Смешанное тело крыла

Конструкция самолета без четкого разделения между фюзеляжем и крылом.

Рендеринг проекта самолета со смешанным корпусом ВВС США.

Тело со смешанным крылом ( BWB ), также известное как тело со смешанным крылом , тело с гибридным крылом ( HWB ) или фюзеляж с подъемным аэродинамическим крылом , ^[1] представляет собой самолет с неподвижным крылом , не имеющий четкой разделительной линии между крыльями и основным корпусом летательного аппарата. . ^[2] Самолет имеет четкие конструкции крыла и фюзеляжа, которые плавно переходят друг в друга без четкой разделительной линии. ^[3] Это контрастирует с летающим крылом , у которого нет отдельного фюзеляжа , и несущим телом , у которого нет отдельных крыльев . Конструкция BWB может быть бесхвостой , а может и не быть .

Основное преимущество BWB заключается в уменьшении площади смачивания и сопутствующего сопротивления формы , связанного с традиционным соединением крыла с корпусом. Ему также может быть присвоен широкий корпус в форме аэродинамического профиля , позволяющий всему кораблю создавать подъемную силу и, таким образом, уменьшать размер и сопротивление крыльев.

Конфигурация BWB используется как для самолетов , так и для подводных планеров .

История

Концепция N3-X НАСА

В начале 1920-х годов Николя Воеводский разработал теорию BWB, и после испытаний в аэродинамической трубе был построен Вестлендский дредноут . Он заглох во время своего первого полета в 1924 году, серьезно травмировав пилота, и проект был отменен. Идея была снова предложена в начале 1940-х годов для проекта авиалайнера Miles M.26 , и для ее исследования был построен исследовательский прототип Miles M.30 «X Minor». Прототип перехватчика McDonnell XP-67 также поднялся в воздух в 1944 году, но не оправдал ожиданий. Burnelli CBY-3 Loadmaster 1944 года представлял собой конструкцию со смешанным крылом, предназначенную для операций в кустарниках в Канаде. ^[4]

НАСА и McDonnell Douglas вернулись к этой концепции в 1990-х годах с искусственно стабилизированной 17-футовой (5,2 м) моделью (масштаб 6%) под названием BWB-17, построенной Стэнфордским университетом , которая совершила полет в 1997 году и показала хорошие управляемые качества. ^{[5] : 16} С 2000 года НАСА приступило к разработке исследовательской модели с дистанционным управлением и размахом крыльев 21 фут (6,4 м).

НАСА также совместно исследовало конструкции BWB для беспилотного летательного аппарата Boeing X-48 . ^[6] Исследования показали, что авиалайнер BWB, перевозящий от 450 до 800 пассажиров, может сэкономить более 20 процентов топлива. ^{[5] : 21}

Airbus изучает конструкцию BWB в качестве возможной замены семейства A320neo . Маломасштабная модель впервые совершила полет в июне 2019 года в рамках программы MAVERIC (Модель самолета для проверки и экспериментирования надежных инновационных средств управления), которая, как надеется Airbus, поможет ей сократить выбросы CO ₂ до 50% по сравнению с 2005 годом. уровни. ^[7]

В концепции N3-X NASA используется ряд сверхпроводящих электродвигателей для приведения в движение распределенных вентиляторов, что позволяет снизить расход топлива, выбросы и шум. Энергия для привода этих электрических вентиляторов генерируется двумя сверхпроводящими электрическими генераторами с приводом от газовых турбин, установленными на законцовках крыла. Эта идея возможного будущего самолета называется «корпусом гибридного крыла» или иногда корпусом смешанного крыла. В этой конструкции крыло плавно вписывается в корпус самолета, что делает его чрезвычайно аэродинамичным и дает большие надежды на значительное снижение расхода топлива, шума и выбросов. НАСА разрабатывает подобные концепции для тестирования с помощью компьютерного моделирования и в качестве моделей в аэродинамических трубах, чтобы доказать, действительно ли возможные выгоды будут получены. ^{[ нужна цитата ]}

2020-е годы

В 2020 году Airbus представил концепцию BWB в рамках своей инициативы ZEROe и продемонстрировал малосерийный самолет. ^{[8] [9]} В 2022 году Bombardier анонсировала свой проект EcoJet. ^{[9] [10] [ нужен лучший источник ]} В 2023 году калифорнийский стартап JetZero анонсировал свой проект Z5, рассчитанный на перевозку 250 пассажиров, ориентированный на категорию новых самолетов для среднего рынка , рассчитывая использовать существующие CFM International LEAP или Pratt & Whitney PW1000G 35 000 фунтов силы ( 160 кН) двигателей. ^{[11] [12]} В августе 2023 года ВВС США объявили о заключении с JetZero четырехлетнего контракта на сумму 235 миллионов долларов, кульминацией которого станет первый полет полномасштабного демонстратора к первому кварталу 2027 года. Цель Контракт призван продемонстрировать возможности технологии BWB, предоставив Министерству обороны и коммерческой отрасли больше возможностей для их будущих воздушных платформ. ^{[13] [14]}

