Смешанное крыло ( BWB ), также известное как смешанное тело , гибридное крыло ( HWB ) или подъемный аэродинамический фюзеляж , [1] представляет собой самолет с фиксированным крылом, не имеющий четкой разделительной линии между крыльями и основным корпусом судна. [2] Самолет имеет четкие конструкции крыла и корпуса, которые плавно переходят друг в друга без четкой разделительной линии. [3] Это контрастирует с летающим крылом , у которого нет четкого фюзеляжа , и подъемным корпусом , у которого нет четко выраженных крыльев . Конструкция BWB может быть или не быть бесхвостой .
Главным преимуществом BWB является уменьшение смоченной поверхности и сопутствующего сопротивления формы , связанного с обычным соединением крыла с корпусом. Ему также может быть придан широкий аэродинамический профиль -образный корпус, позволяющий всему судну генерировать подъемную силу и, таким образом, уменьшать размер и сопротивление крыльев.
В начале 1920-х годов Николас Воеводски разработал теорию BWB, и после испытаний в аэродинамической трубе был построен Westland Dreadnought . Он заглох во время своего первого полета в 1924 году, серьезно травмировав пилота, и проект был отменен. Идея была предложена снова в начале 1940-х годов для проекта авиалайнера Miles M.26 , и для его изучения был построен исследовательский прототип Miles M.30 "X Minor". Прототип перехватчика McDonnell XP-67 также летал в 1944 году, но не оправдал ожиданий. Burnelli CBY-3 Loadmaster 1944 года имел конструкцию смешанного крыла, предназначенную для операций в канадских кустах. [4]
NASA 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 поднялась в воздух в 1997 году и показала хорошие летные качества. [5] : 16 С 2000 года NASA продолжило разработку дистанционно управляемой исследовательской модели с размахом крыльев 21 фут (6,4 м).
NASA также совместно исследовало проекты BWB для беспилотного летательного аппарата Boeing X-48 . [6] Исследования показали, что авиалайнер BWB, перевозящий от 450 до 800 пассажиров, может достичь экономии топлива более 20 процентов. [5] : 21
Airbus изучает конструкцию BWB в качестве возможной замены семейству A320neo . Минимальная модель впервые поднялась в воздух в июне 2019 года в рамках программы MAVERIC (Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls), которая, как надеется Airbus, поможет сократить выбросы CO2 до 50% по сравнению с уровнем 2005 года. [7]
Концепция N3-X NASA использует ряд сверхпроводящих электродвигателей для привода распределенных вентиляторов, чтобы снизить расход топлива, выбросы и шум. Энергия для привода этих электровентиляторов вырабатывается двумя установленными на законцовках крыла сверхпроводящими электрогенераторами с газотурбинным приводом. Эта идея для возможного будущего самолета называется «гибридным крылом» или иногда смешанным крылом. В этой конструкции крыло плавно переходит в корпус самолета, что делает его чрезвычайно аэродинамичным и открывает большие перспективы для резкого снижения расхода топлива, шума и выбросов. NASA разрабатывает такие концепции для тестирования в компьютерном моделировании и в качестве моделей в аэродинамических трубах, чтобы доказать, будут ли на самом деле иметь место возможные преимущества. [ необходима цитата ]
2020-е годы
В 2020 году Airbus представила концепцию BWB в рамках своей инициативы ZEROe и продемонстрировала малогабаритный 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, нацеленный на категорию новых самолетов среднего класса , и рассчитывающий использовать существующие двигатели CFM International LEAP или Pratt & Whitney PW1000G 35 000 фунтов силы (160 кН). [11] [12] В августе 2023 года ВВС США объявили о контракте на 235 миллионов долларов, заключенном на четырехлетний период с JetZero, кульминацией которого станет первый полет полномасштабного демонстратора к первому кварталу 2027 года. Цель контракта — продемонстрировать возможности технологии BWB, предоставив Министерству обороны и коммерческой промышленности больше возможностей для их будущих воздушных платформ. [13] [14]
