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指導老師 : 沈毓泰　　組員 : 楊明祥　　　　 陳有朋　　　　　蕭文賢 日期 : 20140430

Flying wing – problems and decisions

飛翼問題和決定

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摘要 引言 初步研究 目前調查 IWB 方案特點 結語

目錄

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1. 選擇固件主要設計方案2. 氣動布局3. 結構概念4. 背後理念的配置與分析5. FAR-25

摘要

Federal Aviation Regulations

美國聯邦航空法規關於適航及環保標準

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1. 降低票價2. 緩解大型機場問題

引言

降低 15~20%的金額

1. 體重效率的下降2. 機場基礎設施

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1. 將空間容納入機翼裡2. 增加中心部分結構深度

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機翼構造 弦外翼參數 動力裝置的類型及結構 結構概念 合理的飛機尺寸

初步研究

初步概念設計 :1. 引擎位在超過後半中心部位2. 直尾翅設置在翼尖上3. 減少機頭和機尾的重量4. 承載 940 名乘客5. 在 0.8 馬赫下飛行 10,000 公里

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利用 3 個不同的模型來執行空氣動力學之實驗，位於 TsAGI( 中央流體力學研究院 ) 進行低速風洞測試，測試結果為圖 3 所示。

機翼構造

減少中間部位翼展優點：1. 減少震波阻力2. 增加翼展的升力3. 減輕作用於乘客在 X 旋轉和 橫縱向的負載

減少中間部位翼展缺點：1. 減少大型結構深度，機翼重量 增加2. 部分相鄰的翼弦，導致某些誘 導阻力增加3. 客艙的伸長，其結果導致重心 加寬範圍，增加調整損失

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整體來說它的功能和控制單元的安排是和 XB-35 、 YB-49 相同，這兩架飛機是由諾斯羅普公司在40 年代所開發的。

弦外翼參數

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主要利用簡單的鉸鏈來安裝襟翼位於靠近重心的位置，已盡量減少負俯仰力矩，可以由翼尖來微調升降副翼 ( 圖 4) 。

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引擎被設置在超過機翼中心後緣的掛架，這樣的設計被認為是最好的，不僅可以降低客艙噪音，當旋轉元件故障時也能增加乘客安全。

動力裝置的類型及結構

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雖然後置引擎及槳扇引擎的配合，有助於降低油耗量但細部實驗分析後，發現以下缺點 :

1. 為了彌補機頭向下的俯仰力矩，引擎這樣的佈置是有問題的，會導致引擎 的推力在起飛時嚴重損失升力

2. 對於後置引擎的飛機不能接受測流槽不穩定，或在任何情況下，飛機載重 不同時，導致重心位置過寬且分散

3. 對於相連接的引擎佈置，若其中一個故障，其他的引擎也會接連失效

4.無法達到所要求的巡航馬赫

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FW 客機的主要特徵是客艙的佈置在機翼中間部位，經過計算顯示出，機翼中間部位採用相當大量的上下面板，能夠使其同時間承載壓力和彎曲負荷。

使用平板吸收外部負載，以及圓柱型殼吸收客艙壓力的概念，在圖 5 、 6中可呈現合理的區域。

結構概念

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合理的飛機尺寸

當定義一架 合 理 的 飛 機 尺 寸 ( 客機 ) ，耗油量和 DOC( 每英里票價 ) 是作 為成本因素的衡量標準，具有 650-700 名乘客的傳統客機，其獲利幾乎很少 ( 圖 7) 。

而在實驗方面測試結果證實 FW 設計可以達到非常高的巡航馬赫，相對於傳統客機約高出 20~25% 。在同一時間，高攻角的狀態也更有利於升力和力矩特性。

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需求定義 替代配置方法 飛機替代變數比較

目前調查

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初步階段獲得的結果 ,考慮到合作者的規格和技術水平去定義如下表 :

需求定義

主要規格：

標稱範圍 13700 km（ 7400 n.m.）

3 級別客艙載客量配置 750個座位

巡航馬赫數 0.85

起飛場地長度， ISA ，海平面15°C

3350 m

 條件：

 ACN 65

標準 FAR-25

ACN:飛機於跑道因各種因素，相互適應的具體數值。

而依現在技術，機翼 (FW) 概念設計的可行性，影響最大的關鍵技術為 :•空氣動力的佈局•機身 / 引擎的干擾•系統提供穩定性，可控性和飛行安全•中央翼段結構•氣體動彈性和顫動•FAR-25 乘客緊急逃生的客艙佈置•機場基礎設施 的相容性

