三等奖 “中国星”超大型可变翼飞翼布局客机.docx

中国星超大型可变翼飞翼布局客机  HYPERLINK ??2008年10月08日 17:12??新浪航空 中国星超大型可变翼飞翼布局客机 中国星超大型可变翼飞翼布局客机 中国星超大型可变翼飞翼布局客机 中国星超大型可变翼飞翼布局客机 　　凌维安 王全平 　　面对21世纪燃油价格日趋上涨，人们对环境保护的要求愈加严格。人们对民用航空的期望已经不仅仅局限于飞行更安全、速度更快、乘坐更舒适这样的对客机的基本要求。因此，人们会提出对客机的能源消耗以及污染气体和噪音的排放等关乎生态可持续发展更高层次的要求。 　　为了迎合人们这种要求，同时面临着来自空客公司A380客机对民用航空市场的巨大冲击，波音公司提出了“翼身合一”(blended-wingbody,缩写BWB)的客机设计理念，并制作出了X-48试验验证机进行研究。但该验证机也暴露了诸如容易出现俯仰和偏航失速、操纵面设计和控制困难、各种控制系统高度非线性和高度耦合及结构承压高于传统布局客机等技术难题。 　　立足于飞翼布局这一基本概念，针对波音公司X-48的不足，运用正在兴起的必威体育精装版科技，我们设计了“中国星”超大型可变翼飞翼布局客机(下文简称“中国星”)，为中国不远的未来超大型客机的发展做了探索性的设计研究。 　　0.“中国星”概述 　　“中国星”有效座位数为1000座级，巡航马赫数为0.88，最大航程为14000公里。飞机装有两台采用两台860千牛低功耗静音涡扇发动机。飞机为整体翼身融合，其中机翼采用了先进的“智能可变翼”技术，实现机翼在空间的多自由度变形。机身尾部也利用“智能可变翼”技术实现全动“智能全动襟翼”。此外“中国星”还采用了先进的控制和导航系统。 　　1.“中国星”气动特性设计研究 　　1.1“流线型翼身融合”整体设计 　　众所周知，翼身融合技术已经在军用轰炸机中得到实现，其中最著名的是美国的B-2和F-117隐身轰炸机。客机中翼身融合技术在上世纪九十年代末美国也进行了研究。“中国星”采用翼身融合技术，包括机身总体为“后缘扩张翼型”，机体能直接提供升力。同时，“后缘扩张翼型”能明显减弱激波，增大升阻比。机体表面光滑平整，无平尾垂尾附加装置，大大减小了零升阻力。从而降低了飞机单位公里油耗。 　　1.2“智能可变翼”技术 　　为了兼顾飞机的高速巡航和低速飞行性能，“中国星”运用了“智能可变翼”技术(图1.1)。使得机翼能够在空间实现多自由度的变形。“智能可变翼”采用必威体育精装版发展的压电材料为驱动器和传感器，可伸缩弹性硅树脂蒙皮，并用钛合金和刚材料网线加强。利用中央大规模计算机做中心控制。实现机翼在高速巡航和低速飞行下，翼展和翼尖小翼状态的变化。 　　图1.1 “智能可变翼”技术 　　同时，机翼表面能实现自适应鼓包，压电材料通过对外界气流的捕获，将信号传回中央计算机，在通过电流驱动，实现在当前气流状态下，最适合的气动形状，来获得最大升阻比。 　　图1.2“中国星”低速飞行状态 　　我们特别给出了飞机低速飞行状态和高速巡航状态(图1.2)(图1.3)。在低速飞行状态下，飞机展长可以达到125米，到了高速巡航状态下，为86米。当飞机为于机场候机状态时，也可以收起长翼展，增加机场空间。翼尖小翼也具有感知外界气流能力，从而做出最有利上反角，减小诱导阻力。 　　图1.3“中国星”高速飞行状态 　　特别要指出的是，“中国星”机身后部为“智能全动襟翼”(图1.4)，能够提供一定的下弯角，从而在飞机起飞时，有效增加升力系数，使得“中国星”在起飞时的滑跑距离大大缩短。在高速飞行时，可以该回平面，减小废阻。由于“智能全动襟翼”是通过智能材料变形，没有传统襟翼的缝隙，因此对飞机的气动特性更加有利。同时“智能全动襟翼”还能够起到全动舵平面的作用，提供飞机的纵向稳定性。 　　图1.4“智能全动襟翼” 　　1.3“主动非线性涡升力”技术 　　由于采用了“智能可变翼”技术，因此机翼的两侧前缘可以主动形成沟槽，使得气流从两侧前缘经过会产生脱体涡，这种涡可以为飞机提供额外的非线性升力。另外由于，表面压电传感器的捕获流场作用，又可以通过改变沟槽形状来获得，最满意的非线性升力，从而使飞机得到最满意的升阻比。 　　2.“中国星”推进系统设计研究 　　“中国星”装有两台860千牛低功耗静音涡扇发动机。具体利用下列必威体育精装版技术实现。 　　2.1变循环发动机技术 　　两台发动机均为变循环发动机，其可通过改变发动机一些部件的几何形状或位置来改变其热力循环, 在各种飞行条件和工作状态下提供良好的性能。变循环发动机可自发改变涵道比, 在低速飞行时加大涵道比, 以降低耗油率。在高速飞行时减小涵道比, 以增大推力。 　　2.2多电发动机技术 　　“中国星”涡轮发动机上用主动磁浮轴承系统代替传统的滚动轴承系统,用安装在主轴