После этой разработки JetZero получила разрешение FAA на испытательные полеты своего Pathfinder, демонстрационного самолета со «смешанным крылом», разработанного для значительного снижения сопротивления и расхода топлива. Эта инновационная конструкция может потенциально снизить выбросы на 50%. Планируемая к полномасштабной разработке к 2030 году, JetZero планирует создать варианты для пассажиров, грузов и военного использования. Проект сталкивается с проблемами сертификации и интеграции с существующей инфраструктурой аэропортов. [15]
Характеристики
Широкие внутренние пространства, созданные путем смешивания, создают новые структурные проблемы. НАСА изучает обшивку из композитного углеродного волокна с пенопластовым покрытием и прошитой тканью для создания непрерывного пространства кабины. [16]
Форма BWB минимизирует общую смоченную площадь — площадь поверхности обшивки самолета, тем самым снижая сопротивление обшивки до минимума. Она также создает утолщение корневой области крыла, что позволяет создать более эффективную структуру и снизить вес по сравнению с обычным судном. NASA также планирует интегрировать реактивные двигатели с ультравысоким коэффициентом байпаса (UHB) с гибридным корпусом крыла. [17]
Обычный трубчатый фюзеляж несет 12–13% общей подъемной силы по сравнению с 31–43%, которые несет центральная часть в BWB, тогда как промежуточная конфигурация подъемного фюзеляжа, лучше подходящая для узкофюзеляжных авиалайнеров, будет нести 25–32%, что обеспечивает увеличение топливной эффективности на 6,1–8,2% . [18]
Повышенная топливная эффективность — на 10,9% лучше, чем у обычного широкофюзеляжного самолета [18] , и более чем на 20% лучше, чем у сопоставимого обычного самолета. [20] Отчет ВВС США за 2022 год показывает, что BWB «повышает аэродинамическую эффективность как минимум на 30% по сравнению с нынешними самолетами-заправщиками и мобильными самолетами ВВС». [21]
Эвакуация BWB в чрезвычайной ситуации может быть сложной задачей. Из-за формы самолета, расположение сидений будет театральным, а не трубчатым. Это накладывает неотъемлемые ограничения на количество выходных дверей. [23] [24]
Было высказано предположение, что интерьеры BWB будут без окон; [25] более поздняя информация показывает, что окна могут быть расположены по-разному, но влекут за собой те же издержки по весу, что и у обычного самолета. [26]
Было высказано предположение, что пассажиры по краям салона могут чувствовать себя некомфортно во время качки крыльев; [25] однако пассажиры больших обычных самолетов, таких как 777, в равной степени подвержены такой качке. [26]
Центральный отсек крыла должен быть высоким, чтобы его можно было использовать в качестве пассажирского салона, а для балансировки требуется больший размах крыла. [27]
BWB имеет больший пустой вес для данной полезной нагрузки и может быть неэкономичным для коротких миссий продолжительностью около четырех или менее часов. [27]
Больший размах крыльев может оказаться несовместимым с инфраструктурой некоторых аэропортов, поскольку потребуются складные крылья, как у Boeing 777X .
Модификация конструкции для создания вариантов разного размера обходится дороже по сравнению с обычным фюзеляжем и крылом, которые можно легко растянуть или сжать. [27]
Управление тангажем и подъемная способность на низкой скорости представляли проблемы для конструкций со смешанным крылом. JetZero предложила новую конструкцию шасси для решения этих проблем для своей концепции Z-5 BWB. [11]
Концептуальное фото коммерческого самолета с корпусом из смешанного крыла появилось в выпуске журнала Popular Science за ноябрь 2003 года . [30] Художники Нил Бломкамп и Саймон ван де Лагемаат из The Embassy Visual Effects создали фотографию для журнала, используя программное обеспечение для компьютерной графики, чтобы изобразить будущее авиации и авиаперевозок. [31] В 2006 году изображение было использовано в мошенническом письме по электронной почте, в котором утверждалось, что Boeing разработал 1000-местный реактивный лайнер («Boeing 797») с «радикальным дизайном смешанного крыла», и Boeing опроверг это утверждение. [32] [33] [34]
^ Wragg, David W. (1973). Словарь авиации (первое издание). Osprey. стр. 177. ISBN 978-0-85045-163-4.
