在每一个纬度上都做领导者
贴地飞行
两个当地警察部队的直升机飞行员并肩坐在一起,非常小心地控制着飞机。在他们身后,还有一人监视着任何可能出现危险的迹象。直升机震动着发出轰鸣,三位警员扫视着下方车水马龙的城市,探寻一切危险的迹象。
这其实是一次模拟飞行,模拟对象是法国一德国一西班牙联合参与的欧洲直升机公司所制造的警用直升机AS350(在美国的上市型号为ASTAR)。仿真飞行的设计者是西班牙Indra公司,这家位于马德里的公司,是全球rr技术的领导者,也是世界仿真市场最重要的运营者。
(欧洲直升机公司的西班牙总部在阿尔瓦塞特,最近还庆祝了最先进的运输直升机的首飞——西班牙政府订购的战术运输机NH90 TTH。阿尔瓦赛特的工厂还将继续进行飞行测试,并将在2012年将NH90qn TTH交付西班牙武装部队使用。)
Indra公司的直升机模拟器,堪称世界最具创新性的单引擎直升机模拟,它可在模拟舱内放置3个座位,有10个投影机,视野范围220度,几乎包围了飞行员全身。2010年10月,Indra公司向位于达拉斯的美国欧洲直升机公司运去了第一台该等级的模拟系统,到2010年12月,就已通过美国联邦航空管理局(FFA)的合格检验。模拟器已经得到大量使用,例如用于培训全美各地的警察部门。
“模拟器可用于几种不同类型的培训。”胡安?费利佩(Juan Felip)说,他是Indra公司负责模拟业务的经理。“它已经被用于新手驾驶学习、技巧升级,以及学习应对紧急情况。”
在模拟器中增添的第三个座椅,能让训练不仅只是飞行员参与,还能让有更高执法权限的官员或国土安全部人员也加入进来,费利佩继续说道,这在美国还是第一次。“坐在后座上的枪手在模拟中使用的是带激光定向装置的真枪,模拟器完全再现训练学员将面对的真实场景和条件,而教官可以在训练中评估参与者们的技能和能力。”
除了标准的白天和夜间训练,这还是第一次FAA检验合格的全天候飞行模拟器,其中包括模拟训练飞行员戴夜视镜飞行。新的模拟器吸引了欧洲直升机公司的美国及全球客户。
Indra公司在仿真领域的历史十分悠久,在各类航空航天部门,该公司已向15个国家和地区交付了150台以上的模拟器,而且是为美国海军提供飞行模拟的唯一一家欧洲公司。公司的模拟业务范围包括商用喷气式飞机、军用飞机、360度的空中交通管制中心,以及其他样机。此外,该公司的空中交通管理系统在超过90个国家的机场和空管中心使用,每天都要管理数以百万计的旅客飞行。
过去,飞行模拟器主要用于模拟固定翼飞机,以及更大的重型(也更昂贵的)直升机,但随着仿真技术的成本相对直升机价格的下降,世界上越来越多的国家开始关注事故率比例较高的直升机飞行,对于改进直升机训练工具(包括模拟器)有着不断增长的国际需求。
要模拟直升机的飞行训练,技术要求显示出比模拟喷气式飞机多得多的视觉信息,因为直升机的飞行更加贴近地面。“例如,你不仅要展示建筑物,还要能表现出建筑物内的危险枪手;你可能需要显示不同的机动车、卡车和其他飞机。这些细节的详细程度都要远远高于商业客机的飞行模拟器。”费利佩指出其中的关键。最终呈现的视觉画面还必须匹配一些非可视化的传感器提供的信息,包括大气密度和湿度,避免产生所谓的负向训练,导致飞行员因为数据与实际飞行不一致而出错。
Indra与欧洲直升机公司合作,最近签署了一项协议,推出首个在中国的全天候飞行直升机模拟器。“直升机在中国的使用越来越多。”费利佩说,他预计中国将提供重要的商机。总之,费利佩看到直升机模拟器处处能显出身手,“那些安全主管部门,例如美国联邦航空管理局或欧洲航空安全局,对于直升机的高水平飞行培训都有着迫在眉睫的需求。”轻身飞行
出于提升飞机的燃油经济性的考虑,所有的主要飞机制造商都已经转向使用复合材料代替传统的金属部件。复合材料,尤其是碳纤维增强塑料,是一种用碳纤维细丝与塑料浸渍而成型的材料。这些面料可分层对齐构型,以确保最佳的强度,然后将其熔制成一体,由此生产出既轻巧又坚实的材料。
