革命性垂直提升技术 (RVLT) 项目技术亮点

新的多旋翼测试台投入运行

过去五年中，多旋翼飞机的受欢迎程度急剧上升，无论是用于小型无人机系统操作，还是作为面向高级空中机动 (AAM) 市场的载有 2 至 4 名乘客的车辆的首选设计。

多旋翼飞机测试和验证数据的缺乏给需要预测多旋翼系统高度复杂的交互流影响的研究人员和车辆设计人员带来了严峻的挑战。

革命性垂直升力技术（RVLT）项目的目标之一是创建一种测试能力，允许对可重构多旋翼系统进行风洞测试；允许测量沿边流和轴向流以及中间转换角的各个转子负载；并有可能允许对多旋翼系统进行声学测试。

RVLT 设计并制造了一种新型多旋翼测试台 (MTB)，能够同时测试至少六个直径达 24 英寸的旋翼。最大单个转子推力约为 30 磅。每个转子都有自己的六轴负载测量系统，可测量高达 75 磅的推力。 MTB 的主要测试环境是位于加利福尼亚州 NASA 艾姆斯研究中心的美国陆军 7 x 10 英尺风洞，以低速进行测试。受控制的自变量包括风速、单个转子倾斜、转子间距（水平和垂直）、整个钻机倾斜和转子速度。

RVLT 已在 7 x 10 英尺风洞中成功测试了 MTB，风速从每秒 0 英尺到 40 英尺，各种转子配置的总转子功率高达 5 千瓦，演示了各个六轴转子负载的运行测量系统，并为多个转子配置生成大量数据集。这提供了一种独特的测试功能，该功能已被开发和证明可以对可重构多旋翼系统性能进行高质量测量。该功能将能够增强 AAM 应用的先进垂直起飞和着陆配置的建模，以供未来测试，并加速此类飞机的开发。

空气动力和声学旋桨测试

AAM 飞行器通常配备推进式螺旋桨，用于任务的巡航部分。然而，探索上游主体对推进螺旋桨噪声、效率和振动的声学影响的声学数据有限。

RVLT 项目与美国陆军作战能力发展司令部、航空和导弹中心合作，获取推进式螺旋桨的高质量声学数据，作为国家全尺寸空气动力学综合体 (NFAC) 空气动力学和声学转子螺旋桨测试 (AART) 计划的一部分) 40 x 80 英尺的风洞。该测试活动旨在验证建模和仿真工具，并增加各种飞行条件和机翼配置（例如无翼、半翼和全翼）的可用声学数据文献。

该风洞中的测试使用放置在 AART 测试台周围的八个麦克风获取声学数据，以提供均匀的方位角分布来验证建模和仿真工具，并在飞越条件下获取对社区影响最大的位置的数据。数据是在一系列飞行条件下获取的，包括偏航扫描、前进比、隧道马赫数、叶尖马赫数和多机翼配置的推力系数。

数据是可重复的，并且具有足够的信噪比，能够区分螺旋桨噪声。这项工作增加了关于推进式螺旋桨噪声和安装效果的有限可用声学数据集，并且这些数据将为未来螺旋桨测试的比较数据提供良好的来源。

新型螺旋桨试验台演示

AAM 飞行器通常配备推进式螺旋桨，用于任务的巡航部分。然而，探索不同螺旋桨的声学效果及其空气动力性能的声学数据有限。 RVLT 项目设计并制造了一个新的螺旋桨测试台 (PTS)，能够评估低速气动声学风洞内以不同转速和流速运行的螺旋桨的空气动力和声学性能。

研究的目的是确定 PTS 空气动力性能测量的准确性；测试受到横滚、俯仰和偏航等入射角影响时的 PTS 能力；将声学测量结果与低保真声学预测进行比较；并确定风洞中 PTS 的潜在噪声污染源。