^ ab Thomas, Russell H.; Burley, Casey L.; Olson, Erik D. (2010). "Оценка шума системы гибридного крыла с использованием аэроакустических экспериментов с силовой установкой" (PDF) . Получено 26 января 2013 г. .ПрезентацияАрхивировано 2013-05-16 в Wayback Machine
^ Крейн, Дейл. Словарь авиационных терминов, третье издание . Ньюкасл, Вашингтон: Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2 . стр. 224.
^ Бриджмен, Леонард, ред. (1947). Все самолеты мира от Джейн 1947. Лондон: Sampson Low, Marston & Co. стр. 96c–97c.
^ ab Liebeck, RH (январь–февраль 2004 г.). «Проектирование дозвукового транспортного самолета со смешанным крылом» (PDF) . Journal of Aircraft . 41 (1): 10–25. doi :10.2514/1.9084.
^ «Полет в будущее». Архивировано 4 декабря 2012 г., на Wayback Machine Boeing , 7 августа 2012 г. Получено: 23 ноября 2012 г.
^ Рейм, Гарретт (11 февраля 2020 г.). «Airbus изучает проекты авиалайнеров со смешанным крылом для сокращения расхода топлива». Flight Global .
^ "Airbus представляет новый концептуальный самолет с нулевым уровнем выбросов" (пресс-релиз). Airbus. 21 сентября 2020 г.
^ ab Кевин Майклс (1 июня 2023 г.). «Мнение: почему пришло время для смешанного крыла». Aviation Week .
^ Вердон, Майкл (30 мая 2023 г.). «Новый самолет Bombardier со смешанным крылом „EcoJet“ сокращает выбросы на 50% — и скоро поднимется в небо». Robb Report .
^ ab Norris, Guy; Warwick, Graham (21 апреля 2023 г.). "JetZero представляет план создания среднерыночного авиалайнера и самолета-заправщика ВВС BWB". Aviationweek.com . Получено 17 августа 2023 г. .
^ Роза, Дэвид (2 мая 2023 г.). «Пока ВВС США рассматривают самолет-заправщик со смешанным крылом, новый стартап раскрывает свою концепцию». Журнал Air & Space Forces .
^ Марроу, Майкл (16 августа 2023 г.). «ВВС выбирает стартап JetZero для создания демонстратора смешанного крыла». breakingdefense.com . Получено 17 августа 2023 г.
^ Alcock, Charles (16 августа 2023 г.). «Самолет JetZero со смешанным крылом усилен контрактом с ВВС США». futureflight.aero . Получено 17 августа 2023 г.
^ Приско, Якопо (04.04.2024). «JetZero: новаторский демонстрационный самолет со смешанным крылом получил разрешение на полет». CNN . Получено 14.04.2024 .
^ Буллис, Кевин (24 января 2013 г.). «NASA продемонстрировала производственный прорыв, который позволит масштабировать гибридные самолеты с крылом». MIT Technology Review .
^ Braukus, Michael; Barnstorff, Kathy (7 января 2013 г.). «Исследования NASA в области зеленой авиации переходят на вторую передачу». NASA . Получено 26 января 2013 г.
^ ab Warwick, Graham (22 августа 2016 г.). «Поиск сверхэффективных конструкций для небольших авиалайнеров». Aviation Week & Space Technology .
^ Уорик, Грэм (21 мая 2007 г.). «Boeing работает с авиакомпаниями над коммерческим грузовым самолетом со смешанным крылом». Flight Global . Получено 12 февраля 2023 г.
^ "Информационный листок о смешанном крыле". NASA . Получено 17.05.2021 .
^ Финнерти, Райан (2022-10-12). "ВВС США испытают логистический самолет со смешанным крылом к 2027 году". Flight Global . Получено 2023-02-12 .
↑ Уорик, Грэм (12 января 2013 г.). «Слушайте – BWB затих!». Aviation Week .