在使用碳纤维方面,西班牙有着丰富的专业经验。西班牙公司最早获得复合材料的经验,是在为欧洲航天发射服务之时,后来便将航天器上的经验用于了航空。这些公司为所有主要的飞机制造商持续提供专业知识和主要的零部件,服务对象包括波音公司和空中客车公司。“西班牙很早就开始用复合材料制造飞行器零部件了。”拉斐尔?昆塔纳(Rafael Quintana)说,他是工程公司Sener航空业务部门的总经理,“最早只是做较小的零部件,现在則是大的,这就是为什么我们现在会在西班牙为波音和空客生产大型零部件,……,这来自于我们研发这项技术的悠久传统。”
空中客车公司,是欧洲航空防务及航天公司(EADS)旗下的一家跨国企业,它是由西班牙的CASA、德国的戴姆勒一克莱斯勒航空公司、法国宇航共同成立。空中客车公司是将复合材料运用在飞机上的先驱,事实上,该公司的下一代A350型(远距离宽体飞机)的50%以上(按重量计)都是由复合材料制成。
通过其设立在西班牙、法国、德国的制造和研究机构,空中客车公司在提高复合材料的制造速度和检测零件无缺陷两个方向都一直在进行研发,这是因为复合材料部件的问题往往不是那么直观明显。空中客车公司在西班牙的工厂已经集中研发新技术,组装和测试飞机的水平尾翼及其他大型构件。
位于维多利亚的Aerrmova公司則为包括空中客车和波音在内的客户,同时提供传统材料及先进复合材料。Aerrmova的创新与技术总监阿莫多尔?莫托斯(Amador Motos)说,公司会定期在先进材料的应用和复合材料技术研发上进行投资,这也在Aernnova的业务中发挥了越来越大的作用。莫托斯指出,复合材料已经在飞行器的一级和二级机构中使用了数十年,“但他们从来没有被集成应用在商业航空器的主要结构之中”,例如翅膀、机身。因此Aernnova,连同其他先进的公司和分包商,是“采用这些工艺(来制造和证明这些部件的结构完整性)并在更大的关键结构中发展它们”。
增加使用复合材料的挑战,不仅在材料的制造加工技术,也在于验证起制造过程在结构上的可靠性,并检测出任何制造过程中产生的缺陷。与金属不同的是,复合材料往往会在接受撞击后变回它们原来的形状,所以有的损害难以通过观察得出,但实际上非常致命。莫托斯说,Aerrtnova正在向“结构质量监测”这一技术投资,其从根本上建立了一个智能的结构,可以提醒操作者,它所受到的任何损害。该公司的工程师已经开发出一种系统的传感器,基于给定的影响或压力,检测损坏的位置并确定可能发生的损害类型。该系统已通过过测试,现在已进入研发的最后阶段,主要是减少它的大小、重量和能耗。
作为欧盟清洁天空研究项目——这是一个以发达国家最先
进的技术来研发未来飞机的机会——的一个参与者,Aernnova与其他的航空航天公司、大学、研究中心合作,设计了一种新的机翼,这将有助于削减对燃料的消耗。通常,流经机翼的气流会造成震荡,这会增加了扰动(从而增加油耗)。通常,机翼设计师们力求能达到理想的气流状态,也就是在机翼上产生不问断的湍流自由流动。“但它很难保持层流性,”莫托斯解释说,“因为它是一种很难控制的影响参数,如制造或组装所造成的起伏,或机翼形变诱发(气流震荡)。”
清洁天空联合机构正在研发如何在更加精确的公差内制造和组装机翼,制造出好得多的机翼表层,这将会大大有助于减少震荡,并提高燃油效率。
Sener公司在航空和航天领域都有着重大的工程和制造项目,他们已为位于西班牙伊雷斯卡斯,及德国斯塔德的空中客车工厂设计出所用的装配装置。这些装置将采用自动化方式生产机翼中的桁架,一个机翼的结构超过100英尺长。“目前的挑战是设计一个完全自动的机器,”昆塔纳说,“从优质的原料开始,经过切割、定型,然后放置在精确的位置上。”
昆塔纳还指出,确保复合材料零件的安全性,在一个更习惯于使用传统金属的产业中是非常重要的。他强调,“每一个新的变化,都需要在上市推出之前进行大量测试并经过证明。”因此,Sencr公司的研究人员正在对复合材料遭受冲击后的行为进行建模。
Aemnova的莫托斯則解释说,虽然他所在的公司仍然在设计传统金属制造飞机零部件,但该公司的研究重点已全面转向更广泛的先进材料。“我们已经在复合材料上下了注,而且正在定义这个领域的路线和边界。”莫托斯说。正如波音公司和空客的新飞机已经有50%采用了复合材料——按体积算則超过70%,“我们相信(复合材料)将会一直用下去。”
