为追求轻量化,机身采用硬壳式结构设计,主翼采用半硬壳式结构。机翼前缘和后缘采用由多条肋条和纵梁组成的骨架结构,机翼表面采用贴有太阳能电池的树脂薄膜。为方便运输,机身可分为两部分,主翼可分为三部分,各连接部分采用插拔式保持结构,既保持了刚度又减轻了重量。从尾翼、发动机舱、起落架等主要部件到机载设备支架等小部件,最大限度地利用了复合材料,实现了轻量化。因此,复合材料结构总重量仅为设计的35公斤。太阳能飞机成功获取了各种数据,并证实了为通信卫星和高空飞机建立通信环境的可能性。主要优势
阿姆斯特朗和美国宇航局艾姆斯和兰利研究中心的研究人员使用各种 CFD 代码运行了 2,500 多个计算流体动力学 (CFD) 案例,以支持 X-57 空气动力学数据库的开发。该数据库模拟了 X-57 基础飞行器的空气动力学,还包括翼尖巡航推进器和机翼前缘分布的 12 个高升力推进器的空气动力学增量。推进器在 CFD 中采用执行器盘建模,其推力和功率值来自巡航和高升力螺旋桨的 XROTOR 模型。飞行器空气动力学的不确定性模型部分来自不同 CFD 代码之间的差异,并被纳入数据库。空气动力学数据库在 NASA 兰利实施,阿姆斯特朗驾驶模拟进行控制分析和适航性评估。
• 将机翼前缘向后掠,无论是后掠翼还是三角翼,并减小外翼部分的迎角,使其作用更像传统的尾翼稳定器。如果沿着外翼部分的翼展逐渐这样做,则称为翼尖后掠。机翼的外翼部分现在充当传统的尾翼,在平飞时,飞机应进行调整,使翼尖不产生任何升力:它们甚至可能需要提供一点下推力。这会降低机翼的整体效率,但对于许多设计(尤其是高速设计)而言,与传统稳定器相比,阻力、重量和成本的降低可以抵消这一影响。这种方法是由英国飞行员 JW Dunne 在 20 世纪初开发的,但直到喷气时代才得到广泛使用。自 Dunne 以来,这种方法通过使用低或零俯仰力矩翼型得到了增强,例如在 Horten 系列滑翔机和战斗机中看到的。
阿姆斯特朗和美国宇航局艾姆斯和兰利研究中心的研究人员使用各种 CFD 代码运行了 2,500 多个计算流体动力学 (CFD) 案例,以支持 X-57 空气动力学数据库的开发。该数据库模拟了基线 X-57 车辆的空气动力学,还包括翼尖巡航推进器和机翼前缘分布的 12 个高升力推进器的空气动力学增量。推进器在 CFD 中建模,使用执行器盘,其推力和功率值来自巡航和高升力螺旋桨的 XROTOR 模型。车辆空气动力学的不确定性模型部分来自不同 CFD 代码之间的差异,并被纳入数据库。空气动力学数据库在美国宇航局兰利中心实施,阿姆斯特朗驾驶飞机进行控制分析和适航性评估模拟。
增韧单片纤维增强抗氧化复合材料 (TUFROC) 代表了低成本、可重复使用的航天器热防护系统 (TPS) 的最新技术,具有耐高温能力,并已在美国空军 X-37B 上进行了飞行验证。这种两片式设计利用低电导率多孔二氧化硅基材与耐高温碳帽和表面处理相结合。NASA 更新了表面处理的化学成分,从而提高了高加热能力和可重复使用性。与原始配方(现称为标准 TUFROC)相比,这种称为高级 TUFROC 的新系统在相同的气动热加热条件下表面温度较低(低约 80 K)。加热降低的原因是新配方的催化效率较低,从而降低了表面放热原子复合率。多次电弧喷射测试活动表明,Advanced TUFROC 能够承受 1866 K 的长时间反复暴露或 1980 K 的较短时间暴露,而不会衰退或损坏 TPS。此外,还开发并测试了一种用于评估机翼前缘三维流动的改进型电弧喷射制品设计。与以前的工作相比,该制品允许在飞行相关条件下评估瓦片间隙处的加热情况,同时显著降低制品制造和电弧喷射设施配置成本。
