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未来生态环保型飞机  

2010-05-19 16:10:32|  分类: 新鲜科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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未来生态环保型飞机 - vividscience - VividScience

麻省学院的D型“两个泡泡”系列设计概念基于改进过的“管状机身和一对后倾机翼”结构,机身更加宽大,可以提供额外的升

力。这款机型可用于国内航班,载客180人,客舱空间比波音737-800宽大。 麻省理工学院/极光飞行科学公司 供图

未来生态环保型飞机 - vividscience - VividScience

麻省理工学院研发团队还向航空航天局展示了H型“混合机体”系列,替换目前飞国际航线的波音777。三角形的混合机体,机身与机翼成相应的角度,空气动力性能更佳。更大的机身提供向前的升力这样就可以省去机尾来保持平衡了。该机型设计载客量为350人。

       一个由麻省理工学院领导的带科研团队设计出一款绿色环保飞机,据估计,该飞机所用燃料比目前的飞机节省70%,还能减少噪音和氮氧化物(NOx)排放。这一研发成果可能将为彻底变革商业飞行奠定基础。

       这一设计是由航空航天系的教师主持的,上个月向美国国家航空航天局(NASA)作了展示。该团队的设计有两件,作为与美国国家航空航天局签订的总额为210万美元协议的一部分,用来开发环保和性能兼顾的概念型运载工具,以帮助引导该局未来25年的航空动力研究。这项代号为“N+3”的研发项目意思是当今商业运输机三代之后的机型,旨在寻找研发未来机型的关键技术,比如先进的机身配置和推进系统,以便更绿色环保的飞机能在2035年飞向蓝天。

       2008年,在与航空航天局签订协议的六支研发团队中,麻省理工学院成为仅有的大学团队。 这六支队伍中,有四支分别由麻省理工、波音、通用电气航空公司以及诺斯洛普·格鲁门公司率领,研究亚音速(速度低于音速)商业概念机型;而由波音和洛克希德·马丁公司分别领衔的研发团队研究超音速(速度高于音速)的商业概念机型。由航空航天系师生领导的这支团队,项目带头人是H·纳尔逊航空航天学教授埃德·格莱策,其他成员还包括极光飞行科学公司以及普惠发动机公司。

       他们的目标是开发出比现有商业机型更安静、能耗少70%,氮氧化物排放量减少75%的亚音速概念机型,同时评估这种机型的潜力。美国国家航空航天局还希望研发一种能短距离起飞的机型。据格莱策介绍说,设计一种能够满足航空航天局苛刻标准的机型以满足2035年空中旅行的变化需要“彻底的变革”,因为到那里空中交通将是现在的两倍。虽然过去半个世纪以来,汽车的设计一直在花样翻新,但是“在同一个时期,飞机的大体外形并没有发生太大的变化,”他说道,飞机的外形基本上是传统的“管状机身和一对后倾机翼”结构,外观极易辨别。

两种机型,两种用途

       为此,麻省理工学院开发出两种不同的机型以满航空航天局的标准:180座的D型“两个泡泡”系列,替换目前飞国内航线的波音737系列;以及350座H型“混合机体”系列,替换目前飞国际航线的波音777系列。

       工程师们通过对传统机身结构作了重新配置,开发出D系列。该机型不再使用单体圆柱形机身,而改用两个半圆柱形机身并排的设计,这样形成了更宽大的结构,从横截面上看,有如两个连在一起的肥皂泡。他们还将引擎从机翼下方移至机身后部。通常运输飞机的引擎吸入高速平缓的气流,而D系列引擎的不同之处在于,它吸入的气流是机身压迫产生的,更为舒缓。这项技术被称为边界层吸入(BLI),使引擎在推力不变的前提下减少燃料消耗,不过这项设计也有一些不足之处,比如更易使引擎疲劳。

       马克·德雷拉是特里·L·科勒流体动力学教授和D系列首席设计师,他介绍说,机身设计为弥补BLI 技术的不足,将设计时速降至比737低10%。为进一步减少飞行时间和所消耗燃料,D系列采用更长更薄的机翼和更小的机尾。就单个机尾来说,可能并没有什么突出的变化,但是“区区5%的改变就足以产生很大不同,”德雷拉说。虽然这种飞机速度比737稍慢,但是多出来的这部分时间可以被更快的装货卸货时间所抵消,因为这种飞机的机身更为宽大。

       D系列机型不仅达到了航空航天局对长途飞机燃料消耗、减少排放和跑道长度的要求,在不久的将来,它还能够带来更大的益处,因为麻省理工学院研发团队设计了两个不同版本:减少70%能耗的高技术版以及普通版,能够运用目前的铝制机身和引擎技术减少一半的能耗,对于低风险、短途的飞行更有竞争力。

       卡尔·布勒松是联邦航空管理局环境与能源处主任。他认为,除了“确实很环保,”D系列设计非常优秀还在于它的机身与传统飞机很相似,相比更激进的设计,更易于同已有的机场设施配套。他说:“设计师必须考虑到如何才能与机场设施相配套。根据其他设计,飞机的外形太怪异了,机场门必须重新设计才能容纳。”

       尽管H系列采用了D系列的多数技术,包括BLI,但是为满足更多载客量和更长飞行距离的要求,机体必须变得更大。麻省理工学院研发团队为此设计了三角形的混合机体,机身与机翼成相应的角度,空气动力性能更佳。更大的机身提供向前的升力这样就可以省去机尾来保持平衡了。

       大机体也给了设计师发挥的空间以探索各种不同的推进结构,比如合理分配多台小引擎。尽管H系列达到了航空航天局的减排和跑道要求,研究人员称,他们还将继续改进这些设计来达到航空航天局提出的其他目标。

       接下来的几个月,麻省理工学院的研发团队将等待航空航天局的消息,以确认他们的设计是否进入下一轮。入选的一至两支亚音速研发团队将在2011年获得更多的拨款对第一轮入选方案进行进一步的研究开发。研究人员承认,还有一些推进系统技术问题需要作进一步的探讨。他们已经提出,运用航空航天局的大型风洞来评估推进系统与新机型的动力关系。即使他们的设计方案进不了下一轮,研究人员还是希望进一步加以完善,包括在校内怀特兄弟风洞内测试更小的模型,以及与制造商协同探索将概念设计变成现实的问题。

       http://vividscience.org/2010/05/19/environmental-protection-areoplane.html

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