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中英合作培养大飞机和发动机设计人才
据英国《商业周刊》报道 ,中国航空工业第一集团公司与英国克兰菲尔德大学签署协议 ,为中国培养 150名飞机设计和发动机设计专业的工程师 ,他们将成为中国大飞机的设计骨干。该校将在 3年内 ,每年接收 25名飞机设计专业和 25名发动机设计专业的中国工程师 ,提供研究生水平的教育。
文章编号 :100026893 (2008) 0320562211
特邀
高经济性静音中航程民机设计方法讨论
朱自强 ,王晓璐 ,吴宗成 ,陈泽民 (北京航空航天大学航空科学与工程学院 ,北京 100083)
Discussion of Design Methods for Silent and Fuel Efficient Medium Range Civil Transport
Zhu Ziqiang , Wang Xiaolu , Wu Zongcheng , Chen Zemin
(School of Aeronautic Science and Engineering , Beijing University of Aeronautics and
Astronautics , Beijing 100083 , China)
The goal of silent aircraft initiative is to design a conceptual aircraft , which is inaudible outside the airport perimeter and also
in fuel efficiency and emission control superior to present and future conventional aircraft. By introducing three generations of conceptual silent aircraft experiment (SAX) , this paper discussed the design method and enabling technology , including a quasi23D design method with fast turnaround time and adequate fideli2 ty ; aerodynamic design of the blended wing body by optimally shaping its centerbody ; deployed drooped leading edge and trailing edge brushes of the outer wing; distributed multi2fan embedded turbofan with boundary layer ingestion;thrust vectoring nozzle with variable exit area; advanced acoustic linears; and faired undercarriage , etc. Finally , the resulting conceptual aircraft design , SAX240 , yields a calculated noise level of 61 dBA at the airport perimeter , which is close to the background noise in a well populated ar2 ea and imperceptible to the human ear on takeoff and landing. SAX240 also has the potential for a reduced fuel burn of 124 passenger2miles per gallon.
摘 要 :人们已愈来愈重视工业产品对环境的影响。人们直接感受民机对环境的影响首先是机场周边的噪声。静音飞机预案的研究目标是设计一种飞机 ,在机场周边听不见其响声 ,且油耗和排污指标优于现有的和正在设计的其他飞机。通过介绍 SAX(Silent Aircraft eXperiment)三代概念机的研究进程 ,讨论了静音飞机设计的方法和使用的关键技术 ,包括具有一定准确度的快速翼身融合体准三维设计方法
;具有最佳中央体外形的融合体气动外形设计 ;可平滑下弯的外翼前缘和后缘刷
;分布、埋入式多风扇可吞吸边界层的发动机组 ;喷口截面可变的推力矢量喷管 ;先进的隔音衬管 ;整流的起落架等。最终的概念机 SAX240实现了在机场周边的最大噪声计算值为 61 dBA,接近于稠密居民区的背景噪声 ,且使机场周边的人们不易感觉到飞机的起飞/进场。其油耗经济性亦达到了 124座
Key words : silent aircraft ; civil transport design; aerodynamic design
温室效应引起的全球气候变暖及能源危机等关注的程度 ,首先应解决噪声问题 [2]。图 1为对 引起了人们对于工业产品对环境影响的高度重100多个航空公司调研得出的未来购机关键因素视。空中旅行对环境的影响也是各国公众十分关权重变化图 [3]。可见 ,低噪声、低排污物是 11个注的问题 ,提出了应通过飞机设计使空中旅行成关键因素中权重增大最多的两个 ,这将直接影响为绿色的概念而给民机设计带来了巨大的冲未来民机的设计和制造。本文将以 SAX ( Silent 击[1]。空中旅行对环境的影响主要表现为 :①机Aircraft eXperiment)240概念飞机方案来讨论静场周边的噪声 ;②机场周边的空气质量 (发动机排音又经济的中航程民机的设计方法、关键技术及污);③高空的空气质量和对气候的影响。按公众需要解决的难题。
收稿日期 :2007211214 ;修订日期 :2008201207
基金项目 :国家自然科学基金 (10472013) ;航空科学基金 (04A51044)
通讯作者 :朱自强 E2mail :zhuzq @buaa. edu. cn
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图 1 航空公司购机因素
Fig1 1 Criteria of airlines for purchasing airplanes
1 SAX240中航程概念飞机简介
静音飞机预案 ( Silent Aircraft Initiative , SA I)是英国剑桥大学 ( CU)和美国麻省理工学院 (MIT)的联合研究所 ( CMI)以及飞机制造公司、航空公司、机场管理等方面的专家、学者及相关官员组成的联合体进行了三年多学科合作的成
果[425]
布置 ),航程 9 265 km (5 000 nm) ,巡航 Ma = 01 8。在尽可能使用工业界已有的设计软件、设计工具的基础上 ,通过此飞机的概念设计 ,在新的设计空间中发展和建立新模型和新方法 ,特别是在噪声的估计、测定和验证方面 ,形成新思想、新概念和可能具有风险的新技术 ,并研究如何来降低风险。
2 实现设计目标可能性的分析和设计思想的形成
图 2给出了设计目标的巨大挑战性 :降噪的指标是否有解 ?油耗经济性目标较现有民机能否有较大提高 ?为此 ,首先分析已有飞机的噪声源 ,由表示起飞和进场时噪声分布的图 3可知 ,起飞时主要应抑制和减少发动机风扇的前、后向噪声和喷流噪声的传播 ,而进场时还需大力减少机体的噪声。为实现降噪目标在设计中应尽可能 : ①降低发动机的所有噪声 ,重点是风扇和喷流 ; ②采取机体 /发动机更为融合的外形 ;③采用机体来屏蔽发动机的噪声和提供布置发动机隔音衬管的空间 ;④进场时需要安静的高升力和阻力 ;
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