
XK星空官网 更安全的飞行和更好的燃油经济性:与 JAXA 的合作

尖端航空技术:下一代的遗产
教授。野崎在日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)以及此前在日本国立宇宙航空研究室(JAXA的前身之一)从事尖端航空技术研发工作总计约30年。他对航空技术的发展做出了重大贡献,包括在 20 世纪 80 年代后半叶致力于建立用于喷气发动机内部气流的超级计算机分析的模拟技术。
教授。野崎说:“当时,通过实验进行分析是发动机研究的主流方法,没有人认真对待我们——他们说他们不相信流量计算。但是,我们能够提供与实验结果相符的数据,因此我们逐渐获得了可信度。最终我们能够通过模拟做出几乎准确的预测;在那之前,没有实验是不可能的。”
与此同时,日本喷气发动机制造商对仿真技术产生了兴趣,并积极与野崎教授团队进行合作研究。仿真技术还帮助制造商开发产品,从而带动了日本技术能力的提高。
航空运输增加导致的环境负荷(噪音和废气等因素)的增加令人高度关注,迫切需要开发环保型飞机。在他的研究中,野崎教授还为提高燃油效率做出了重大贡献,特别是通过追求喷气发动机内的高效气流。近年来,我们看到日本开发出了支线喷气机,国内制造商也越来越多;不用说,JAXA 稳步追求基础研究的成果是这些技术进步的基础。
“由于日本的技术能力得到了全世界的认可,我觉得我们为日本在航空领域的国际竞争力的增强做出了贡献。日本发动机制造商正在推广新型航空发动机,以进一步扩大日本在国际联合开发中的份额。”
目前野崎教授正专注于安全环保的下一代航空发动机的开发研究。此外,作为培养能在航空领域发挥积极作用的人才的捷径,他还派学生到他的老家JAXA实习。他说:“我希望看到在 JAXA 积累的经验能够融入到对日本未来负责的学生的教育中。”被派往 JAXA 的学生与那里的研究人员一起参与尖端研究。
揭示喷气发动机结冰的无法解释现象
与 JAXA 合作追求的一个研究目标是了解喷气发动机结冰。结冰是过度冷却的水滴与物体碰撞并在物体表面形成一层冰的现象。结冰不仅发生在飞机机身上,也发生在喷气发动机中,特别是位于燃烧室前面的压缩机和风扇中。当发动机结冰时,气流通道变窄;这会损害空气动力性能,如果冰松动,可能会损坏发动机核心和飞机机身,在最坏的情况下可能会导致发动机停止。由于结冰现象的许多方面尚不清楚,并且定量数据稀缺,野崎教授和他的团队一直致力于阐明这种现象,最初是通过收集结冰数据。
在最近的一项实验中,从安装在冰箱内的喷嘴将液滴喷射到模型上。这使得模型结冰,并使用激光位移计等设备通过非接触方法测量冰量。在测试条件下,例如液滴尺寸、流速和模型形状,已经确定了结冰程度和冰形状的差异。
教授。野崎解释说:“在传统的接触式测量中,例如用尺子测量表面冰层的厚度,存在许多问题,包括形状塌陷和测量时间过长。我们的目标之一是进行实验,开发一种非接触式测量系统来解决这些问题。”
构建非接触式结冰量测量系统并缩短测量时间,可以在更接近实际情况的状态下测量结冰,并测量形状复杂的转子叶片的结冰量。
教授。野崎继续说道:“根据迄今为止的实验结果和分析,我们正在了解冰粘附的机制,以及当我们改变喷气发动机头部风扇的转速时粘附位置发生变化的方式。为了提高测量的准确性,我们将使用涵道风扇进行结冰实验,涵道风扇的形状与飞机发动机中的风扇相似。”
“阐明喷气发动机结冰的机制将有助于开发方便高效的防结冰技术,以及减少结冰的高性能压缩机和风扇的设计。从而提高燃油效率和安全性,让许多人对飞行感到更加舒适。”
开发高效旋翼无人机的旋翼叶片
野崎教授与 JAXA 合作的另一个研究领域是旋翼无人机旋翼叶片的开发。虽然旋翼无人机应用广泛,主要用于高效观测、拍摄和运输等领域,但它们也确实存在一些缺点。它们很难长时间驾驶;而且它们的飞行时间和航程都很短,因为它们的旋翼必须不断旋转,这会消耗大量的能量。此外,目前还没有开发出有效设计无人机旋翼叶片的方法。这是团队当前的任务。
“目前对无人机的空气动力学研究还不够。空气动力学知识对于无人机机翼的设计至关重要。特别是,旋翼无人机通过从旋转机翼的尖端产生涡流来飞行,但当它们悬停在空中时,涡流向下移动并积累,这与螺旋桨飞机不同,螺旋桨飞机在向前移动时涡流会在其后面流动。无人机的旋翼叶片需要设计考虑到涡流现象。”
为此,野崎教授和他的团队正在尝试确定翼尖涡位置的估计公式;该公式对于设计高效转子是必要的。如果这项研究取得成功,将有可能开发出能够长距离、高速度的旋翼无人机,因此无人机也将可用于其他领域。
安全性和可靠性对于航空来说是不可或缺的。研究成果需要很长时间才能投入实际应用。着眼于未来,野崎教授正在与他的学生一起进行基础研究,同时确保他们发展成为对日本航空领域做出巨大贡献的人力资源。