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民机总体气动技术2019年发展综述
王妙香
2019年，民用航空总体气动技术发展势头良好，在电动飞机、新型气动布局、机体减阻、降噪、超声速低声爆技术、建模仿真技术、气动测量技术等多个方面稳步推进，部分领域取得了丰硕的成果。
电动飞机
1．以色列初创公司Eviation推出全电支线飞机
2019年1月，以色列初创公司Eviation首次报道其首款“爱丽丝”（Alice）全电动支线飞机。它是一款由三个电动机驱动推进螺旋桨的9座全复合材料飞机，一个螺旋桨安装在飞机尾部，另外两个安装在机翼翼尖，可提高推进效率。该机最大起飞重量6350千克，机身内安装有3800千克电池，可提供900千瓦时的能量，电池重量占飞机总重60%。飞机航程540海里（1000千米），巡航速度240节（444千米/时）。三个电动机总输出功率为800千瓦（1070马力）。安柏瑞德航空大学将为该项目提供试飞和飞行测试支持，加快认证进度。
2.罗罗公司致力于打造全球最快的全电动飞机
2019年1月，罗罗公司宣布要打造全球最快的全电动飞机ACCEL（加速飞行电气化），实现300英里/时 （480千米/时）的最高时速。罗罗认为在ACCEL上得到验证的技术可以商业化，用于培训以及进行城市空中交通的电动垂直起降飞机。
3．空客公司推出混合电推进支线客机概念
2019年7月，在英国皇家国际航空展览会上，空客推出了“猛禽”混合电推进支线客机概念设计，旨在使用其在混合电推进技术、主动控制技术、先进复合材料结构等领域的相关研究，推动航空业的发展。该飞机概念采用涡桨混合电推进系统，在构型设计上受到鸟类高效飞行动力学启发，其机翼和尾翼模仿了猛禽的生理结构。特别是其机翼和尾翼结构上具有可独立控制的羽毛机构，能够提供主动飞行控制能力。空客表示，这种支线飞机最多可搭载80名乘客，航程可达1500千米，耗油量比目前同类飞机低30%至50%。
新型气动布局研究持续推进
1.波音公司推出全新的跨声速桁架支撑机翼布局
2019年1月,波音发布了跨声速桁架支撑翼（TTBW）概念布局的改进型。该设计比以前的TTBW概念飞行高度更高、飞行速度更快，旨在提供飞行速度为0.80马赫数时具有前所未有的气动效率。该布局采用折叠翼设计，翼展从端到端长为51.8米，大翼展通过桁架的支撑得以实现。最初的TTBW设计飞行速度为0.70~0.75马赫数。为了增加飞机的巡航速度，新的概念设计现在具有优化的桁架和增加的机翼后掠角。通过调整机翼后掠角度，桁架可以更有效承载升力。最终结果是获得了显著改善飞行器性能的综合设计。
2．荷兰KLM公司联合代尔夫特理工大学研究翼身融合布局客机
2019年6月，荷兰KLM航空公司与代尔夫特理工大学在合作研究Flying-V的全新布局客机概念。Flying-V的命名因其不同寻常的V型布局而来。与传统飞机不同，该机的客舱、货舱及其燃油舱位于机翼里，属于翼身融合布局。Flying-V首次飞行将使用煤油发动机，而后将使用电动涡轮发动机，从而更为经济和环保。Flying-V与A350座级和货物运载能力相当，但可节省20%的费用；翼展与A350相同，不需要对机场和跑道进行重建。KLM计划Flying-V商业运营将在2040~2050年之后。
3．DLR开展分布式电推进布局研发
2019年12月，德国宇航局（DLR）展出了19座分布式电推进飞机概念图。该电动飞机沿机翼展向分布多个小型螺旋桨，机翼展向更长、弦向更窄、垂直安定面更小。DLR将这种构型用于分布式电推进的支线飞机，包括、翼尖推进的支线飞机和沿机翼前缘分布式推进支线飞机，与目前同级飞机相比，这种飞机将使燃油消耗降低30％以上。
4．DLR持续推进边界层抽吸布局研发
2019年12月，DLR展示了一种尾部带有电推进装置的中程飞机，机翼下方的发动机产生推力，同时还向飞机尾部的风扇提供电力，尾部风扇对飞机进行附面层抽吸，从而提高飞机的气动效率。与NASA设计的方案不同，DLR选择了“鸭式”布局，水平安定面位于飞机前部的“鸭翼”之上，垂直安定面位于翼尖。