Характеристики

Широкие внутренние пространства, созданные в результате смешения, создают новые структурные проблемы. НАСА изучает обшивку из композитного материала из углеродного волокна, покрытого пеной , чтобы создать непрерывное пространство в салоне. ^[15]

Форма BWB минимизирует общую смачиваемую площадь – площадь поверхности обшивки самолета, тем самым снижая сопротивление обшивки до минимума. Это также приводит к утолщению корневой части крыла, что позволяет создать более эффективную конструкцию и снизить вес по сравнению с обычным самолетом. НАСА также планирует интегрировать реактивные двигатели со сверхвысокой степенью двухконтурности (UHB) в корпус гибридного крыла. ^[16]

Обычный трубчатый фюзеляж несет 12–13% общей подъемной силы по сравнению с 31–43%, которую несет центральный фюзеляж в BWB, где конфигурация промежуточного подъемного фюзеляжа, лучше подходящая для авиалайнеров с узким корпусом , будет нести 25–32% для самолета 6,1. –8,2% увеличение топливной эффективности . ^[17]

Спектр концепций проектирования самолетов. Слева направо: обычный авиалайнер ( Boeing 757 ), корпус со смешанным крылом ( B-1 Lancer ), летающее крыло с выпуклыми обтекателями ( B-2 Spirit ), и почти чистое летающее крыло ( Northrop YB-49 ) и несущий корпус ( M2) . -F1 ).

Потенциальные преимущества

• Значительные преимущества полезной нагрузки при стратегических воздушных перевозках , авиаперевозках ^[18] и дозаправке в воздухе .
• Повышенная топливная эффективность — на 10,9% лучше, чем у обычного широкофюзеляжного самолета , ^[17] и более чем на 20%, чем у сопоставимого обычного самолета. ^[19] Отчет ВВС США за 2022 год показывает, что BWB «повышает аэродинамическую эффективность как минимум на 30% по сравнению с нынешними танкерами-заправщиками и мобильными самолетами ВВС». ^[20]
• Меньший шум. Моделирование звука НАСА показывает снижение уровня шума самолетов класса Boeing 777 на 15 дБ , ^[21] в то время как другие исследования показывают снижение на 22–42 дБ ниже уровня Stage 4 , в зависимости от конфигурации. ^[2]

Потенциальные недостатки

• Эвакуация BWB в чрезвычайной ситуации может оказаться непростой задачей. Из-за формы самолета расположение сидений будет театральным, а не трубчатым. Это накладывает ограничения на количество выходных дверей. ^{[22] [23]}
• Было высказано предположение, что интерьеры BWB будут без окон; ^[24] более поздняя информация показывает, что окна могут быть расположены по-другому, но влекут за собой те же потери веса, что и у обычного самолета. ^[25]
• Было высказано предположение, что пассажиры, находящиеся по краям салона, могут чувствовать себя некомфортно при крене крыла; ^[24] однако пассажиры больших обычных самолетов, таких как 777, в равной степени подвержены такому крену. ^[25]
• Центральный кессон должен быть высоким, чтобы его можно было использовать в качестве пассажирской кабины, а для балансировки требуется больший размах крыла. ^[26]
• BWB имеет больший вес пустого для данной полезной нагрузки и может быть неэкономичным для коротких миссий продолжительностью около четырех или менее часов. ^[26]
• Больший размах крыла может быть несовместим с инфраструктурой некоторых аэропортов, требуя складывания крыльев , как у Boeing 777X .
• Модифицировать конструкцию для создания вариантов разного размера обходится дороже, чем традиционный фюзеляж и крыло, которые можно легко растянуть или сжать. ^[26]
• Управление по тангажу и подъемная сила на низкой скорости создали проблемы для конструкций смешанного крыла. JetZero предложила новую конструкцию шасси для решения этих проблем в своей концепции Z-5 BWB. ^[11]

Список самолетов со смешанным корпусом крыла

БПЛА Northrop BAT в полете снизу

В популярной культуре

Научно-популярный концепт-арт

Изображение «Боинга 797» из журнала Popular Science , 2003 год.

