“和谐号”环形翼超声速旅客机.docx

“和谐号”环形翼超声速旅客机“和谐号”环形翼超声速旅客机“和谐号”环形翼超声速旅客机“和谐号”是继“协和号”之后的未来先进超声速客机，它采用了与传统飞机布局形式所不同的环形机翼以及尾吊式发动机布局，融合了环翼机 和弓形翼飞机的气动优势，采用了激波控制技术、激波压缩升力技术、氢燃料技术、层流减阻技术、柔性蒙皮技术、音爆抑制技术等先进技术，高空巡航速度可达 M3，航程达13000千米。设计特点及技术创新：1、新概念环形翼：“和谐号”采用大后掠环形机翼，这也是该飞机的最大亮点，世界各航空大国都对环翼飞机进行过研究，与普通机翼对比，环翼机有以下几大优点： (1)翼展小，在升力相同的条件下，环翼比平面机翼小30%，这对于运输、停放和生产组装都是难得的优点。(2)重量轻，机翼两端连接成一个圆环，机翼的 强度和刚度显著提高，因此结构重量可以降低，这对飞行所需的燃料和发动机推力都有利，并能提高飞机的商载。(3)抗振性好，与平面机翼相比，环翼的抗扭和 抗弯能力都非常强，不容易出现平面机翼会碰到的颤振问题。(4)机动性好，环翼飞机的转弯是靠环翼产生的侧力完成的，转弯时不需要象常规飞机那样先倾斜， 环翼机很容易实现直接侧力控制技术。与传统的亚声速环翼概念不同的是，“和谐号”采用了大后掠角的高速环形翼并在上端形成了类似弓形翼概念的乘波翼，这样 的设计是出于其高速巡航飞行的需要，大后掠角有利于高速飞行并有利于加强方向安定性和改善高亚声速特性，弓形翼则出自乘波的概念，波音公司曾对弓形翼战斗 机概念进行过深入研究，但由于弓形翼不利于飞机隐形而作罢，但对于民用旅客机，这种技术完全可以应用。“和谐号”超声速飞行时，机头产生的激波可以集中在 环形翼的前缘，增大机翼下表面的压力，而上表面却没有相应的压力与之平衡，故飞机会获得一个很强的激波升力，同时飞机的阻力并不增加，这样便大大提高了飞 机超声速巡航的升阻比，大大降低了燃料消耗，提高了飞机的经济性。2、柔性蒙皮技术及激波控制技术“和谐号”的机头和部分机翼采用了先进的智能柔性蒙皮技术，可以根据飞行状态智能调节外形，提高整体的气动性能，如形成操纵面、自动形成层流翼 型、以及通过振动增加边界层流动能量或清除边界层，这种柔性蒙皮能大大提高飞机的气动性能，使得飞机在大部分飞行状态下都能保持高的气动效率，好的操稳特 性。机头整流罩采用的柔性蒙皮可以在低速飞行如起降时变形，使得机头产生脱体涡，对机翼进行有利诱导，产生涡升力，改善飞机的低速性能。在高速时，机头柔 性可变形整流罩与头部激波杆组合变形，控制不同速度下的激波形状，使激波正好打在机翼前缘，产生压缩升力。3、尾吊式涡扇冲压发动机：“和谐号”采用了非常规的尾吊式发动机方案，这种方案有诸多优点：(1)减少配平阻力，飞机高速飞行时气动中心后移，需要压平尾进行配平，压平 尾形成的向下气动压力产生配平阻力，机尾发动机的重量形成自然的配平力矩，减少配平阻力。(2)降低客舱噪音并提高安全度，发动机距离客舱比较远，会大大 降低噪音和振动对客舱的影响，提高乘坐品质；一旦发动机发生故障，如涡轮盘破碎，碎片不易伤及乘客。(3)检修方便，维护人员可以很方便的在地面对发动机 进行检修或更换。“和谐号”的巡航速度为3马赫，在该速度下冲压发动机具有比普通涡轮发动机高的多的效率，因此采用综合效率最优的涡扇冲压双模态发动机。4、音爆抑制技术：由于超声速飞行会产生很强的音爆，对地面的居民的影响非常大，因此超声速飞行受到很多限制，研究表明：只要对机身进行精细的修形，可以利用机身 各部位产生的激波在相位上的差异，诱使它们互相对消，使传递到地面的 N 形波的强度减小，至少不再尖锐，减低音爆的影响。“和谐号”的机身经过细致的布置，再加上机头和机翼柔性蒙皮在计算机的控制下综合联动，进而控制激波的形 状和相位，使得满足飞行性能的前提下让激波对消，这样便大大抑制了音爆的强度，使得超声速飞行变得安静许多。5、氢燃料及主动防热技术：传统的超声速飞机尾气排放会对大气尤其臭氧层造成严重的破坏，因此无毒无污染的氢燃料技术得到青睐，同时氢燃料具有质能比高的优点，所以在相同 的航程下，氢燃料飞机携带的燃料要比普通飞机少的多，这样可以大大提高飞机的商载或航程。但传统的低温储氢技术体积很庞大，使得其在飞机上的应用受到限 制，碳纳米管储氢技术将成为这一问题的极佳解决方案，碳纳米管具有储氢量大、储氢温度高、结构重量低的优点，在“和谐号”中，储氢的碳纳米管分布在机翼及 机身高温部位的蒙皮下，这样可以一举两得高速飞行产生的热量非常大，而“和谐号”利用在高热部位的碳纳米管以及燃料输运管，可对蒙皮和结构进行主动冷 却，同时，燃料也得到一个预热的作用，提高了整体的能源利用率。6、层流减阻技术：减阻是提高飞行器性能以及效费比的重要方式，“和谐号”采用任务自适应柔性蒙皮，可以根据任务需要产生层流翼型，并可以通过振动激励增加边界层 能量，在主翼段重点部位还设置了边界层吹吸孔，通过推迟转捩保持层流流动，减少阻力。“和谐号”环形翼超声速旅客机技术数据：翼展：40米机长：90米机高：60米空重：100吨最大起飞重量：200吨四台涡扇冲压双模态发动机，单台最大推力：300千牛最大载客量：230巡航速度： M3.0最大航程：13000千米最大商载航程：11000千米实用升限：25000米起飞滑跑距离：1700米着陆滑跑距离：1500米“和谐号”采用了先进的非常规气动设计，使得飞机具