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未来飞机之美不仅在于外

发布时间:2013-04-10  原作者:Armstrong   点击数:

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  NASA 一项为期 18 个月的研究将未来客机的概念呈现在您眼前,这些概念设计并没有来自科幻小说般的怪异外形,乍看上去与现在的客机没什么不同。本文所展示的是四个工业团队为 NASA 基础航空计划进行先进概念研究的成果,完成于 2010 年 4 月。

  仔细观察后你会发现这些可能在 20 至 25 年后投入运营概念性设计完全不同于今天的客机。

  这些设计的外表之下采用了突破性的机身和推进技术,有助于未来商用飞机大大提高安静性、清洁性、燃油效率,以及乘客舒适度方面的表现,并能使用美国国内更多的机场。

  你可以在这些飞机上看到诸如形状记忆合金、陶瓷或纤维复合材料、碳纳米管或光纤、自修复蒙皮、混合动力发动机、折叠翼、双机身和虚拟现实舷窗等超现代科技。

  “站在这些飞机旁,你可能无法说出它与今天客机的不同之处,但在表象之下却有着革命性的改进。”NASA维吉尼亚州汉普顿兰利研究中心负责基础航空计划亚音速固定翼项目的科学家理查德.华尔斯说,“技术之美不仅仅在于外表。”

  2008 年 10 月,NASA 要求工业界和学术界展望未来,研究先进客机概念,要求能同时满足 2030 年及以后的未来商用运输需求以及能源效率、环保和运营方面的指标。这个研究的目的是确定未来客机先进机身和推进系统所需的关键技术。

优中选精

为了寻求一个能应付各种挑战的解决方案,往往需要从许多方案中进行遴选直到只剩几个。这张图片显示的就是工业团队和学术界研究员为了达到 NASA 航空研究任务委员会所设立的 20~25 年后商用飞机的环保和性能目标而进行的遴选过程

  NASA 眼中 2030 年代的飞机与现在运营的客机相比有以下的不同之处:

  噪音比目前联邦航空局标准低 71 分贝,目的是将有害噪音限制在机场周围。排放比现在国际民用航空组织航空环境保护委员会第六次会议(CAEP/6)规定的氮氧化物排放标准减少了 75% 以上,目的在于改善机场周围的空气质量。

  燃油消耗降低 70% 以上,有助于减少温室气体排放和航空旅行费用。

  小型机场起降能力,可以优化使用大都市区域的多个机场跑道,作为减少空中交通拥挤和延误的手段。

  这 4 个团队分别由通用电气、麻省理工、诺斯罗普.格鲁曼和波音公司组建。他们提交的最终概念报告有以下的特点:

  通用电气航空系统公司团队构思了一种 20 座小型客机,能使用支线机场实现点对点旅行,以改善大城市枢纽机场的拥挤状况。这架飞机有一个椭圆形的机身,客舱横向安排 4 个全尺寸座椅。其他的特点还包括能使气流平滑流过所有表面的机身外形,以及依靠燃料电池提供电力的先进电子设备。该机的先进涡轮螺旋桨发动机配合低噪音螺旋桨,可以进一步降低噪音并能为短距起飞和快速爬升提供充足的动力。

 

机小鬼大

这个概念来自通用电气航空系统公司团队。该设计比现在同级别飞机轻得多,而且气动性能更好,20 座的设计可以减少燃料消耗和噪音,并能像商务喷气机般来往于 1,300 多座机场。它还有超静音涡轮螺旋桨发动机,虚拟现实舷窗,可在 0.55 马赫飞行 1,500 公里。

  凭借其 180 座 D8“双泡泡”构型,麻省理工学院的技术团队带来了最反常规的设计,他们把两个机体融合在一起并在尾部安装 3 个涡扇发动机。麻省理工学院概念的重要组成部分在于采用复合材料降低重量以及超高旁通比(与今天的发动机相比,核心机直径大大小于风扇直径)的涡扇发动机提供更大的有效推力。与今天发动机直径不断增大的设计趋势相反,麻省理工学院是通过控制发动机总体直径的同时减小尾喷管直径来提高旁通比的。该团队说D8的载客量与波音 737-800 相同,但 D8 不同寻常的机身使得客舱比 737 更为宽敞。

 

双泡泡 D8

“双泡泡 D8”系列概念设计是麻省理工学院研究团队提出的。很宽的机身像是被挤扁的圆筒可以提供额外的升力,低后掠角机翼减少了阻力和重量,机身尾部安装了嵌入式发动机。D8 系列飞机将用于国内航线,设计可载客 180 人,以 0.74 马赫巡航速度飞 5,500 公里,并且客舱远比波音 737-800 宽敞。D8 是 2010 年 4 月提交给 NASA,是 NASA 研究通告资助的 2030-2035 间可服役先进商用飞机众多概念设计中的一个

  诺斯罗普.格鲁曼团队预计在未来一种 120 座小型客机的需求量最大,该机专为较短跑道的机场设计,可以扩大客流量减少航班延误。团队描述其静音高效低排放的商用运输机(缩写为 SELECT)概念是“在性能而不是外形上的革命。”SELECT 的机身和超高涵道比推进系统结构突出使用了陶瓷复合材料,纳米技术和形状记忆合金。这架飞机可以使用短至 1,500 米的跑道,适应更广泛的航空交通地理分布,在很大程度上实现了环保和运营目标。

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