31 1 大型飞机概念创新举例
(1) BWB2C型翼布局 [ 24233 ]
在莱特兄弟的人类首次动力飞行 43年后 ,第一架大型喷气轰炸机 B247于 1947年研制成功 ,再经过 43年努力的 1991年 ,先进的 MD211大型运输机问世。从 B2707到 MD211等机型 ,民机发
表 2 亚声速民机发展计划和目标 Table 2 List of projects and their targets for subsonic passenger aircraft
技术特点 布局形式 发动机 代表机型 /发动机
目前领先水平 高效、减噪、减污、低油耗 常规 高涵道比 HB A380、B787/ Genx、瑞达 900、GP7200
2015年前 高效、低噪、低污、低油耗 常规 /非常规 超高涵道比 U HB 代替 A320、B737的窄体双发机型 /涵道比 13～16
2020年 高效率、静音、绿色、低油耗 非常规 超高涵道比 U HB BWB、BWB + C/评估中
图 7 图 6对应的第 3层质量屋
Fig1 7 The third quality house corresponding to Fig1 6
展了约 30年 ,传统布局已十分成熟 ,但气动效率机 B2787和 A2380上也未幸免 ,由于飞机大型化 ,变化不大 ,气动航程因子 M Kmax 30年间始终在 15翼展显著增大 (A3802100翼展为 791 8 m),但受附近徘徊 [24] ,见图 8。这种气动效率提高不明显结构强度限制 ,展弦比反而下降为 71 53 ,导致最的现象在新近推出的、几近达到完美的超大型民大升阻比 ( Kmax )和 M Kmax并未明显提高。
图 9 波音对 BWB的方案评估结果 Fig1 9 Evaluation results of Boeing for BWB
(2)大载重浮升式飞机 [34236 ]
大载重浮升式运输飞机是一种结合静升力和动升力原理的新概念飞行器 ,它是一种 “混合式飞艇” ( Hybrid Airship) ,即融合了飞艇的静升力原理和飞机的动升力原理 ,希望能综合飞艇经济性好、载重量大、航程长的优点和飞机速度快、易操纵的优点 ,得到一种性能介于飞艇和飞机之间的一种新概念飞行器。
大载重浮升式飞机的主要用途是 :①边远地区的大宗货物运输 ;②大型设备的整体运输 ;③中小城镇间的快速运输 ;④突发灾害时的救援运输等。
这些运输方式对传统运输方式如公路铁路及飞机航运提出了重大的挑战。此时传统的运输通道或者无法建立 (如在没有建设铁路、公路、机场等的边远地区 )、或者建设不具备经济效益 (如临时性的运输任务 )、或者传统运输通道遭破坏等 (如地震与洪水等灾区 )。
方面对各类飞行器进行了分析比较。表中评分满
分为 5分 ,从表中可以看出 ,无论从经济性、安全性 ,还是从载水量和航程 ,大载重浮升式运输机性能均优于传统的直升机、固定翼飞机和水上飞机。不仅如此 ,新概念的大载重浮升式运输机布局在油气田开发等其他民用领域也表现出了优于传统布局的良好性能。随着该技术的发展 ,大载重浮升式运输飞机将可能在民用运输领域发挥重要作用。8%源于选用先进复合材料带来的减轻结构重量的结果。另外 ,A380的机身蒙皮除采用先进的铝合金材料外 ,还采用了一种由铝材和碳纤维制造的新型层制复合材料 ,这种新型层制材料是经过大量的试验后 ,才被用做 A380上部机身蒙皮的 ,使用该材料不仅比用铝材料重量可减轻 800 kg,而且还具有很好的抗疲劳、防火、抗损伤性能。 800 kg相当于 8位乘客及其行李的重量 ,以从西安到北京的航班为例 ,每架飞机一年可由此带来的经 济效益粗略估计如下 : 800/ 100 (乘客及行李 ) × 1 000元/人× 4(每架飞机每天的往返数 ) ×300天/年 = 960万元。
(3)能源动力的精细化设计 美国波音公司计划在 B737飞机上验证一种基于燃料电池的辅助动力装置 (APU ) ,并可能在 2010年以后在民用飞机上采用。同时发展的还有基于固态氧化物燃料电池 ( SOFC)的先进的 A PU。波音公司预计 ,这种电池可使效率提高 45 %。相当于一架典型的 B777飞机每年可节省 340 500 kg的重量 ,一架典型的 B737飞机每年节省 1 360 000 kg的重量。预计 ,燃料电池技术将在 2010年左右完全研制出具有全球市场竞争力的客机 ,必须提高目前沿用的军用飞机的非精细化设计手段。
总体设计方案的好坏对飞机整体性能有着决定性的影响 ,新研制飞机的技术风险 80 %在于总体设计。我国要实现大型民机的跨越式发展 ,飞机总体综合优化设计技术是一个关键问题。资料显示 ,波音公司和空中客车公司已开始将飞机多学科综合优化设计技术运用于新型号的研制 ,并将该技术作为新一代大型民用飞机的关键技术投入了大量的人力和物力进行研究。例如 ,在美国 NASA的亚声速固定翼研究计划 (Subsonic
)中也
合优化设计水平 ,使得所研制的飞机在降低噪声和环境污染的同时 ,能有更高的能源利用率和更优的性能。
在未来大型客机研制中 ,多学科精细设计将发挥越来越重要的作用 ,它是提高大型客机经济性的重要手段。
图 14 SFW计划框图
Fig1 14 Flowchart of SFW project
总之 ,概念创新和多学科优化精细设计是提高大型客机安全性/经济性/舒适性/环保性的重要手段和技术实现途径。二者相辅相成 ,密不可分。概念创新有利于飞机更新换代 ,而多学科精细设计有利于充分挖掘某一新概念布局在安全性/经济性 /舒适性 /环保性方面潜力。
4 结 论
建立大型客机安全性、经济性、舒适性和环保性总体设计思想以及相应设计评估准则体系 ,在不同的设计阶段彻底贯彻该设计准则体系非常重要。概念创新是大型客机实现跨越式发展的必由
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址：航空学报08大飞机专刊(25)
