由美國洛馬公司臭鼬工廠研制的X-56A無人機(jī)將在未來幾個(gè)月進(jìn)行飛行測(cè)試，這個(gè)項(xiàng)目是為了解決柔性機(jī)翼顫振問題而設(shè)立的，旨在開發(fā)未來更輕、展弦比更大的機(jī)翼而做好準(zhǔn)備。

顫振是空氣動(dòng)力學(xué)家字典里最可怕的單詞，但是目前一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)做好準(zhǔn)備進(jìn)行專為解決顫振問題設(shè)計(jì)的柔性機(jī)翼的飛行測(cè)試。如果飛行測(cè)試取得成功，那么它的價(jià)值是巨大的。從航空發(fā)展的早年，設(shè)計(jì)師們采用增加結(jié)構(gòu)裕度的方法來避免顫振發(fā)生。雖然這種方法使得機(jī)體變得更加堅(jiān)硬，并且能夠避免慣性力同氣動(dòng)力發(fā)生耦合產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的毀壞，但它也勢(shì)必限制了布局效率的發(fā)揮。

X-56A被授予“多用途技術(shù)測(cè)試平臺(tái)（MUTT）的稱號(hào)，它代表了一種未來的飛行器：采用細(xì)長、柔性機(jī)翼的飛行器，而這在目前看來是不可思議的。

雖然尺寸相對(duì)較小，并且沒有縮放到真實(shí)的高空長航時(shí)無人機(jī)或者更大的遠(yuǎn)程運(yùn)輸機(jī)的大小，但是X-56A仍然能夠展示相同的氣彈現(xiàn)象。盡管以目前的水平，這樣一個(gè)柔性機(jī)翼飛行器幾乎在它的首飛中勢(shì)必會(huì)發(fā)生事故，但是研究人員還是開發(fā)了一些工具和方法來幫助它安全飛行。

X-56A的控制系統(tǒng)不僅能夠預(yù)測(cè)和感知顫振發(fā)生的起點(diǎn)，也能夠主動(dòng)地偏轉(zhuǎn)舵面抑制顫振的發(fā)展。X-56A相比于有人駕駛的X系列驗(yàn)證機(jī)是更加經(jīng)濟(jì)的，它采用遠(yuǎn)程遙控飛行，因?yàn)轭澱駵y(cè)試是非常危險(xiǎn)的，尤其是對(duì)于這樣的柔性機(jī)翼。因此，高風(fēng)險(xiǎn)的演示驗(yàn)證選擇在加州愛德華茲空軍基地廣袤的干湖床上空進(jìn)行。非常恰當(dāng)?shù)氖牵琗-56A被存放在同樣是解決尖端飛行研究的美國第一架噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)貝爾P-59曾經(jīng)停放的隔離的北機(jī)庫中。1942年，P-59曾在這里進(jìn)行過秘密的飛行測(cè)試。

由于機(jī)體很可能在試驗(yàn)中損壞，因此X-56A一開始就被設(shè)計(jì)為可拆卸機(jī)翼和機(jī)身。這個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)是由洛馬公司、美國空軍研究試驗(yàn)室和NASA共同開發(fā)的，在洛馬公司完成飛行測(cè)試后該機(jī)將會(huì)移交給NASA。X-56A無人機(jī)系統(tǒng)共包括2個(gè)機(jī)身、一套剛性機(jī)翼、3套柔性機(jī)翼，整個(gè)系統(tǒng)還包括輕便的地面控制站，它具有模擬和系統(tǒng)集成試驗(yàn)室能力。

X-56A驗(yàn)證機(jī)重約218千克，在機(jī)身尾部上方安裝了兩臺(tái)36千克推力的JetCat P400噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)前的機(jī)身里各安裝了一個(gè)油箱，油箱兩側(cè)安裝了類似西銳SR22通用飛機(jī)采用的整機(jī)降落傘。降落傘和油箱被封裝在中心翼盒結(jié)構(gòu)中，該翼盒由前后梁和機(jī)身側(cè)面對(duì)接結(jié)構(gòu)組成。前梁前方的前機(jī)身包括一個(gè)航電設(shè)備艙，并支持機(jī)頭安裝的大氣數(shù)據(jù)探針。