为提高整体燃油效率,增加复合材料在大型结构中的使用只是一个方式。马德里的1TP公司是全球用于飞行器引擎的低压涡轮机的顶级生产商,他们在其设计、制作及维修上进行了大胆创新。最近,该公司设计了一种新的轻量级涡轮机模型,这是一个以空气动力学为基础的全新设计,并使用更轻的材料。这种模型的涡轮机能降低二氧化碳排放量高达15%。与使用复合材料相反,这些新的发动机采用先进的轻金属合金,并能承受高达1600℃的极高温。
Ibefia Mantenimiento公司专门从事飞机维护和检修,西班牙航空公司、英国航空公司、大陆和尼泊尔皇家航空公司都是其客户,它也是通过通用电气公司和罗尔斯罗伊斯公司认证,有资格修复其发动机的公司。Iberia Mantenirniento正在制定新的方案,用于检测受腐蚀的金属结构件,这个方案中包括传感器,可以在导致腐蚀之前就检测到水的存在,还可用于发现复合材料的损伤。最近,该公司为一架空中客车的飞机进行了完整大修,将一架民用飞机改造成了军用加油机,完全改造了其内部结构,并增加了额外的传感器和控制装置。“我们在短短16个月就完成了这个项目,我相信这是世界纪录。”扫罗?马丁(SaulMartin)说,他是Iberia Mantenimiento公司特别项目经理。
太空望远镜
科学家希望在天空中部署大型望远镜,以进一步探测宇宙的性质,蒂亚戈罗德里格斯(Diego Rodriguez)解释说,他是Sener的空间部门的主任,但望远镜受到承载其的卫星大小的限制。理想的望远镜需要一个足够长且固定的结构,他指出,“发射的时候空间有限,用传统技术你只能选择能折叠后再打开的结构来做望远镜。”
一个解决办法是编组发射,用两颗卫星一齐升空,并行工作,其中一个作为主体,例如望远镜的镜头,另外一个則用于安放探测器。
这种技术已经在航空领域得到了实际应用。例如在这样一个系统中,飞机可以与其他飞机保持一定距离进行飞行,而且能精确维持这种距离。应用在卫星上,則是发射两颗卫星,其中一颗内置非常准确的计量系统,以监察与第二颗卫星的距离,精确度在10毫米以内,确保第一颗卫星上的镜头和另一颗卫星上的探测器完美地对齐。“在第二颗卫星上,装有微型推进器,提供非常低,但非常精确的力量,以调整卫星的位置,保持对齐。”罗德里格斯补充说。
虽然此前的航天器已经应用了类似技术,来保持彼此的相对位置,但从没有一个能将精度提高到能用于组装太空望远镜之上。
开发一套成熟的编组飞行技术,是普罗巴-3号的目标,这是欧洲空间局(ESA)的一个研究项目,也是第一次由一家西班牙公司牵头执行的欧空局任务。Sener公司将以GMV公司和西班牙航空制造公司(EADS CASA Espacio)为主要合作伙伴,GMV是一家总部设在马德里的科技企业,后者同样也在马德里。(核心团队还有两个其他成员分别是比利时的QinetiQ公司公司和Spacebel公司。)SENER的重点将放在控制系统,持续监测卫星,以保持适当的距离。GMV則是航天导航和控制的顶尖公司,它将负责设计和实施编组飞行系统,其中包括飞船及地面上的系统。西班牙航空制造公司則是西班牙在火箭发射、跟踪天线和卫星领域的领导者,它将负责建造两颗卫星之中的一个,并在其中加入新的装置,如高度灵敏的推进器。
以极度精确的相对位置进行编组飞行的两颗小卫星将组合成非常强大的望远镜、x射线传感器或无线电频率传感器,探索各种有关宇宙起源的信息。据西班牙航空制造公司的政府事务主任贡萨洛?加利佩安所(Gonzalo Galipienso)所言,另一个类似的,也是由欧空局纳入到普罗巴-3号任务中的项目,是研究太阳的日冕。对于这样的研究,在月亮挡住太阳造成日蚀之时,其中一颗卫星必须以同样的方式挡住太阳,它必须使用一种工具,以遮蔽太阳的星体,让第二颗卫星的仪器能够记录日蚀的影像。
西班牙航空制造公司最近在为一颗欧空局的研究卫星研发仪器,用于SMOS(土壤湿度和海洋盐度)项目收集数据。该公司还开发了两颗地球观测卫星:Ingenio和PAZ。GMV在航天领域的工作,使其成为全球商业电信运营的地面控制中心的顶级供应商,也是导航和控制系统的领先供应商。
“编组飞行是一项极具挑战性的技术,”GMV航空航天公司的总经理豪尔赫伯蒂(Jorge Potti)说,“这将让我们实现目前无法完成的精彩绝伦的新使命。”