人类追逐飞行梦想已有百余年。其间,飞机的活动区域多为平流层或开阔区域,流场较为简单。随着低空经济时代的到来,距地面1000米以下的对流层,正成为未来交通和产业变革的关键战场。
前不久,全球首个低空三维多物理场耦合引导风洞(以下简称“引导风洞”)在广东省深圳市龙华区落地投用。实验室内,81台高功率风机轰鸣,一架四旋翼无人机颠簸在模拟8级突风中,载荷传感器监测的数据跃动在屏幕上……该装置由电子科技大学(深圳)高等研究院深思实验室研发,被称为低空飞行器的“极限考场”。
中国航空学会发布的《2024年度航空领域重大科技问题、重大科技进展》提出,低空飞行器复杂环境效应是工程技术难题之一。
“民航飞机飞行在万米高空平流层,风向相对单一,对流层风向瞬息万变,强对流天气频发,是1000米以下低空飞行的重大挑战。”深思实验室主任杨军介绍,物流配送、应急救援、未来的城市交通等场景,恰恰需要在这一高度运行。
航空界有一句老话,“无风洞,不飞行。”早在1901年,莱特兄弟便建造了用于飞行测试的风洞,但如今全球1000多座风洞中,鲜有能够模拟低空真实复杂环境的设施。要想测试低空飞行器复杂风场下的抗风性能和飞行性能,需要等大风天“追”着风跑。
为此,深思实验室研发了全球首个低空风洞,通过人工控制,就能高精度复现城市峡谷风场、热岛效应、风切变、下击暴流等城市典型风场及极端气象,为飞行器安全边界划定提供科学支撑。
引导风洞分为内外舱两部分,外舱直径18米、内舱直径10米,可支持翼展4米的航空器在垂直起降、巡航、悬停等姿态下的气动特性、飞控性能以及安全性能等研究。该风洞采用“风机矩阵”设计,由3组不同方向的风机矩阵和底部的1组绕流风机组成,风速最高可达60米每秒,响应时间缩短至2秒内,不仅能控温控湿,还能实现雨、雪、冰雹等城市低空环境全要素模拟,为飞行安全提供测试保障。自投用以来,引导风洞已为多家低空企业提供小微型飞行器研发测试服务。
通过“自定义航班”,用200至300公里的时速实现半小时内百公里精准抵达;人们出行不再是下楼,而是从楼顶起飞……未来,真正意义上的“点对点”通勤不再是梦想。
“低空经济拼的不是单点技术,而是产业链协同。”杨军表示,在城市低空飞行这一赛道,全球尚未形成统一标准,要通过原创研究,在低空领域构建自主科研体系和工业体系,努力成为标准的制定者。
目前,深思实验室正计划建设外舱直径65米、内舱直径45米的大型低空复杂环境模拟装置,用于翼展达17米的大中型全尺寸新型低空飞行器及无人机群的研究、验证、测试。这将与已有的引导风洞共同形成低空飞行器研究测试的闭环。