每副機(jī)翼都有翼梢小翼、4個(gè)升降副翼，中心體后部還有襟翼。作動(dòng)器安裝在臨近每個(gè)舵面的干燥的艙內(nèi)，機(jī)翼內(nèi)的其它空間安裝有水壓載艙，用于穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。三個(gè)外翼水壓載艙每個(gè)可裝水12磅（5.4千克），最大的位于翼根的水壓載艙可裝水61磅（27.7千克）。

X-56A的3個(gè)柔性機(jī)翼被設(shè)計(jì)為完全一樣的，但是所采用的樹脂并不像最初設(shè)想的那樣柔軟。機(jī)翼被設(shè)計(jì)成兩層玻璃纖維結(jié)構(gòu)，兩層的方向?yàn)?/90度。NASA固定翼項(xiàng)目副經(jīng)理Gary Martin說，“這樣做的目的是為了使機(jī)翼在扭轉(zhuǎn)方面足夠柔性，以使得在飛行包線范圍內(nèi)發(fā)生彎扭耦合模式的顫振。”但是對(duì)于0/90度鋪層方向，樹脂基的力學(xué)特性對(duì)于玻璃纖維層合板來說起決定性作用。因此，現(xiàn)在預(yù)計(jì)機(jī)翼彎扭耦合模式的顫振將在飛行包線之外發(fā)生。NASA阿姆斯特朗飛行測(cè)試中心X-56A項(xiàng)目總工程師John Bosworth表示，“這是因?yàn)闃渲任覀冊(cè)认胂蟮囊病?rdquo;

　　其機(jī)身被橫向切為兩段，在機(jī)身尾部中心線上安裝有可裝載第三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或者垂尾的連接點(diǎn)。這是為了方便NASA對(duì)X-56A的布局修改而做的準(zhǔn)備，后面可以安裝垂尾和平尾或者安裝小型、更大掠角的機(jī)翼和支柱變成連接翼布局以進(jìn)行更多的測(cè)試。在2013年7月26日至9月20日之間，洛馬共進(jìn)行了8次剛性機(jī)翼的試飛，完成了氣動(dòng)性能、控制系統(tǒng)、飛行性能和操縱品質(zhì)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)指導(dǎo)了未來柔性機(jī)翼控制律的開發(fā)，同時(shí)也幫助改進(jìn)柔性機(jī)翼的定義模型。洛馬公司高級(jí)技術(shù)人員、X-56項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)理Edward Burnett說：“只有進(jìn)行X-56A的飛行測(cè)試才能真正測(cè)試非定常氣動(dòng)力。”

Bosworth表示，“真正的關(guān)鍵是建立正確的模型。”從洛馬公司的飛機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型開始，研究人員開發(fā)了一個(gè)非線性N自由度模型來預(yù)測(cè)X-56A的復(fù)雜的氣動(dòng)伺服彈性，最終開發(fā)了采用線性的、降階的N自由度模型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)來避免顫振。Burnett說：“借助于X-56A項(xiàng)目的推動(dòng)，控制系統(tǒng)得到了一定的發(fā)展。但是這樣的方式并不直接，控制系統(tǒng)發(fā)展的速度并不快。”

Burnett稱：“NASA已經(jīng)接近他們的時(shí)間表，所以我們決定當(dāng)我們將工程資源投入到第二架X-56A上時(shí)，我們應(yīng)該讓控制律和顫振工程師持續(xù)考慮這些問題。”第一架X-56A被稱為Fido，目前已經(jīng)安裝上柔性機(jī)翼，第二架備份X-56A，原本計(jì)劃作為意外發(fā)生時(shí)的備份，但現(xiàn)在已經(jīng)安裝上剛性機(jī)翼，正在進(jìn)行交付NASA前的檢查。

Burnett說：“NASA目前正在模擬器上測(cè)試他們的控制律并熟悉這一系統(tǒng)。洛馬給NASA提供了精確的數(shù)據(jù)，所以NASA清楚地了解他們需要關(guān)注什么。”據(jù)Burnett表示，洛馬還給NASA提供了剛性機(jī)翼的控制律。但是Burnett強(qiáng)調(diào)：“洛馬提供的只是作為一個(gè)目標(biāo)模型，并沒有完全揭示其中的細(xì)節(jié)。”因此，NASA和洛馬各自開發(fā)的控制律可以進(jìn)行對(duì)比。（王元元）