Концептуальная фотография коммерческого самолета со смешанным корпусом крыла появилась в ноябрьском номере журнала Popular Science за 2003 год . ^[29] Художники Нил Бломкамп и Саймон ван де Лагемаат из The Embassy Visual Effects создали фотографию для журнала с помощью программного обеспечения компьютерной графики, чтобы изобразить будущее авиации и авиаперелетов. ^[30] В 2006 году изображение было использовано в рассылке по электронной почте, в которой утверждалось, что компания Boeing разработала лайнер на 1000 пассажиров («Boeing 797») с «радикальной конструкцией смешанного крыла», и компания Boeing опровергла это утверждение. ^{[31] [32] [33]}

Смотрите также

• Аврора Д8
• Реактивный самолет Flying-V
• Список летающих крыльев
• Подъемный кузов
• Инициатива по бесшумным самолетам , исследование BWB

Рекомендации

1. Рэгг, Дэвид В. (1973). Словарь авиации (первое изд.). Скопа. п. 177. ИСБН 978-0-85045-163-4.
2. Томас, Рассел Х.; Берли, Кейси Л.; Олсон, Эрик Д. (2010). «Оценка шума системы самолета с гибридным крылом и аэроакустическими экспериментами с силовой установкой планера» (PDF) . Проверено 26 января 2013 г.Презентация. Архивировано 16 мая 2013 г. в Wayback Machine.
3. Крейн, Дейл. Словарь авиационных терминов, третье издание . Ньюкасл, Вашингтон: Авиационные материалы и академические науки, 1997. ISBN 1-56027-287-2 . п. 224. 
4. Бриджмен, Леонард, изд. (1947). Джейн «Все самолеты мира», 1947 год . Лондон: Sampson Low, Marston & Co., стр. 96c–97c.
5. Либек, Р.Х. (январь – февраль 2004 г.). «Проектирование дозвукового транспортного средства со смешанным крылом» (PDF) . Журнал самолетов . 41 (1): 10–25. дои : 10.2514/1.9084.
6. «Полет в будущее». Архивировано 4 декабря 2012 г. в Wayback Machine Boeing , 7 августа 2012 г. Проверено: 23 ноября 2012 г.
7. Рейм, Гаррет (11 февраля 2020 г.). «Airbus изучает конструкции авиалайнеров со смешанным крылом, позволяющие сократить расход топлива» . Полет Глобал .
8. «Airbus представляет новый концептуальный самолет с нулевым уровнем выбросов» (пресс-релиз). Аэробус. 21 сентября 2020 г.
9. Кевин Майклс (1 июня 2023 г.). «Мнение: почему пришло время для тела со смешанным крылом». Авиационная неделя .
10. Вердон, Майкл (30 мая 2023 г.). «Новый самолет EcoJet со смешанным крылом от Bombardier сокращает выбросы на 50% и скоро поднимется в небо». Отчет Робба .
11. Норрис, Гай; Уорвик, Грэм (21 апреля 2023 г.). «JetZero представляет план BWB для среднего авиалайнера и танкера ВВС» . Aviationweek.com . Проверено 17 августа 2023 г.
12. Роза, Дэвид (2 мая 2023 г.). «Поскольку ВВС США рассматривают возможность создания танкера со смешанным крылом, новый стартап раскрывает его концепцию» . Журнал Воздушно-космических войск .
13. Марроу, Майкл (16 августа 2023 г.). «ВВС выбирают стартап JetZero для создания демонстратора корпуса со смешанным крылом» . Breakingdefense.com . Проверено 17 августа 2023 г.
14. Алкок, Чарльз (16 августа 2023 г.). «Самолет со смешанным корпусом JetZero, усиленный по контракту с ВВС США» . Futureflight.aero . Проверено 17 августа 2023 г.
15. Буллис, Кевин (24 января 2013 г.). «НАСА продемонстрировало производственный прорыв, который позволит масштабировать самолеты с гибридным крылом». Обзор технологий Массачусетского технологического института .
16. Браукус, Майкл; Барнсторфф, Кэти (7 января 2013 г.). «Исследования НАСА в области зеленой авиации переходят на вторую скорость» . НАСА . Проверено 26 января 2013 г.
17. Warwick, Грэм (22 августа 2016 г.). «В поисках сверхэффективной конструкции для небольших авиалайнеров». Неделя авиации и космических технологий .
18. Уорвик, Грэм (21 мая 2007 г.). «Boeing работает с авиакомпаниями над коммерческим грузовым самолетом со смешанным крылом». Полет Глобал . Проверено 12 февраля 2023 г.
19. "Информационный бюллетень о корпусе со смешанным крылом" . НАСА . Проверено 17 мая 2021 г.
20. Финнерти, Райан (12 октября 2022 г.). «ВВС США проведут испытания логистического самолета со смешанным крылом к ​​2027 году» . Полет Глобал . Проверено 12 февраля 2023 г.
21. Уорвик, Грэм (12 января 2013 г.). «Слушайте – BWB тихо!». Авиационная неделя .
22. Галеа, скорая помощь; Филиппидис, Л.; Ван, З.; Лоуренс, ПиДжей; Эвер, Дж. (2011). «Анализ эвакуации конфигураций самолетов со смешанным корпусом крыла на 1000+ мест: компьютерное моделирование и полномасштабный эксперимент по эвакуации». Динамика пешеходов и эвакуации : 151–61. дои : 10.1007/978-1-4419-9725-8_14. ISBN 978-1-4419-9724-1. S2CID  55673992.
23. Галеа, Эд. «Анализ эвакуации конфигураций самолетов со смешанным крылом на 1000+ мест». Эвакмод (видео) . Проверено 25 августа 2015 г.
24. «Boeing не убедил дизайн самолета со смешанным крылом» . Институт инженеров-механиков . 16 июня 2015 г.
25. Пейдж, Марк (14 сентября 2018 г.). «Разрушение узкофюзеляжного авиалайнера с однопалубным корпусом со смешанным крылом» (PDF) . ИКАС. Архивировано (PDF) из оригинала 20 декабря 2018 г.
26. «Не ищите коммерческий самолет BWB в ближайшее время, - говорит глава Boeing по будущим самолетам». Лихэм Ньюс . 3 апреля 2018 г.
27. «Airbus представляет демонстрационный образец самолета со смешанным крылом» . Airbus (Пресс-релиз). Сингапур. 11 февраля 2020 г. Проверено 12 февраля 2023 г.
28. Кэролайн Делберт (13 февраля 2020 г.). «Будут ли люди летать на этом самолете со смешанным крылом? Airbus построил прототип, чтобы это выяснить». Популярная механика . Проверено 12 февраля 2023 г.
29. «Будущее полета». Популярная наука . Том. 263, нет. 5. Корпорация Боннье. Ноябрь 2003 г., стр. 83–86.
30. «Полет будущего: галерея авиации следующего века». Популярная наука . 16 октября 2003 г. Проверено 12 февраля 2023 г.
31. "Новый пассажирский авиалайнер Boeing 797 Giant со смешанным крылом - художественная литература!" TruthOrFiction.com . 17 марта 2015 г.
32. Кристенсен, Бретт М. (19 апреля 2012 г.). «Мистификация Боинга 797». Убийца Мистификаций . Архивировано из оригинала 23 апреля 2012 г.
33. Базелер, Рэнди. «Авиапочта». Блоги Boeing: Randy's Journal, 1 ноября 2006 г. Дата обращения: 22 ноября 2012 г.

