新概念运输机探索研究将不断深入

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2016-07-02
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新概念飞行器与传统飞行器相比,在设计思路、气动布局和飞行原理方面存在显著的差别,具有创新性和探索性。目前,一些富于开拓精神的飞机制造商正在考虑未来很有前景的新概念运输机方案,其中包括翼身融合体(飞翼)、倾转旋翼机等方案。

(1)飞翼飞行器


飞翼是未来飞行器发展的焦点之一,美国波音公司和欧洲的多家航空工业公司都提出了飞翼布局的客机方案。飞翼的最大好处是可以使空气动力效率改善30%以上。这种改善主要来自于飞机重量和气动载荷沿着整个机体得到最佳分布,使整个机体(机翼加机身)都是—个升力体。这种升力体客机几乎消除了常规飞机的机翼-机身干扰阻力,同时大大减小了飞机的诱导阻力,又大大增加了机体的内部空间。这种布局不再是常规客机一成不变的由机身载客、机翼提供升力的使用方式,使飞行器无论从气动力上还是从使用效率上都得到了最大程度的发挥。旅客走进客舱看到的不再是现在客机的那种长长的通道式座椅布局,而是“剧院式”座椅布局。


近年来,美国NASA和波音公司都开展了深人的飞翼飞行器研究。NASA早在2005年就在全尺寸风洞中试验了飞翼5%缩比模型的自由飞特性,内容包括在低速飞行包线边缘(无发动机条件)的稳定性和操纵性能评估。现在,NASA正在针对未来空中运输设想方案中各种布局的优点,在持续不断的系统研究基础上,考虑飞興的改进,诸如引入混合层流控制和埋人式发动机等先进技术, 以进一步发挥飞翼设计的更大潜力。波音公 司则在2006年5月4日正式公开了两架翼展为6.4m的X-48B原型机缩比模型分别用于风洞 试验和飞行试验的信息。2007年7月20日,X-48B技术验证机在加利福尼亚州爱德华空军基地首飞。随后,研究人员将把X-48B关 注的重点转向低噪声特性。


此外,剑桥-麻省理工学院联合研究所(CMI)最近提出了SAX-40翼身融合体静音飞机方案。SAX-40机长44m,翼展67.5m, 最大起飞重量150000kg。巡航速度MaO.8, 航程9250km,动力系统为3台发动机组成的“Granta-3401”发动机组,每台发动机有3个直径1.2m、由核心机驱动的风扇,使其涵道比为18.3。飞机计划于2025年投人运营,载客215人,在机场周边的加权平均噪声水平为63dB,低于公路交通噪声水平,累积噪声水平比ICAO 第四阶段噪声限制标准低75dB。在燃油消耗方面,SAX-40的每客燃油消耗童设计值约为波音787的80%。


另外,欧洲空客公司、法国航空航天研究院/德国航空航天中心和俄罗斯等都开展了飞翼布局的研究,从而反映出世界航空强国都非常看好飞翼飞行器的潜力,从而正在推动飞翼技术的不断突破,使这个概念正在不断趋于成熟。

(2)倾转旋翼机


倾转旋翼机属于直升机/固定翼螺旋桨转换式的组合设计构型飞行器。它将直升机和固定翼螺旋桨飞机两者之间不能替代的性能特点集于一身,基本上解决了直升机飞行速度难以继续提升的难题,弥补了固定翼飞机无法垂直起降的缺憾。从整个运输系统来看,这种构型的飞行器具有更好的竞争性,能够满足用户的要 求。目前,V-22已经在军事领域获得了应用, 未来民用倾转旋翼机必将在民用航空舞台上扮演重要的角色。


倾转旋翼机在技术上现在还有很多有待进一步发展、改进的地方,在应用技术方面还明显地缺乏控制、维修等方面的经验。航空界未来一方面要对那些关系到倾转旋翼机飞行安全的关键技术寻求更好的解决方案,另一方面要在部件和系统设计中进一步挖掘能减轻飞机重量、减少功率消耗、扩大飞行包线的技术发展潜力,同时还需要寻求发展更新的构思和技术改进方案。


目前世界上有不少进一步改进倾转旋翼 机设计的研究和发展方案。例如,为了能够在直升机和螺旋桨飞机飞行性能之间找到最佳的折中方案,美国正在研究一种可伸缩旋翼桨叶技术,它可在旋翼/螺旋桨向固定翼飞行器状态过渡时,通过缩短桨叶直径使旋翼/螺旋桨更接近螺旋桨的设计特点。贝尔公司提出了大型四角旋翼的倾转旋翼机方案,这种倾转旋翼机有前后两个机翼,每个机翼两端各装一台发动机和一副旋翼。 同时,欧洲也提出了一个“欧洲倾转旋翼机” 方案。该方案与美国V-22采用的发动机与旋翼全部倾转的方案不同,它只转动发动机短舱前面的旋翼部分,而发动机仍保留在水平位置,这样发动机不必为自身的倾转运动进行修改,机翼结构设计也简单。但是这些设想要想付诸实际,在技术研究上还有很艰难的路要走。


未来倾转旋翼机要想在民用航空领域获得广泛的应用,就必须能够充分利用现有和未来各项先进技术的发展,解决组合式飞行器目前研究中普遍存在的结构重量大、操作复杂的问题,使之具有使用简便、实用性强、适应性强、更经济和更可靠的特点。


我们相信,未来民用飞机将在广阔无垠的 天空上描绘出越来越精彩的航空画卷。


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