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中英合作培養大飛機和發動機設計人才
據英國《商業周刊》報道 ,中國航空工業第一集團公司與英國克蘭菲爾德大學簽署協議 ,為中國培養 150名飛機設計和發動機設計專業的工程師 ,他們將成為中國大飛機的設計骨干。該校將在 3年內 ,每年接收 25名飛機設計專業和 25名發動機設計專業的中國工程師 ,提供研究生水平的教育。
文章編號 :100026893 (2008) 0320562211
特邀
高經濟性靜音中航程民機設計方法討論
朱自強 ,王曉璐 ,吳宗成 ,陳澤民 (北京航空航天大學航空科學與工程學院 ,北京 100083)
Discussion of Design Methods for Silent and Fuel Efficient Medium Range Civil Transport
Zhu Ziqiang , Wang Xiaolu , Wu Zongcheng , Chen Zemin
(School of Aeronautic Science and Engineering , Beijing University of Aeronautics and
Astronautics , Beijing 100083 , China)
The goal of silent aircraft initiative is to design a conceptual aircraft , which is inaudible outside the airport perimeter and also
in fuel efficiency and emission control superior to present and future conventional aircraft. By introducing three generations of conceptual silent aircraft experiment (SAX) , this paper discussed the design method and enabling technology , including a quasi23D design method with fast turnaround time and adequate fideli2 ty ; aerodynamic design of the blended wing body by optimally shaping its centerbody ; deployed drooped leading edge and trailing edge brushes of the outer wing; distributed multi2fan embedded turbofan with boundary layer ingestion;thrust vectoring nozzle with variable exit area; advanced acoustic linears; and faired undercarriage , etc. Finally , the resulting conceptual aircraft design , SAX240 , yields a calculated noise level of 61 dBA at the airport perimeter , which is close to the background noise in a well populated ar2 ea and imperceptible to the human ear on takeoff and landing. SAX240 also has the potential for a reduced fuel burn of 124 passenger2miles per gallon.
摘 要 :人們已愈來愈重視工業產品對環境的影響。人們直接感受民機對環境的影響首先是機場周邊的噪聲。靜音飛機預案的研究目標是設計一種飛機 ,在機場周邊聽不見其響聲 ,且油耗和排污指標優于現有的和正在設計的其他飛機。通過介紹 SAX(Silent Aircraft eXperiment)三代概念機的研究進程 ,討論了靜音飛機設計的方法和使用的關鍵技術 ,包括具有一定準確度的快速翼身融合體準三維設計方法
;具有最佳中央體外形的融合體氣動外形設計 ;可平滑下彎的外翼前緣和后緣刷
;分布、埋入式多風扇可吞吸邊界層的發動機組 ;噴口截面可變的推力矢量噴管 ;先進的隔音襯管 ;整流的起落架等。最終的概念機 SAX240實現了在機場周邊的最大噪聲計算值為 61 dBA,接近于稠密居民區的背景噪聲 ,且使機場周邊的人們不易感覺到飛機的起飛/進場。其油耗經濟性亦達到了 124座
Key words : silent aircraft ; civil transport design; aerodynamic design
溫室效應引起的全球氣候變暖及能源危機等關注的程度 ,首先應解決噪聲問題 [2]。圖 1為對 引起了人們對于工業產品對環境影響的高度重100多個航空公司調研得出的未來購機關鍵因素視。空中旅行對環境的影響也是各國公眾十分關權重變化圖 [3]。可見 ,低噪聲、低排污物是 11個注的問題 ,提出了應通過飛機設計使空中旅行成關鍵因素中權重增大最多的兩個 ,這將直接影響為綠色的概念而給民機設計帶來了巨大的沖未來民機的設計和制造。本文將以 SAX ( Silent 擊[1]。空中旅行對環境的影響主要表現為 :①機Aircraft eXperiment)240概念飛機方案來討論靜場周邊的噪聲 ;②機場周邊的空氣質量 (發動機排音又經濟的中航程民機的設計方法、關鍵技術及污);③高空的空氣質量和對氣候的影響。按公眾需要解決的難題。
收稿日期 :2007211214 ;修訂日期 :2008201207
基金項目 :國家自然科學基金 (10472013) ;航空科學基金 (04A51044)
通訊作者 :朱自強 E2mail :zhuzq @buaa. edu. cn
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圖 1 航空公司購機因素
Fig1 1 Criteria of airlines for purchasing airplanes
1 SAX240中航程概念飛機簡介
靜音飛機預案 ( Silent Aircraft Initiative , SA I)是英國劍橋大學 ( CU)和美國麻省理工學院 (MIT)的聯合研究所 ( CMI)以及飛機制造公司、航空公司、機場管理等方面的專家、學者及相關官員組成的聯合體進行了三年多學科合作的成
果[425]
布置 ),航程 9 265 km (5 000 nm) ,巡航 Ma = 01 8。在盡可能使用工業界已有的設計軟件、設計工具的基礎上 ,通過此飛機的概念設計 ,在新的設計空間中發展和建立新模型和新方法 ,特別是在噪聲的估計、測定和驗證方面 ,形成新思想、新概念和可能具有風險的新技術 ,并研究如何來降低風險。
2 實現設計目標可能性的分析和設計思想的形成
圖 2給出了設計目標的巨大挑戰性 :降噪的指標是否有解 ?油耗經濟性目標較現有民機能否有較大提高 ?為此 ,首先分析已有飛機的噪聲源 ,由表示起飛和進場時噪聲分布的圖 3可知 ,起飛時主要應抑制和減少發動機風扇的前、后向噪聲和噴流噪聲的傳播 ,而進場時還需大力減少機體的噪聲。為實現降噪目標在設計中應盡可能 : ①降低發動機的所有噪聲 ,重點是風扇和噴流 ; ②采取機體 /發動機更為融合的外形 ;③采用機體來屏蔽發動機的噪聲和提供布置發動機隔音襯管的空間 ;④進場時需要安靜的高升力和阻力 ;
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