一個世紀前,螺旋槳驅動飛機的首次亮相開啟了全球航空航天技術的繁榮,這種繁榮一直延續至今。但自從第二次世界大戰期間噴氣式飛機發動機出現以來,螺旋槳動力飛行的研究常常退居其次,讓位於渦輪風扇技術,後者使噴氣式客機飛得更快更遠。然而,速度和航程是有代價的,過去 10 年,不斷上漲的燃料價格和區域航空旅行需求的增長都改變了飛行的經濟性。現在,航空公司再次 寄希望於更小、更高效的渦輪螺旋槳飛機來處理更短的航線,從而推動了新一代螺旋槳驅動飛機技術的發展,這些技術有望在本十年末起飛。
根據加拿大飛機制造商龐巴迪進行的市場調查,渦輪螺旋槳飛機約佔 2013 年交付給航空公司的 20 至 99 座客機的半數——這種均等局面自 1990 年代以來從未出現過。需求上升的原因是,在航程小於約 500 海里的航班中,渦輪螺旋槳飛機比渦輪風扇飛機的燃油效率高得多,渦輪風扇飛機只有在長途爬升到更高的巡航高度後才能最有效地飛行。但是,為了提高效率,傳統的渦輪螺旋槳飛機犧牲了空速,併產生噪音和振動,從而降低了乘客的舒適度。對於在客戶體驗和價格方面都展開競爭的航空公司(並且敏銳地意識到乘客對螺旋槳驅動飛機過時的看法),上個世紀的螺旋槳技術是行不通的。
在為新一代渦輪螺旋槳飛機鋪平道路的企業中,通用電氣航空集團旗下的道蒂螺旋槳公司正在重新探索螺旋槳、發動機艙和飛機機翼之間的相互作用效應。藉助幾年前還無法獲得的計算流體動力學工具,這家總部位於英國格洛斯特的公司工程師不僅在設計具有新的提高效率形狀的葉片,而且還在重新思考整個螺旋槳的佈局。
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“現在可用的計算能力確實發揮了作用,”道蒂公司的喬納森·切斯特尼說,他指出研究人員可以分析單個葉片的資料。“這對我們來說是一個激動人心的時刻,”他評論道。“我們能夠看到更多的細節,就像一位科學家剛剛得到了第一臺顯微鏡一樣。”
道蒂公司的工程師目前正在探索八葉片螺旋槳的兩種新穎的間距方案。一種方案是將葉片不均等地佈置在螺旋槳輪轂的圓周上;另一種方案是軸向交錯葉片,其中四個葉片安裝在輪轂上比其他葉片更靠前的位置。這些間距方案打破並改變了飛行中產生的可聽頻率。道蒂公司正在對志願者進行相應的客艙聲音測試,以瞭解他們更喜歡哪種聲音。
道蒂公司的研究並非在真空中進行。美國國防部想要的下一代直升機和即將到來的無人飛行器中將出現先進的螺旋槳,佐治亞理工學院的航空航天工程師拉克希米·桑卡爾說。因此,研究正在整個行業甚至跨學科領域進行。美國宇航局格倫研究中心和佐治亞理工學院等機構進行的螺旋槳計算流體動力學研究正在為道蒂和總部位於夏洛特的UTC航空航天系統公司等供應商的設計提供支援。
新穎的設計離停機坪不遠了。道蒂公司的切斯特尼說:“我們預計在未來幾年內,一些主要參與者將公開新的飛機設計。”