PTS 在两个螺旋桨的一系列推进比下进行了测试，包括全方位的负载测量能力，并对两英尺直径的螺旋桨进行了声学调查。该测试计划包括在各种飞行条件下收集的性能和声学数据，并允许识别某些条件下推力测量的重复性问题。将声学数据与预测进行比较，并确认了适当的趋势。

这项工作证明了大型 PTS 的运行就绪性和功能性，可用于多个设施中进行 AAM 配置声学和螺旋桨性能测试。

开发出新型垂直提升测试技术

在旋转测试物品周围充满挑战的环境中获取高质量实验数据的需求，推动了对现有实验技术的增强的需求。这些增强功能将能够记录旋转叶片整个表面上的重要数量。

例如，压敏涂料 (PSP) 将量化表面压力分布，红外热成像 (IR) 将沿叶片长度确定过渡位置，高分辨率测量可验证叶片本身的竣工三维几何形状。

RVLT 项目对现有实验技术进行了新颖的改进，解决了垂直升力研究中的一系列独特挑战，并且适合在旋转叶片上测量参数。该方法是采用现有的实验技术并开发、定制和完善它们，以便能够测量垂直升力实验活动中感兴趣的数量。

最近，该项目继续开发新的 PSP 配方，以实现不稳定测量并能够在低氧、低压环境中进行测量。该项目投资了多代叶片去旋转成像系统，以便能够在任何方位角位置对单个叶片进行红外成像，并且图像模糊程度最小。数字扫描技术的进步已经记录了 UH-60 直升机叶片、11 英尺跨音速风洞风扇叶片、XV-15 倾斜旋翼机垂直起降飞机叶片以及整个 XV-15 飞机的 3D 数字几何形状。位于弗吉尼亚州的国家航空航天博物馆史蒂文·F·乌德瓦-哈齐中心。  

实验能力的进步改善了其他研究。用于过渡检测的叶片去旋转成像系统的开发工作使得在弗吉尼亚州 NASA 兰利研究中心的 14 x 22 英尺亚音速风洞中进行向前飞行过渡工作成为可能。该成像系统未来将用于 NFAC 的基准悬停测试。基准悬停测试还将利用红外技术的进步。 PSP 工作还催生了一种碳基加热层配方，可用于转变检测工作。

eVTOL 抗扰和控制响应标准评估

使用旋翼速度调节推力的电动垂直起降 (eVTOL) 配置的推进和飞行控制系统紧密集成，这意味着发动机还充当飞行控制执行器。飞行控制系统可以对发动机施加高度动态和变化的扭矩和功率需求，这产生了对设计所需的干扰抑制和敏捷性的依赖。飞行控制和推进系统的相互作用可以导致操控质量和飞行员工作量与传统直升机系统有很大不同。

RVLT 项目正在对操控质量和飞行控制系统设计标准进行研究，最近在艾姆斯的垂直运动模拟器中进行了飞行员在环仿真，评估了 RVLT 参考四旋翼飞行动力学模型的两个版本。

一种模型使用叶片桨距进行控制，另一种模型使用转子速度进行推力调制。每个都配置了控制律，旨在提供不同水平的干扰抑制和控制响应。测试的目的是评估现有操纵质量对 AAM 任务飞行控制系统设计标准的升沉扰动抑制和控制响应的适用性，并记录代表性飞机运动学，以用于评估晕动病测量实验技术的后续研究。六名试飞员根据基线机动和更高精度的 AAM 定制任务对模型进行了评估。

初始测试活动成功完成了 500 多次数据运行，收集了各种参数的客观和主观操控质量数据，例如抗扰和控制响应带宽设置；两种不同级别的增强；用于悬停、垂直机动和横向重新定位机动；以及模拟湍流和静风条件。该模拟展示了 AAM 车辆配置的正常进近和着陆操作期间飞机操纵质量和飞行员工作量之间的联系，该配置将用于建立一组基线飞行控制系统设计标准，并指导未来 AAM 车辆的分析和实验飞行控制系统设计。