打破“飛行魔咒”！南航科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造世界紀(jì)錄

交匯點(diǎn)訊 想象一下，一架像“飛翼”一樣的先進(jìn)飛行器，正在藍(lán)天自由翱翔，卻因突如其來(lái)的“振動(dòng)”而在空中解體。這就是新一代飛翼布局飛行器面臨的核心難題——?jiǎng)?彈耦合顫振。近日，由北京理工大學(xué)胡海巖院士、南京航空航天大學(xué)黃銳教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)成功打破了這一“飛行魔咒”。該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限內(nèi)的剛-彈耦合顫振屏障突破，將安全飛行速度提高62.5%，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的世界記錄。

飛翼布局飛行器是新一代戰(zhàn)略轟炸機(jī)、高空無(wú)人偵察機(jī)首選的氣動(dòng)布局，但它有個(gè)天生的“軟肋”——機(jī)體俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、機(jī)翼彎曲頻率低，導(dǎo)致其剛體短周期俯仰模態(tài)與機(jī)翼低階彈性模態(tài)在氣流作用下相互耦合，誘發(fā)剛-彈耦合顫振。以往為了避免發(fā)生顫振，只好降低飛行器速度和飛行任務(wù)難度。因此，突破“顫振屏障”成為世界航空科技的“硬骨頭”。

團(tuán)隊(duì)在飛翼布局飛行器的剛-彈耦合顫振抑制技術(shù)研究方面取得突破性進(jìn)展，飛行試驗(yàn)結(jié)果驚艷全場(chǎng)：成功實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限內(nèi)的剛-彈耦合顫振屏障突破，將安全飛行速度提高 62.5%，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的世界記錄。

可能有人會(huì)問(wèn)，這一技術(shù)到底厲害在哪?簡(jiǎn)單說(shuō)，它就像給飛行器裝了個(gè)“智能防顫系統(tǒng)”，而且還特別“省事兒”——不用改動(dòng)飛行器原本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不用額外增加重量和剛度，全靠飛行器自身的傳感系統(tǒng)“站崗放哨”。傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整氣動(dòng)力的分布，相當(dāng)于給飛行器增加了“隱形的支撐力和緩沖力”，從根源上抑制住顫振的發(fā)生。

團(tuán)隊(duì)用整整十個(gè)春秋，在剛-彈耦合顫振抑制技術(shù)的攻堅(jiān)之路上步履不停。寒來(lái)暑往，從未停歇——每年寒暑假，黃銳總會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生們?cè)囼?yàn)現(xiàn)場(chǎng)，一遍遍重復(fù)枯燥卻關(guān)鍵的試驗(yàn)流程。

夏天的機(jī)場(chǎng)跑道，被烈日烤得滾燙灼腳，踩上去都能感受到熱浪裹挾的焦灼;冬天的試驗(yàn)場(chǎng)上，寒風(fēng)如刀割般凜冽，吹得人睜不開(kāi)眼、站不穩(wěn)腳。就是在這樣極端艱苦的環(huán)境里，團(tuán)隊(duì)頂著寒風(fēng)與酷暑，默默扛下了一場(chǎng)場(chǎng)“硬仗”。試驗(yàn)的難度遠(yuǎn)超想象，風(fēng)險(xiǎn)更是如影隨形。十年間，團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷一次次失敗，最終堅(jiān)持到成功時(shí)刻。

讓人動(dòng)容的是，面對(duì)一次次失敗，團(tuán)隊(duì)師生沒(méi)有任何抱怨退縮。飛機(jī)不慎摔進(jìn)水塘，學(xué)生們二話不說(shuō)挽起褲腳，蹚著冰冷的泥水就去打撈;設(shè)備出了故障，大家連夜排查、反復(fù)調(diào)試，常常累得趴在試驗(yàn)臺(tái)上就睡著了。這份吃苦耐勞、團(tuán)結(jié)一心的韌勁，成了他們熬過(guò)“十年冷板凳”的精神支撐。

厚積薄發(fā)之下，團(tuán)隊(duì)終于迎來(lái)了夢(mèng)寐以求的突破，創(chuàng)下兩項(xiàng)震撼行業(yè)的“開(kāi)創(chuàng)性成就”：

——理論層面的重大革新。團(tuán)隊(duì)跳出傳統(tǒng)思維，提出僅含四個(gè)自由度的剛-彈耦合動(dòng)力學(xué)模型，清晰探明了飛行力學(xué)中的短周期模態(tài)、沉浮模態(tài)與結(jié)構(gòu)彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)之間的耦合機(jī)理，更精準(zhǔn)揭示了敏感參數(shù)對(duì)顫振特性的影響規(guī)律，徹底摸清了剛-彈耦合顫振的“脾氣”。面對(duì)國(guó)內(nèi)缺乏專用建模軟件、國(guó)外技術(shù)封鎖禁售的“卡脖子”困境，他們另辟蹊徑，決定走自主研制之路，創(chuàng)新融合飛行力學(xué)與氣動(dòng)彈性的建模方法，成功研發(fā)出我國(guó)第一套擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的剛-彈耦合飛行力學(xué)建模軟件，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。

——技術(shù)層面的關(guān)鍵突破。團(tuán)隊(duì)攻克了超臨界飛行條件下的一系列核心技術(shù)難題，自主研制出展弦比超過(guò)10的柔性飛翼布局無(wú)人機(jī)。隨后，他們頂著極高風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展飛行試驗(yàn)，最終成功將剛-彈耦合顫振臨界速度提升62.5%，在世界上首次突破結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限內(nèi)的剛-彈耦合顫振屏障，為我國(guó)航空科技發(fā)展寫(xiě)下了濃墨重彩的一筆。

相關(guān)研究成果以“Breaking Through Flutter Barrier of Rigid-Elastic Coupling Aircraft” 為 題 發(fā) 表 于 力 學(xué) 領(lǐng) 域 頂 刊 《 ASME Applied Mechanics Reviews》(影響因子：16.1)。論文第一作者為南航航空學(xué)院博士生鄒奇彤，通訊作者為南京航空航天大學(xué)黃銳教授和北京理工大學(xué)胡海巖院士，航空航天結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一完成單位。

該研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金 A 類項(xiàng)目資助，這是近20年來(lái)我國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域?qū)W者在該期刊發(fā)表的唯一論文。

新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 楊頻萍