航空業製造商仍熱衷於開展飛翼或翼身融合技術研究

看航空 發佈 2020-05-22T05:15:36+00:00

中國航空報訊:當前,航空業界一些主要的製造企業或重要的研究機構仍熱衷於開展飛翼或翼身融合技術研究,存在或出現了一些新的項目,翼身融合技術在向公務航空、電動垂直起降等客運方向發展,但總體上仍處於概念機研發階段。

波音公司X-48翼身融合無人試驗機。

中國航空報訊:當前,航空業界一些主要的製造企業或重要的研究機構仍熱衷於開展飛翼或翼身融合技術研究,存在或出現了一些新的項目,翼身融合技術在向公務航空、電動垂直起降等客運方向發展,但總體上仍處於概念機研發階段。例如,2020年2月11日,英國《飛行國際》報導空客正在研究翼身融合布局的客機設計,並已對其縮比模型進行了測試。在美國空軍繼續對未來十年及以後的先進空中機動和加油機概念感興趣的情況下,波音公司仍在繼續深化翼身融合體布局研究。NASA則在研究更靜音的翼身融合客機布局。英國Samad Aerospacegs公司在2018年歐洲公務航空展(EBACE)上推出了一種名為Starling Jet的新型電動和混合動力垂直起降公務機,其採用了翼身融合技術。2018年5月8日,Pipistrel公司推出一種採用了翼身融合技術的電動垂直起降(eVTOL)飛機概念。

儘管翼身融合技術研究比較火熱,但翼身融合的結構設計一直是一個困擾該技術廣泛發展應用的難題,其距未來廣泛的實際應用還有很長的路要走。2016年,國際清潔運輸委員會(ICCT)專家技術組按照三類飛機(包括噴氣支線、單通道幹線和小型雙通道幹線飛機)識別出了一組未來15年的飛機節油技術,但並未包括翼身融合、桁架支撐等新概念布局飛機,因為對這些飛機的成本和性能建模還存在較大的不確定性。以下是這些項目的一些詳細信息。

空客公司翼身融合客機研究

空客公司開發計劃「用於驗證和試驗魯棒創新控制的飛機模型」,簡稱MAVERIC,二氧化碳排放量減少20%以上。2019年6月,該機的縮比驗證機在法國中部進行了首次飛行。 空客公司還改善了此類飛機所需的先進電傳操縱技術。2020年中期之前,將繼續使用遙控模型進行飛行測試。 參與測試的縮比驗證機長2米,寬3.2米,表面積約2.25平方米。

空客公司翼身融合客機研究。

Pipistrel公司翼身融合體垂直起降飛機概念圖。

Starling Jet翼身融合公務機

2018年2月,Starling Jet在新加坡航展上首次亮相。該機配備一台渦輪發電機,驅動5颱風扇推進器,航程為2408千米,單價預計為1200萬美元。配裝的電動機由Warwick製造集團和諾丁漢大學合作開發。 計劃利用18個月實現1/2縮比可選有人駕駛原型機的首飛。全尺寸原型機的首飛計劃在2021年進行,EASA的取證工作將在2023年前完成。計劃在2024年之前交付首架10座的混合動力Starling Jet,以及7座的e-Starling。

Pipistrel公司翼身融合體垂直起降飛機

2018年5月8日在洛杉磯推出概念圖。該機採用翼身融合體設計和專用推進系統用於巡航和垂直起降,沒有任何產生垂直升力的可見旋翼。 該產品系列可搭載2~6名乘客。

波音公司BWB布局研究

2016年8月27日,波音公司開始在NASA蘭利研究中心的風洞中進行短距起降翼身融合體(BWB)布局測試。該模型為6%縮比、3.96米翼展BWB布局。2017年,波音在加州亨廷頓海灘的試驗設施中對BWB布局進行了一系列的水洞和其他測試。試驗結果顯示,位於尾部上下對稱的蛤殼式倉門開啟後,尾部流場足夠穩定,可以滿足空投傘兵和貨物的要求。2018年3月,波音持續優化BWB布局研究。波音最新的BWB概念顯示出重要的變化,一是機身尾部集成了蛤殼式貨艙門;二是對高升力裝置進行了改進。這兩個變化都是波音推動該布局在軍事領域應用所做的努力。蛤殼式艙門在上表面後部還集成了升降副翼,波音將該設計申請了專利。升降副翼在此處的作用一是主要進行俯仰控制實現短距起降;二是當蛤殼式艙門打開後進行載荷限制。