дальнейшее чтение

• Эл Бауэрс (16 сентября 2000 г.). «Тело со смешанным крылом: проблемы дизайна в 21 веке». Крыло — это вещь . Архивировано из оригинала 1 декабря 2002 г.
• В. Мухопадхьяй (апрель 2005 г.). Конструктивный проект фюзеляжа со смешанным крылом (BWB) для снижения веса (PDF) . 46-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC «Структуры, структурная динамика и материалы». Сервер технических отчетов НАСА .
• «Самолет со смешанным крылом прошел испытания в аэродинамической трубе» . Новый учёный . 14 ноября 2005 г.
• «'Бесшумный самолет': Как это работает». Би-би-си . 6 ноября 2006 г.
• Р. Вос; FJJMM Геускенс; МФМ Хугриф (апрель 2012 г.). «Новая концепция конструктивного проектирования кабин со смешанным крылом». 53-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC «Структуры, структурная динамика и материалы» . Архивировано из оригинала 22 июля 2018 г.
• Концепция смешанного крыла. АВД20112012. 4 мая 2012 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. – на YouTube.
• «Основные моменты X-48». НАСА . 18 апреля 2013 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2017 г. Проверено 1 февраля 2011 г.
• Йорг Фухте; Тилль Пфайффер; Пьер Давиде Чампа; Бьорн Нагель; Волкер Голлник (сентябрь 2014 г.). «Оптимизация коммерческого пространства смешанного корпуса крыла» (PDF) . 29-й Конгресс Международного совета авиационных наук (ICAS 2014) .