麻省理工学院设计环保飞机 机舱比波音737宽

民航

2010-05-27 网易探索 

 

 

 

　　图1：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。

　网易探索5月27日报道 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。

 

 

　　图2：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。

 

 

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。

　　美国联邦航空管理局环境与能源处主任卡尔·布勒松认为，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（NASA）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。

　　本文译自/麻省理工官网 译/易言