NASA更靜音翼身融合客機布局研究

2015年結束的NASA環境負責任航空(ERA)項目表明,BWB是截至目前發現的最安靜布局。ERA項目瞄準的是中期(2025)環保目標(相比FAA36部第4階段累積噪聲裕度42EPNdB),因此301座級的BWB布局稍稍未達標,但相比同等尺寸的先進管狀機身加機翼布局噪聲水平低22.1dB。NASA已經識別出一些額外技術,預計2035年應用後可實現累積噪聲裕度50.9EPNdB;同時,相比波音777大小的飛機,可將暴露在85dB以上噪聲等級地區的面積縮小94.4%。2017年6月,NASA在丹佛舉行的AIAA航空年會上公布了瞄準2035年(遠期)降噪目標(相比FAA36部第4階段累積噪聲裕度52EPNdB)的技術研究部分成果。一些技術涉及齒輪傳動渦扇發動機,包括拓展到進氣道唇口的聲襯,更短、更輕、阻力更小的短艙;聲襯還用到了核心噴管上以吸收燃燒室低頻噪聲;將外涵氣流分成兩股的分流器進行了加厚,後部管道和分流器也進行了重新設計以改變風扇噪聲的指向、增加屏蔽效果。BWB布局噪聲降低的主要貢獻來自於機身對風扇和噴流噪聲的屏蔽。2017年,NASA售出三份合同,要求開展BWB布局(波音牽頭)、桁架支撐翼布局(波音牽頭)和D8雙氣泡布局(極光飛行科學公司牽頭,極光公司已被波音收購)作為超高效亞聲速技術X驗證機(計劃2020年後首飛)的風險降低研究。

洛馬翼身融合布局運輸機研究

洛馬公司2014年首次公開翼身融合布局概念。2016年2月,洛馬完成了在喬治亞州瑪麗埃塔的低速風洞進行的翼身融合運輸機4%縮比模型的全模試驗。此前在2015年8月,洛馬已經在NASA蘭利中心的國家跨聲速風洞(NTF)中進行了同樣比例的半模試驗。兩次風洞試驗的結果驗證了其CFD工具對非常規布局性能預測的精準度。2017年2月,洛馬完成帶動力低速風洞試驗和分析,驗證了翼身融合布局是執行多種空運任務運輸機的理想構型。 洛馬的翼身融合布局在前機身採用翼身融合設計,後機身採用傳統尾翼設計,兼顧了高氣動和結構效率,同時還可以執行傳統的空運/空投任務。此外,該設計布局採用了在機身上方尾部安裝超高涵道比渦扇發動機,大展弦比機翼,輕質結構等,使得這種布局的運輸機能夠勝任C-5運輸機當前可以運輸的所有大尺寸貨物,同時油耗相比C-17還低70%。 洛馬研究表明,除了C-17等大型軍用運輸機外,HWB布局也可以成為C-130的替代機。但洛馬更加傾向於採用全新研製的HWB布局驗證機,而不是在其它現有飛機上修改。2017年,在美國海軍MQ-25A「黃貂魚」無人空中加油機項目競標中,洛馬公司曾表示將採用翼身融合及尾翼一體化布局方案參與新一輪競標。

加拿大升力機身布局未來支線飛機研究

升力機身布局結合了BWB和管狀機身加機翼布局的特點。加拿大研究人員發現,大型民用飛機(例如目前的寬體飛機)採用翼身融合等非傳統布局具有更高的氣動和結構效率,而對於支線飛機等小型飛機來說可能需要尋找其它更好的構型。加拿大多倫多大學航空宇航學院(UTIAS)採用氣動外形優化(ASO)技術研究了幾種不同的布局,分別是管狀機身加機翼布局、BWB布局和LFC布局,並將這些布局分別應用在100座級支線飛機、160座級窄體客機、220座級寬體客機和300座級寬體客機上進行了對比研究,研究發現:BWB布局可以提高大型飛機的燃油效率,對於小型飛機帶來的燃油效率收益微乎其微;升力機身布局結合了BWB和管狀機身加機翼布局的特點;100座級支線飛機採用升力機身布局預計可帶來6%~8%的燃油消耗降低。

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