^ Галеа, Э.Р.; Филиппидис, Л.; Ванг, З.; Лоуренс, П.Дж.; Эвер, Дж. (2011). «Анализ эвакуации 1000+ посадочных конфигураций самолета со смешанным крылом: компьютерное моделирование и полномасштабный эксперимент по эвакуации». Pedestrian and Evacuation Dynamics . стр. 151–61. doi :10.1007/978-1-4419-9725-8_14. ISBN978-1-4419-9724-1. S2CID 55673992.
^ Галеа, Эд. "Анализ эвакуации 1000+ мест в самолетах Blended Wing Body". Evacmod (видео) . Получено 25 августа 2015 г.
^ ab "Boeing не убежден в конструкции самолета со смешанным крылом". Институт инженеров-механиков . 16 июня 2015 г.
^ ab Page, Mark (2018-09-14). "Разрушение узкофюзеляжного авиалайнера с однопалубным смешанным крылом" (PDF) . ICAS. Архивировано (PDF) из оригинала 20-12-2018.
^ abc «Не ждите появления коммерческого самолета BWB в ближайшее время, говорит руководитель отдела будущих самолетов Boeing». Leeham News . 3 апреля 2018 г.
^ "Airbus представляет демонстратор своего самолета со смешанным крылом". Airbus (пресс-релиз). Сингапур. 11 февраля 2020 г. Получено 12 февраля 2023 г.
^ Кэролайн Делберт (2020-02-13). «Будут ли люди летать на этом самолете со смешанным крылом? Airbus построил прототип, чтобы выяснить это». Popular Mechanics . Получено 2023-02-12 .
^ «Будущее полета». Popular Science . Т. 263, № 5. Bonnier Corporation. Ноябрь 2003 г. С. 83–86.
^ "Будущий полет: Галерея следующего века в авиации". Popular Science . 2003-10-16 . Получено 2023-02-12 .
^ "Новый гигантский пассажирский авиалайнер Boeing 797 со смешанным крылом — вымысел!". TruthOrFiction.com . 17 марта 2015 г.
^ Кристенсен, Бретт М. (19 апреля 2012 г.). "Boeing 797 Hoax". Hoax-Slayer . Архивировано из оригинала 2012-04-23.
^ Базелер, Рэнди. «Авиапочта». Блоги Boeing: Randy's Journal, 1 ноября 2006 г. Дата обращения: 22 ноября 2012 г.
Дальнейшее чтение
Al Bowers (16 сентября 2000 г.). "Blended-wing-body: Design challenges for the 21st century". The Wing is The Thing . Архивировано из оригинала 2002-12-01.
V. Mukhopadhyay (апрель 2005 г.). Проектирование конструкции фюзеляжа Blended-Wing-Body (BWB) для снижения веса (PDF) . 46-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC по конструкциям, динамике конструкций и материалам. Сервер технических отчетов NASA .
«Самолет со смешанным крылом прошел испытания в аэродинамической трубе». New Scientist . 14 ноября 2005 г.
«Бесшумный самолет»: как это работает. BBC . 6 ноября 2006 г.
R. Vos; FJJMM Geuskens; MFM Hoogreef (апрель 2012 г.). "Новая концепция структурного проектирования кабин с кузовом типа Blended Wing". 53-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC по конструкциям, динамике конструкций и материалам . Архивировано из оригинала 22 июля 2018 г.
Концепция смешанного крыла. AVD20112012. 4 мая 2012 г. Архивировано из оригинала 21.12.2021 – через YouTube.
"X-48 Highlights". NASA . 18 апреля 2013 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2017 г. Получено 1 февраля 2011 г.
Йорг Фухте; Тилль Пфайффер; Пьер Давиде Чиампа; Бьорн Нагель; Фолькер Голлник (сентябрь 2014 г.). «Оптимизация доходного пространства смешанного крыла» (PDF) . 29-й конгресс Международного совета по авиационным наукам (ICAS 2014) .
.jpg/1280px-M2-F1_in_flight_(ECN-225).jpg)