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西北工业大学“翼身融合布局民机核心技术研究”取得重大原创性成果
发布时间:2019-10-29 07:50:53 作者:赵珍 郭友军 来源:党委宣传部 已浏览:

西工大新闻网10月29日电(记者 赵珍 摄影记者 郭友军)10月24日,西北工业大学“翼身融合布局民机核心设计技术取得重大原创性研究成果”媒体记者见面会举行。由我校牵头的国内“翼身融合民机技术研究团队”发布了重大科研成果——在民机相关项目的支持下,经过十余年的潜心研究,在翼身融合布局民机总体综合设计技术方面取得重大原创性研究成果。其部分核心技术指标达到国际领先水平。

魔方娱乐见面会现场,团队老师介绍研究成果

什么是翼身融合布局民机?

魔方娱乐如果有一架未来的大飞机,它的机身和机翼看起来融为一体,没有明显的分界,尾翼小了很多,发动机位于飞机的尾部而不是机翼下,流线型的宽扁机身仿佛一只蓝鲸……这样的飞机,你会乘坐它吗?

NPU- 300设计概念图

在航空领域,这种机翼、机身融合的飞机,被称为翼身融合布局(简称BWB)。

而目前国际通用的民航飞机,则是筒身-机翼型传统布局,它是由一个类似圆柱形的机身,再加上机翼、尾翼、发动机等所构成,机身和机翼之间的界限明显。然而,这种传统布局飞机经过数十年的发展,其空气动力效率的发挥已经接近极限。

翼身融合布局的机身和机翼融为一体,极具流线感的外形设计,让该型飞机在空气中具有传统飞机所不能企及的飞行性能,其气动效率高、结构重量轻、装载空间大,不但节能环保,还能有效降低噪音和发动机有害气体排放。世界民航组织、美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局均认为,翼身融合布局民机是有望实现未来绿色航空“经济、环保、舒适、安全”要求的民机革命性技术之一。

魔方娱乐正因如此,翼身融合布局民机的设计技术,多年来也成为国际航空界争相研究的领域。

魔方娱乐本次发布会上,西工大牵头的国内团队,在翼身融合布局民机总体综合设计技术方面取得重大原创性研究成果。其部分核心技术指标达到国际领先水平。该机型的一些主要关键技术已经系统开展了地面试验验证,并即将进入关键技术的集成验证和试飞验证阶段。2019年9月和10月,航空学报编辑部分别在中英文版《航空学报》和CJA(Chinese Journal of Aeronautics)专栏发表了这一研究成果。

团队部分核心成员(从左到右陈真利、陶于金、桑为民、张彬乾、李栋、张永杰、刘珊、张怡哲、袁昌盛)

翼身融合布局飞机是未来大型客机的发展方向

魔方娱乐“目前,国际上通用的筒身-机翼构型的大型民用飞机,升阻比的极限在20左右,进一步提升的余地极其有限。”西北工业大学力学与土木学院院长、翼身融合布局民机研究团队负责人李栋教授介绍。

所谓升阻比,即飞机飞行时升力与阻力之比,是表示飞机气动效率的一个重要参数,升阻比越高,飞机的气动效率就越高,飞机的巡航飞行性能就越好。

然而,从民用航空的发展趋势来看,传统的筒身-机翼构型飞机由于布局的局限,升阻比无法继续有质的提升,导致其油耗、噪声、排放等环保指标无法进一步降低,不能满足日益增长的节能、降噪、减排等发展需求。

魔方娱乐为了进一步推动民用航空发展,国际航空界都在寻找新的飞机布局。

魔方娱乐20世纪90年代以来,NASA、波音、空客纷纷将翼身融合布局飞机定位为“确保未来宽体客机市场“的可行方案之一,并通过一系列国家层面的发展计划支持,开展了持续、系统、深入的研究。翼身融合布局飞机已俨然成为未来宽体客机的优先发展方向。

西工大攻克了翼身融合民机技术的核心难题

翼身融合布局民机研究团队原负责人、西北工业大学航空学院教授张彬乾剖析,研制翼身融合布局民机,主要有两个核心问题需要解决,一是设计方案的应用可行性问题,需重点解决如何在突出高气动效率的同时,满足起降、噪声、应急疏散、舒适性等要求;二是翼身融合布局民机特殊形状的增压客舱结构及其减重问题。

