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日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA)为多轴飞行器研制低噪声的八字形螺旋桨

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日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA)为多轴飞行器研制的八字形螺旋桨( Looprop),号称能大幅降低飞行噪音,并抑制螺旋桨叶片的变形。

2021年7月28日,新开发的无人机静音螺旋桨(Looprop)的首次飞行演示在静冈县御殿场市的空间信息技术试验场举行。 Looprop 是一种新产品,旨在实现无人机即使在人类生活区域内也能“安静”和“安全”飞行的社会,领先于旨在通过使用小型飞机的配送网络等多旋翼机提高运输能力的研究这些天。它是一个螺旋桨。
这一次,我们采访了下一代航空创新中心的开发者岛秀史和实际运营 Looprop 的日本 DMC Co., Ltd. 的 Mikiichi Oguri。


Loopprop 是一种独特的八字形螺旋桨。请告诉我们您关注这个形状的原因。

Shima:一开始我们想以某种方式使飞机螺旋桨的声音更安静,以便在不久的将来扩大无人机的使用。正在研究提高螺旋桨安静度的方法,其中一些是已知的。一种是使安装角度不等,例如在四个叶片的情况下,螺旋桨角度不是每90度等距,而是70度和110度。这会分散高频泛音。另一种是将螺旋桨扭成螺旋状,一般换气扇的风扇和船舶的螺杆都有这种形状。然而,目前大多数飞机和多旋翼螺旋桨不是弯曲的,而是直的。这是因为机翼以如此高的速度旋转,以至于它们在结构上不能被弯曲的螺旋桨支撑,所以我们必须把它弄直。 Looprop 成功地拥有了一种机械结构,其中螺旋桨在旋转过程中不太可能产生应力,并且通过将其制成八字形,即使在高速旋转时也不太可能发生变形。这种机制有一条长链的两端,与悬挂时产生的悬链线相同,Looprop 通过离心力而不是重力保持其形状。同时,它还具有非等距螺旋桨的作用。

―请告诉我们Looprop的具体效果。

利用悬链线的原理,它只通过平衡张力来平衡离心力,不产生弯曲或剪切。形状由常微分方程的数值解确定。

Shima:首先是“沉默效应”。通过弯曲翼型,螺旋桨产生的压力波动变得平缓,通过抑制脉冲的产生来降低声压,同时降低高频侧的噪音,缓解高音。 Looprop 与传统螺旋桨相比,静音度提高了3至5分贝,声能比约为1/3至1/2。
另一个是“变形抑制效果”。螺旋桨旋转时,前翼会因空气动力向下扭曲,而后翼会向上扭曲,无法发挥原来的性能。因此,我们设计了一种结构,通过连接向上扭曲的前翼和向下扭曲的后翼的尖端来消除变形。这抑制了旋转翼的变形。此外,当螺旋桨高速旋转时,会发生离心力引起的弯曲和剪切力引起的叶片变形,但 Looprop 将悬浮线原理应用于离心力,使环的张力与离心力平衡。我在设计。
此外,螺旋桨制造所用材料的自由度也有所提高。在这个演示实验中,使用了由“3D 打印机”制成的尼龙,但我们认为,如果保持拉伸强度以承受旋转的离心力,也可以使用柔软的乙烯基材料。普通的螺旋桨很硬,尖端很锋利,就像一把旋转的刀,有发生严重接触事故的风险。然而,我预计它也可以有助于安全性,因为数字 8 形状和材料的自由度导致锐度降低。这也可以降低螺旋桨的磨损率。今后,我想从材料和安全的角度尝试各种验证。

―在现场使用 Looprop 可能带来哪些好处?

小栗:我们也有机会在现场训练无人机,而且在很多情况下,我们会在附近居住的第三方附近飞行。我觉得如果螺旋桨声音很大,包括这些一般人,你会感到害怕,所以我觉得提高安静度对这样的人是有好处的。此外,我们相信静音技术将继续在多旋翼飞机中发挥积极作用,例如物流和飞行汽车。另一方面,我们认为“安静”和“安全”是让人们更加熟悉生活的重要关键词。从这一点来看,Looprop 也有很大的吸引力,作为对机动的回应,我意识到它是一个原型螺旋桨,它非常稳定。我希望看到未来将与 JAXA 一起发展的移动世界。

Shima:正在积极研究多旋翼运输,例如使用小型飞机的配送网络,并有望在未来进一步发展。不过,虽然 Looprop 提升了静音性,但我们也认识到,它仍然处于安静环境下飞行仍然困难的阶段。比如喷气式飞机出来的时候,噪音很大,30年来降低了大约30分贝。同样,多旋翼飞行器需要降低约 20 到 30 dB 才能飞得更靠近人。我们希望让 Looprop 成为类似于这个先例的技术进步的第一步。

左:Japan DMC Co., Ltd. 首席执行官 Mikiichi Oguri 先生
右:JAXA 航空技术部下一代航空创新中心特别任命的官员 Hideshi Shima

首次飞行演示的状态



更换状态

Looprop(左)和普通螺旋桨(右)

首飞演示

飞行状态

视频:

本地

图片、视频及新闻来源:aero.jaxa.jp

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