶片旋翼的叶片在两个倾斜器间非对称分布,增加了系统动态控制的难度。因此,DLR团队不仅开发了新硬件(如五叶片旋翼头及适配倾斜器),还专门研发了新的控制算法。
测试期间,研究团队采用了最先进的测量技术。除了监测主旋翼功率需求和旋翼头振动外,还利用由150多个独立麦克风组成的声场,精确定位了旋翼区域内的噪音源(如叶尖涡撞击后续叶片)。通过可移动麦克风系统测量旋翼下方的地面噪音辐射,并评估为“噪音足迹”。此外,多达8台高速摄像机记录了附着在单个叶片上的标记,以分析叶片的运动与变形情况。
该项目由德国联邦经济与能源部(BMWi)航空研究计划资助。对于中国直升机行业而言,随着城市低空经济活动的日益频繁,噪音控制已成为制约直升机普及的关键瓶颈。德国此次在五叶片旋翼主动控制上的突破,证明通过算法与硬件的协同创新,可显著提升飞行品质,这为中国企业研发下一代静音直升机提供了宝贵的技术路径参考。