目前,国际上几个代表性概念方案,高速巡航性能都很好,但分别存在起降性能不高;宽短机身不易布置逃生舱门,无法达到世界民航组织规定的90秒应急撤离要求;过宽的客舱影响乘坐舒适性;增压客舱结构及其减重技术未突破等问题。因此,距工程应用仍有较大差距。

以西北工业大学为核心的国内翼身融合布局民机研究团队,汇集了航空院所、相关高校的优势力量,围绕翼身融合布局民机发展的核心技术挑战,脚踏实地,攻克了一个个技术难关。

魔方娱乐所完成的NPU-300概念方案基本解决了应用可行性问题。经气动数值模拟和风洞试验、应急疏散仿真、飞行模拟仿真等验证表明,该方案不仅具有优异的高速巡航性能,起降性能显著提高;机身两侧均匀布置了8个舱门,很好地满足了90秒黄金逃生标准要求;客舱更少的每排座位设计使之具有良好的乘坐舒适性。整体性能达到了国际先进水平,部分指标处于领先地位。

概念机型已初步满足新一代民机要求

魔方娱乐在西北工业大学未来飞行器研究中心,李栋教授正注视着NPU-300仿真模型。从侧面看去,这架飞机的“背部”平整光滑,机翼与机身融为一体,“腹部”微微向下鼓起——这便是它的机舱。

李栋和飞机模型照片

正因为这种独特的设计,NPU-300还具有强大的装载能力,设计载客300名或载重40吨、航程13000公里。

“根据国内外同类型飞机公开的数据来看,我们的NPU-300在诸多性能上,是有较明显优势的。”李栋说。

NPU-300机舱内上部为乘客区域,下部为载货区域

对于这个孕育了十几年的“宝贝”,研究团队如此描述:“从研究结果看,该款概念方案已初步满足了新一代民机经济性、环保性、舒适性、安全性的要求,比目前的筒体-机翼构型飞机具有质的飞跃。”

坚持自主创新,不迷信、不模仿国外技术

从翼身融合布局民机概念的提出,到核心技术的攻关,再到关键技术突破,以西工大为核心的研究团队,十几年来坚持自主创新的发展理念,脚踏实地、严谨务实、追求卓越。

团队集中国内大飞机技术研究的主要力量,形成了产学研结合的协同创新机制。西北工业大学与中国商飞、航空工业集团、北京航空航天大学等多家研究机构和院校,强强联合,优势互补,经过长期合作,形成了坚持自主创新、不迷信模仿、追求卓越、团结拼搏的产学研协同创新研究团队,为翼身融合布局民机研究的深入和工程化,培养储备了大量高水平人才。

魔方娱乐经过长期的探索和培养,在西工大已经形成了老中青教师梯队分布、专业覆盖全面的核心研究团队。

魔方娱乐张彬乾说:“一款大飞机从概念提出到市场化应用,是一个漫长的过程,需要几十年、几代人的接力奋斗,这就需要我们培养好科研人才、建设好科研队伍。让年轻人在科研中不断得到锻炼和成长。“

魔方娱乐张彬乾教授与博士生讨论

努力成为世界民机发展的领跑者和标准制定者

经过几代人的努力,我国大型客机的研发取得了举世瞩目的发展。ARJ-21运行、C919试飞成功,都是我国民用大飞机的里程碑成果。不过,不可否认的是,要在民用大飞机领域形成与欧美三足鼎立的格局,我国的民用航空发展仍然要面临巨大挑战。

新一代翼身融合布局民机技术,是世界民用航空的潜在未来,推进该技术发展将有可能使我国在民用大飞机领域实现跨越发展,成为技术的领跑者和标准的制定者,并带动相关一系列科技产业的发展,提升我国在未来民机市场的核心竞争力。

接下来,翼身融合布局民机关键设计技术的集成与飞行验证工作将进一步展开,研究团队将结合西工大在无人机研究领域的技术优势,加速开展NPU-300缩比无人机飞行验证。

李栋说:“我们预计用15年左右的时间,分步实施,从较小尺寸的无人机试飞到大尺寸的无人机飞行验证,加速推动翼身融合民机技术的进一步成熟,期望通过关键技术的集成验证,促进翼身融合民机从概念方案和关键技术研究向型号预研的转变,以期尽快为国家大型民用飞机发展服务。”

(审稿:雷军)

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