多项气动技术研究取得进展
1．TsAGI研究解决飞机跨声速抖振的新方法
2019年7月，俄罗斯茹科夫斯基中央气动和流体力学研究院（TsAGI）正在探索新的飞机扰流控制方法，以对抗消除跨音速飞行时产生的负面现象。经过五年的研究，TsAGI组织了一系列试验研究主动抑制波阻的方法，包括从开缝喷口吹出切向压缩空气射流到机翼的上表面。同时TsAGI还进行了借助专门的扰流装置采用被动方法影响跨声速扰流。跨声速巡航飞行扰流控制技术可显著提升气动性能，将成为未来飞行器概念的基础。
2. BAE系统公司试验创新的吹气飞行控制技术
2019年5月，英国BAE系统公司的麦格玛（MAGMA）无人机（UAV）使用更简单的“吹气”方案取代了传统操纵控制面，展示了创造更轻、更可靠、运行成本更低的飞机的可行方式。该机是航空史上首次在飞行中使用超声速吹气操纵飞机，而无需复杂的可调飞行控制面。该无人机由曼彻斯特大学与BAE合作设计和开发，同月已成功试验了两种“无襟翼”技术。
3. DLR进行新型主动控制柔性机翼地面振动测试
2019年7月，DLR对两套主动控制柔性机翼设计方案进行地面振动测试。第一套方案是由慕尼黑工业大学设计，由玻璃纤维增强复合材料制成的颤振试验机翼模型。相应的飞行控制系统共有两种，一种由DLR奥伯芬霍夫系统动力学控制研究所研发和设计，另一种由匈牙利科学院计算机科学与控制研究所研发；第二套设计方案由DLR哥廷根气动弹性研究所与代尔夫特理工大学联合研发，这种机翼也是由玻璃纤维增强复合材料制成，其特性既能使机翼重量减轻20%，又可与标准机翼同样坚固，还能避免飞行中载荷过大。
4.空客研究“半气动弹性铰链”机翼概念
2019年7月，空客研发的“信天翁”1号“半气动弹性铰链”机翼概念有助于减少阻力，并对抗湍流的影响。“信天翁”1号是空客下属英国菲尔顿由信天翁获取灵感而开发。这是一种采用“半气动弹性”铰接翼尖的缩比遥控验证机，是第一种能在空中飞行时进行自由振动翼尖，这部分铰接翼尖占机翼长度的三分之一。“信天翁”1号的下一步是开展包含两种飞行模式的进一步飞行试验，即实现翼尖在飞行过程中解锁以及开展过渡过程的试验。
美欧开展超声速民机关键技术研发
1．博姆和达索合作开发超声速客机
2019年5月，博姆超声速公司通过使用达索公司的3D EXPERIENCE平台，开始加速飞行速度达到马赫数2.2的“序曲”民用客机的设计和研制。3D EXPERIENCE平台可针对小型原始设备制造商和初创公司的产品创新，在单一、安全且基于标准的环境中提供对数字式设计和仿真应用的可扩展访问。借助这个平台，博姆的工程师、项目经理和首席试飞员可以实时协作，使首个原型机的研制时间缩短一半并提高产品质量，从而减小进入市场的障碍。
2．洛马公司提出40座级超声速客机概念
2019年6月，洛马公司公布了1.8马赫飞机概念方案。这款飞机最多能搭载40名乘客穿越太平洋。该机基于洛马为NASA开发的X-59超声速低声爆验证机技术，同时利用了10年来的多项研究成果。洛马公司相信，该方案可实现跨越太平洋航线的经济性，同时克服声爆和机场起降噪音的问题。从外形上看，该概念方案采用大后掠角、三角翼、细长机身布局，机长68.58米，翼展22.25米，航程5200海里，起飞场长2896~3200米，声爆强度80PLdB。为了满足需求，洛·马采用了四个关键的使能技术；声爆塑形设计；集成低噪声推进系统；后掠翼超声速自然层流；用于从驾驶舱观察外部环境的外部视景系统（XVS0）。
3.欧洲StratoFly项目准备8马赫飞机的风洞试验
2019年7月，欧洲“高速推进概念的平流层飞行应用”（StratoFly）项目正在为风洞试验做准备。其是在欧洲“地平线2020”计划资助下启动的高超声速民机技术验证项目，远景目标是在2035年前将300座级高超声速客机的技术成熟度等级提高到6级。StratoFly于2018年6月启动，重点聚焦推进系统集成、热结构、热管理等技术开展研究。此外，该项目也要研究燃油效率、噪声、排放、寿命周期成本、安全性、适航取证等顶层问题。