《航空周刊》2015年7月7日刊文分析介紹未來(lái)的飛機(jī)面臨的挑戰(zhàn)。為了減少油耗和CO2排放，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比越來(lái)越大。
這給飛機(jī)設(shè)計(jì)師帶來(lái)一個(gè)難題，他們需要找到辦法解決在飛機(jī)上安裝越來(lái)越大的發(fā)動(dòng)機(jī)。如果吊裝在機(jī)翼下，起落架就要變得更長(zhǎng)、更重。還有就是更大的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙阻力和屏蔽發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。
當(dāng)他們?yōu)橄乱淮鍧嵃l(fā)動(dòng)機(jī)思考飛機(jī)布局時(shí)，有效集成超高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇范圍很窄。要么裝在飛機(jī)的機(jī)翼上，要么就裝在后機(jī)身上，即屏蔽噪聲又減降阻力。
將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)翼上方，與常理相悖，存在機(jī)艙與氣流干擾的不利因素。不過(guò)本田的輕型公務(wù)機(jī)采用了這種方式。洛克希德•馬丁公司通過(guò)計(jì)算分析認(rèn)為其翼身融合體(HWB)飛機(jī)概念的機(jī)翼后緣是最佳位置，比機(jī)翼下或機(jī)身后部都好，即使采用羅羅公司的巨大的超級(jí)風(fēng)扇齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
嵌入發(fā)動(dòng)機(jī)吞咽機(jī)身邊界層實(shí)現(xiàn)減阻的ONERA的NOVA概念
一個(gè)HWB模型將在美國(guó)航空航天局(NASA)蘭利研究中心的跨聲速風(fēng)洞于七月份進(jìn)行測(cè)試，試圖來(lái)確認(rèn)計(jì)算結(jié)果。同時(shí)，NASA與德國(guó)航空航天中心(DLR)簽署了一份協(xié)議，基于翼上和翼下渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的虛擬機(jī)，使用DLR此前利用VFW614(它有翼上發(fā)動(dòng)機(jī))獲得的聲學(xué)數(shù)據(jù)，生成高保真的噪音預(yù)測(cè)。
俄羅斯著名的空氣水動(dòng)力學(xué)(aerohydrodynamic，或稱地效)研究所(TsAGI)最近完成的采用大直徑渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在減小后掠角、降低層流阻力的機(jī)翼后緣的短途客機(jī)設(shè)計(jì)的風(fēng)洞試驗(yàn)。 TsAGI說(shuō)這種構(gòu)造降低了噪聲和起落架的重量，并通過(guò)保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)免遭跑道外來(lái)物損傷，提高了安全性。
法國(guó)航空航天研究中心(ONERA)正在為2025時(shí)間框架研究新的節(jié)油設(shè)計(jì)的中程客機(jī)，項(xiàng)目的資助方是法國(guó)國(guó)家研究署，旨在解決一體化超高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)。2017年和2018年，下一代ONERA通用飛機(jī)(NOVA)項(xiàng)目的兩個(gè)候選構(gòu)型的風(fēng)洞試驗(yàn)將達(dá)到高潮。
NOVA是一架180座級(jí)，名義用來(lái)替換空客A320的飛機(jī)。一種設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)仍然安裝在機(jī)翼下方，但機(jī)翼內(nèi)側(cè)增加上反角后形成一個(gè)“鷗型機(jī)翼”，以容納更大的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)而不加長(zhǎng)起落架。其它的設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)嵌入在尾部，在那里發(fā)動(dòng)機(jī)吞下流過(guò)機(jī)身的低能量附面層氣流和重新激勵(lì)減少阻力。
在X-飛機(jī)演示樣機(jī)將是一架Tecnam P2600T輕型雙活塞式飛機(jī)改裝成分布式電推進(jìn)翼
NOVA選擇的齒輪傳動(dòng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(GTF)，巡航時(shí)涵道比為16，而A320neo上的普惠PW1100G(也為GTF)的只有12。因?yàn)榧俣ㄔ?025年服役，ONERA自我限制機(jī)身和低機(jī)翼配置，但引入了幾個(gè)創(chuàng)新，包括與波音767的2-3-2座位布局相同的雙通道機(jī)身。
為了承受增壓載荷，橢圓截面結(jié)構(gòu)較重，但與單通道相比更寬的機(jī)身截面使長(zhǎng)度縮短了14%，所以代價(jià)并不大。因?yàn)闄C(jī)身寬，ONERA決定讓機(jī)身產(chǎn)生升力。項(xiàng)目受到Mark Drela D8的啟發(fā)，它是美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)為美國(guó)航空航天局開發(fā)的2035年時(shí)間框架“雙氣泡”客機(jī)概念。
ONERA選擇了高的展弦比13和更有效的向下導(dǎo)向的傾斜翼尖。在鷗翼設(shè)計(jì)中，內(nèi)側(cè)部分的上反角是12度、外側(cè)為5度。這樣節(jié)省了50厘米(20英寸)的主起落架長(zhǎng)度和250公斤重量。內(nèi)側(cè)大上反角增加機(jī)翼重量125公斤，而總體上重量卻是節(jié)省的。
鷗翼設(shè)計(jì)的其他特征是重量減輕的V型尾翼，窈窕的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙帶一個(gè)更低的唇口向前指向、用以減小來(lái)自未屏蔽的發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噪聲的“負(fù)圍巾”式進(jìn)氣道。 ONERA看到，使用GTF的變截面風(fēng)扇排氣口，在巡航時(shí)提供一個(gè)小的推力矢量角，減少尾部負(fù)升力帶來(lái)的配平阻力。
邊界層吞咽(BLI)構(gòu)造類似于MIT的D8，但有一個(gè)常規(guī)T尾。根據(jù)NOVA研究，將與MD-80后機(jī)身尾吊UHBR發(fā)動(dòng)機(jī)為參照的布局作比較。在BLI設(shè)計(jì)中，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)體的40%埋藏在后機(jī)身中。GTF發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的風(fēng)扇直徑和噴口面積，但相比于所吸入的較低的空氣流量，進(jìn)氣道過(guò)大。為了匹配進(jìn)氣道的坡道，短艙較長(zhǎng)。
推進(jìn)機(jī)身概念由風(fēng)扇在尾部吞咽機(jī)身邊界層并對(duì)其加入能量。
BLI布局的研究一直在進(jìn)行，以確定設(shè)計(jì)的阻力、重量和效率影響。ONERA也在研究一個(gè)變?cè)６蕊L(fēng)扇，能夠工作時(shí)部分浸沒(méi)在邊界層氣流中，風(fēng)扇噴口工作狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)沖擊波。在巡航時(shí)，風(fēng)扇噴口通常會(huì)受到?jīng)_擊，而在外部發(fā)生的事情不會(huì)影響到內(nèi)部。但UHBR的風(fēng)扇壓比是太低，外部的空氣動(dòng)力會(huì)與風(fēng)扇偶合。
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