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越来越大的发动机挑战传统客机设计

发布日期:2017-01-29  来源:航空工业信息网我要投稿我要评论

《航空周刊》2015年7月7日刊文分析介绍未来的飞机面临的挑战。为了减少油耗和CO2排放,涡轮风扇发动机的涵道比越来越大。

这给飞机设计师带来一个难题,他们需要找到办法解决在飞机上安装越来越大的发动机。如果吊装在机翼下,起落架就要变得更长、更重。还有就是更大的发动机短舱阻力和屏蔽发动机噪声。

当他们为下一代清洁发动机思考飞机布局时,有效集成超高涵道比发动机的选择范围很窄。要么装在飞机的机翼上,要么就装在后机身上,即屏蔽噪声又减降阻力。

将发动机安装在机翼上方,与常理相悖,存在机舱与气流干扰的不利因素。不过本田的轻型公务机采用了这种方式。洛克希德•马丁公司通过计算分析认为其翼身融合体(HWB)飞机概念的机翼后缘是最佳位置,比机翼下或机身后部都好,即使采用罗罗公司的巨大的超级风扇齿轮传动涡轮风扇发动机。

越来越大的发动机挑战传统客机设计

嵌入发动机吞咽机身边界层实现减阻的ONERA的NOVA概念

一个HWB模型将在美国航空航天局(NASA)兰利研究中心的跨声速风洞于七月份进行测试,试图来确认计算结果。同时,NASA与德国航空航天中心(DLR)签署了一份协议,基于翼上和翼下涡轮风扇发动机的虚拟机,使用DLR此前利用VFW614(它有翼上发动机)获得的声学数据,生成高保真的噪音预测。

俄罗斯著名的空气水动力学(aerohydrodynamic,或称地效)研究所(TsAGI)最近完成的采用大直径涡轮风扇发动机安装在减小后掠角、降低层流阻力的机翼后缘的短途客机设计的风洞试验。 TsAGI说这种构造降低了噪声和起落架的重量,并通过保护发动机免遭跑道外来物损伤,提高了安全性。

法国航空航天研究中心(ONERA)正在为2025时间框架研究新的节油设计的中程客机,项目的资助方是法国国家研究署,旨在解决一体化超高涵道比发动机的挑战。2017年和2018年,下一代ONERA通用飞机(NOVA)项目的两个候选构型的风洞试验将达到高潮。

NOVA是一架180座级,名义用来替换空客A320的飞机。一种设计是发动机仍然安装在机翼下方,但机翼内侧增加上反角后形成一个“鸥型机翼”,以容纳更大的涡轮风扇发动机而不加长起落架。其它的设计是发动机嵌入在尾部,在那里发动机吞下流过机身的低能量附面层气流和重新激励减少阻力。

越来越大的发动机挑战传统客机设计

在X-飞机演示样机将是一架Tecnam P2600T轻型双活塞式飞机改装成分布式电推进翼

NOVA选择的齿轮传动涡轮风扇发动机(GTF),巡航时涵道比为16,而A320neo上的普惠PW1100G(也为GTF)的只有12。因为假定在2025年服役,ONERA自我限制机身和低机翼配置,但引入了几个创新,包括与波音767的2-3-2座位布局相同的双通道机身。

为了承受增压载荷,椭圆截面结构较重,但与单通道相比更宽的机身截面使长度缩短了14%,所以代价并不大。因为机身宽,ONERA决定让机身产生升力。项目受到Mark Drela D8的启发,它是美国麻省理工学院(MIT)为美国航空航天局开发的2035年时间框架“双气泡”客机概念。

ONERA选择了高的展弦比13和更有效的向下导向的倾斜翼尖。在鸥翼设计中,内侧部分的上反角是12度、外侧为5度。这样节省了50厘米(20英寸)的主起落架长度和250公斤重量。内侧大上反角增加机翼重量125公斤,而总体上重量却是节省的。

鸥翼设计的其他特征是重量减轻的V型尾翼,窈窕的发动机短舱带一个更低的唇口向前指向、用以减小来自未屏蔽的发动机的风扇噪声的“负围巾”式进气道。 ONERA看到,使用GTF的变截面风扇排气口,在巡航时提供一个小的推力矢量角,减少尾部负升力带来的配平阻力。

边界层吞咽(BLI)构造类似于MIT的D8,但有一个常规T尾。根据NOVA研究,将与MD-80后机身尾吊UHBR发动机为参照的布局作比较。在BLI设计中,涡轮风扇发动机体的40%埋藏在后机身中。GTF发动机具有相同的风扇直径和喷口面积,但相比于所吸入的较低的空气流量,进气道过大。为了匹配进气道的坡道,短舱较长。

越来越大的发动机挑战传统客机设计

推进机身概念由风扇在尾部吞咽机身边界层并对其加入能量。

BLI布局的研究一直在进行,以确定设计的阻力、重量和效率影响。ONERA也在研究一个变裕度风扇,能够工作时部分浸没在边界层气流中,风扇喷口工作状态不会出现冲击波。在巡航时,风扇喷口通常会受到冲击,而在外部发生的事情不会影响到内部。但UHBR的风扇压比是太低,外部的空气动力会与风扇偶合。

 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/201701/29/22508.html
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