2003 年 12 月 17 日清晨,俄克拉荷马州库克森的天气寒冷,晴朗无比。日出前几分钟,我穿上厚厚的衣服抵御 20 度的寒意,走到外面,坐在餐厅窗外,对塞斯纳 150 进行飞行前检查。由于上周在塔尔萨有事,我前一天晚上就飞往库克森(顺风 15 节),表面上是去查看邮件等。然而,真正的原因不那么实际,而更浪漫:我想在 12 月 17 日飞行。飞行:这是庆祝莱特兄弟一百年前改变世界的历史性成就周年纪念日的合适方式!这就是我的计划,日出后不久起飞,前往塔尔萨短途旅行,参加其他百年飞行活动(您可以在本期其他地方阅读有关它们的信息)。前一天下午吹着我飞驰的西北风预计会在早晨再次增强,所以我想尽早离开。当我走向飞机时,头顶的天空是深蓝色的,钻石般的星星闪闪发光。在东方,地平线上形成了玫瑰色的光芒。飞机上覆盖着厚厚的霜冻。在其他任何早晨,这都会是一个小小的抱怨点。我的飞行前检查虽然很彻底,但通常都是“砰”的一声谢谢夫人的事情——必须尽快完成的非正式活动。然而,今天早上不同。我想细细品味飞行的每一个方面,将我的经历与一百年前的第一次飞行进行比较。在我看来,这次飞行前检查类似于古代牧师在举行宗教仪式前进行的净化仪式。擦去机翼前缘和挡风玻璃上的霜冻,我沉思着这架本身已经过时的古董飞机与
摘要 电动动力系统具有与带有内燃机的传统动力系统不同的特性,并且需要非常规的飞机设计才能充分发挥其潜力。因此,本文介绍了一种识别带有电动动力系统的潜在飞机设计的方法。LuFo 项目 GNOSIS 的项目合作伙伴收集了动力系统架构、气动相互作用、机载系统和操作策略等领域的有前景的技术选项。从全球排放(CO 2 )、局部排放(NO X 和噪音)和运营成本方面评估了技术选项对通勤飞机的影响。评估考虑了 2025 年和 2050 年投入使用,并以参考飞机 Beechcraft 1900D 为基础。文献综述和简化计算使得能够对气动相互作用、系统和操作策略进行评估。初步的飞机设计工具通过引入“动力混合”和“动力分配”两个参数来评估不同的动力系统架构。随后,将兼容的技术选项汇编成技术篮,并使用与理想解的最短欧几里得距离和与最差解的最远欧几里得距离进行排序(按与理想解的相似性排序技术 (TOPSIS) 方法)。对 CS 23 法规的分析导致了高翼设计,并排除了在飞机尾部带有燃气涡轮的部分涡轮电动动力系统架构。对于 2025 年,选择了带有两个额外电动翼尖螺旋桨的部分涡轮电动动力系统。到 2050 年,串行混合动力系统使用燃气涡轮或燃料电池与电池组合,为机翼前缘的分布式电动推进器提供动力。在这两种情况下,飞机设计都包括电动环境控制系统、电动起落架和用于主飞行控制和起落架的电液执行器。
丛林飞机是一种通用航空飞机,能够将货物运送到偏远地区,这些地区没有支持常规航空的基础设施。它们的主要特点是采用后三点式布局,起飞和降落距离(STOL)短,并且能够在崎岖地形上着陆。矛盾的是,尽管丛林飞机是与自然最直接相关的飞机,但它们往往很旧、污染严重、噪音大,因此远非环保。为了部分克服这些不利特征,第 12 组使用分布式推进原理设计了一种最先进的丛林飞机,称为 Twin Puffin。为了设计丛林飞机,首先需要了解利益相关者的需求和愿望。为此,进行了市场分析,从中可以得出结论,该飞机将用于三个主要用途:运输、医疗紧急任务和旅游。在了解了丛林飞机市场之后,列出了所有可能的设计方案。剔除不可行、不切实际和不适用的方案,最终确定了七种飞机概念。从这些概念中,选出最合适、最有前途的。该飞机被选为双吊杆概念,因此该设计被命名为 Twin Puffin。接下来,详细制定设计,设计所有子系统。机身、飞机结构、能源、机翼、推进系统、尾翼、起落架和电气系统都经过设计和优化,最终的飞机设计得以完成。受大自然的启发,这架丛林飞机被命名为 Twin Puffin。“Twin” 沿袭了独特的双尾梁尾翼,而“Puffin”则沿袭了短距起降飞机的设计,它拥有短距起降能力,擅长在海边悬崖边进行短距起降,是短距起降飞机的真正灵感来源。特色双尾梁尾翼使货物或医疗担架的后部装载变得容易。此外,分布式推进系统位于机翼前缘,可在所有飞行阶段实现无遮挡视野,解决了传统丛林飞机的典型能见度问题。分布式螺旋桨由混合动力发动机驱动,使用电池电力和内燃机产生的电力,内燃机可以使用柴油、喷气燃料和合适类型的生物燃料。这样可以增加可用功率,并减少电动起飞和降落期间的排放和噪音。此外,分布式电力推进系统具有出色的短距起降特性,因为机翼上吹出的空气可以在低速时大幅增加升力。此外,Twin Puffin 主要由可持续材料亚麻纤维复合材料制成,使飞机更加环保。与竞争飞机相比,Twin Puffin 的噪音估计减少了 70%,排放量减少了 50%,因此是一款性能出色的现代丛林飞机设计。