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為了更徹底查清設計問題，我們決定了要考慮多種可能的配置，透過混合動力配置來改良傳統。四個開發配置如下 :

替代配置方法

配置 1( 常規 ) ：

這是一個傳統配置在尾部的設計，該乘客容納在機身的兩個階層內。

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配置 2( 混合部局 IWB):

IWB 配置的總體視圖，主要特點如下：• 一體化機翼 / 機身結構• 相對於中心機翼厚度大的絕對結構

深度• 簡化各艙的緊急出口配置

這個配置已經演變成基本配置。它是一個縮短機身和擴大的中心部分機翼的結合。約 40％的總乘客被容納在中心翼部。其餘乘客被放置在了其他機身甲板。

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配置 3(LB):

該配置具有中心翼機身寬度大，乘客被容納在一個階層的，而下層為服務單位和貨艙。

其主要特點如下：•缺少上部客艙甲板•大量貨物集中於貨運板•廚房轉移到下層可方便服務乘客•起落架縮短並使起飛的迎腳無限制

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配置 4(FW):

此配置最接近於“飛翼”定義，這裡所有的乘客容納在一個寬大的中央部分。其主要特點如下： •缺少上部客艙甲板，•通順串連控制台和中間部分

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比較參考點 :•空氣動力學效率•重量效率•燃油效率•操作特性•巡航時客艙地板坡度•緊急出口的最大距離•貨物容納數量•經營重心範圍

飛機替代變數比較

替代配置幾何參數 常規 IWB LB FW

翼展（ m ） 84 100 100 100

飛機長度（ m ） 78 61.7 51 50

飛機高度（ m ） 26.5 22.6 14.5 15.7

機翼的平面形狀面積（ m 2）

867 1588 1670 1651

梯形機翼長寬比 8.5 9.2 9.23 9.8

機翼長寬比 8.17 6.3 6 6.06

飛機浸濕面積（ m 2）

4100 4080 4040 3860

如 圖 配 置 第2 ， 3 ， 4 （ IWB 佈局，LB 和 FW）實際上已經與空氣動力效率相同在M = 0.8

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重量效率比較

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常規 IWB 升力體 FW

客艙地板坡度（度） 1 4 4.5 4.5

緊急出口的最大距離（ m ）

11 11 13.2 11.5

所有出口工作 16.6 22 25 28

 50 ％的出口工作

窗戶可在客艙

甲級 + + + -

商務艙 + + - -

旅遊類 + ± ± -

LD-3 集裝箱的數量 42 40 43 32

的比重範圍中心（％）

- 32 37 30

修改創作的可能性 + ± - -

操作和其他特點比較

根據以上採用的標準比較，最後決定 IWB 方案，其中：

•包括所有有關 FW 型的結構特殊性•在經營和生產方面與傳統的飛機，有 許多共同的特點，圓滿解決了緊急疏 散問題•優越的技術和經濟條件

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IWB 方案特點

基本數據 重量範圍 緊急疏散

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基本數據

IWB 方案基本數據翼展在飛行和跑道（ M ） 100

翼展在休息和在滑行（ M ） 79飛機長度（ m ） 62

高度（ m ） 22.6容量， 3 級， PAX 。 750最大。容量（經濟類） 975

最大起飛重量（ t ） 572最大著陸重量（ t ） 437

空機重量（ t ） 301最大有效載荷（ T ） 114

燃油重量（ t ） 280每次飛行典型的燃料（包括燃油儲備）（ T ） 199

範圍（ nm ） 7650巡航馬赫數 0.85

起飛場地長度（海平面，國際標準 10 ）（ M ）

3350

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重量範圍

飛行時中心與重心位置的空氣動力變化

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緊急疏散

FAR-25 規定 :• 緊急逃生口，應使用不超過 50％的出口• 座位到逃生口最大距離不能超過 18.3m

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已經進行了多次定義上的配置和 FW 型飛機具有超強的高載客量的特徵調查，結果證實， FW 型飛機與傳統飛機在技術與經濟相比是具可行性的。而在作者看來，混合佈局 (IWB) ，它代表一個“純粹”的 FW 和傳統的飛機之間的綜合是最具競爭力的概念。

結語