CN202213711U

CN202213711U - 一种中短航程低排放静音民用飞机

Info

Publication number: CN202213711U
Application number: CN2011203290760U
Authority: CN
Inventors: 马彪; 李泽江; 陈磊; 韩天时; 刘沛清
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2021-09-02

Abstract

本实用新型公开一种中短航程低排放静音民用飞机，属于航空气动技术领域，基于经济性和环保性的要求对现有民用飞机进行了改进，其中，飞机机身与机翼采用翼身融合体，飞机的机身为细长机身且为宽体机身，还将飞机的两个发动机设置在机身的尾部上方，且两个发动机的整流罩为一体化的半埋式，在发动机的涡轮前的机身上安装有涡流发生器。本实用新型还采用较小的机翼1/4弦线后掠角、更大展弦比的机翼7，这样便可以有效的提高飞机的升阻比，从而降低整体燃油消耗。本实用型新的优点为：可有效地提高飞机的升阻比，从而降低整体燃油消耗。本实用新型由此能够有效地降低发动机和短舱带来的浸润面积，从而降低阻力，且发动机整体降低噪音15％左右。

Description

一种中短航程低排放静音民用飞机

技术领域

本实用新型属于航空气动技术领域，具体涉及一种中短航程的低排放静音民用飞机。

背景技术

随着国际航空事业的不断发展、燃油价格的变动、对环保性要求的不断提高，现代民用飞机的设计已经呈现出一种不同与以往的趋势，即十分注重经济性和环保性的要求。根据ACARE提出的到2020年环保性设计指标，需要在现有的基础上减少CO2排放50％，减少NOX排放80％，减少外部噪声污染50％。同时，根据调查显示经济性始终是航空公司购买机型最重要的指标。因此，在现代民机设计中，必须考虑经济性和环保性。

而传统的常规布局设计在气动力设计方面已经很难得到突破。新型的翼身融合体(BWB)、连接翼等设计方案虽然从气动上突破了常规布局的局限性，取得了长足的进步，但是任然存在着旅客认可度不高、乘坐体验一般、整体结构复和气动设计难度较高的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型基于经济性和环保性的要求对现有民用飞机进行了改进，提供一种新型的中短航程低排放静音飞机，可有效地提高飞机的升阻比，从而降低整体燃油消耗。其中，飞机机身与机翼采用翼身融合体，飞机的机身为细长机身且为宽体机身，由此使飞机机体整体结构重量轻、气动阻力小，可使飞机的飞行性能有较大提高，且内部机舱容积大，容易被旅客所接受，并且能够提供较好的乘坐体验。机身的尾部后上方安装有双垂尾，通过双垂尾能够进一步遮蔽发动机的噪音。

本实用新型还将飞机的两个发动机设置在机身的尾部上方，且两个发动机的整流罩为一体化的半埋式，在发动机的涡轮前的机身上安装有涡流发生器，由此能够有效地降低发动机和短舱带来的浸润面积，从而降低阻力，且发动机3整体降低噪音15％左右。

本实用新型中还将机翼1/4弦线后掠角设计为小于30°，由此可有效的提高飞机的升阻比，从而降低整体燃油消耗。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型民用飞机整体结构重量轻、气动阻力小，飞机的飞行性能有较大提高，且内部机舱容积大，容易被旅客所接受，并且能够提供较好的乘坐体验；

2、本实用新型民用飞机能够降低燃油消耗、减少污染物的排放以及降级噪音的效果。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中半埋式发动机整流罩结构示意图；

图中：

1-飞机机体 2-机身 3-发动机 4-发动机涡轮

5-涡流发生器 6-垂尾

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型作进一步说明。

本实用新型对现有民用内部发动机结构以及飞机的外部结构进行了改进。在飞机内部结构方面：本实用新型民用飞机与现有民用飞机虽同样采用两个发动机3，而本实用新型中在保持飞机机体1内部其他部件不变的情况下，如图1所示，将两个发动机3设置在飞机机身2的尾部上方，且两个发动机3的整流罩均为一体化的半埋式设计，如图2所示，在发动机涡轮4前的机身2上安装有涡流发生器5，可以提供在发动机风扇处合适的均匀来流和可接受的压强恢复，相对于现有翼吊式设计的发动机整流罩，能够有效地降低发动机3和短舱带来的浸润面积，从而降低阻力，且发动机3整体降低噪音15％左右。

在飞机外部结构方面：如图1所示，飞机机体1采用翼身融合体，且飞机的机身2为常规的细长机身并且为传统宽体机身，由此使飞机机体1整体结构重量轻、气动阻力小，可使飞机的飞行性能有较大提高，且内部机舱容积大，容易被旅客所接受，并且能够提供较好的乘坐体验。机身2的尾部后上方设计有双垂尾6，通过双垂尾6能够进一步遮蔽发动机3的噪音。本实用新型中将机身2后部的宽度大于机身2前部的宽度，由此可使机身2的尾部有更好的支持双发动机3以及双垂尾6的安装设置。

控制飞机机体1的整体重量不变，机翼7的展弦比、升阻比、展长、巡航马赫数均随着机翼1/4弦线后掠角的变化而变化，如表1所示。

表1

可见，通过降低机翼1/4弦线后掠角，即可降低飞机的巡航马赫数，因此本实用新型中而采用较小的机翼1/4弦线后掠角(即机翼1/4弦线后掠角小于30°)、更大展弦比的机翼7，这样便可以有效的提高飞机的升阻比，从而降低整体燃油消耗。

根据飞机航程的布雷盖航程公式，航程

R &cong; {Hn}_{P} \frac{L}{D} \frac{W_{F}}{W_{T 0}}

式中，H为燃料的热值，即每单位重量的含热量；n_P为进入气流的每单位热量输入的推进功；L/D为升阻比；W_TO为飞机起飞总重；W_F为飞机起飞燃油重量。可见，在航程不变的情况下，提高飞机的升阻比能够降低飞机的燃油消耗。低巡航马赫数下设计的机翼7最多能够降低约15％的燃油消耗。

本发明中将机翼1/4弦线后掠角设计为0°，相对于现有的30°的1/4弦线后掠角来说，巡航马赫数从0.85降低到0.74，虽然这种设计使飞机整体平均巡航时间比现有的飞机增加了12％左右。考虑到飞机起飞、着陆、飞行等待等低速状态下的结果，在整个飞行过程中，其平均巡航时间增加量小于12％。根据调查，在飞行时间240分钟以上的飞行中，旅客能够容忍的延长飞行时间约占原定飞行时间的15％左右。因此，在中短航程的飞行中，12％的延长飞行时间是可以被接受的。并且，这种小后掠角的机翼7设计在上单翼和下单翼上都可以应用。

采用本方案设计后的整体燃油消耗可以降低15％，噪音降低20％-30％，同时，污染物的排放也能够得到有效的降低。

实施例1：

设计采用本实用新型结构的民用飞机与对比用民用飞机均为300座级、航程为4500千米、最大起飞重量220吨左右、飞行巡航高度为11000米、飞行最大使用高度为12000米。

采用本实用新型结构的民用飞机设计的巡航马赫数Ma＝0.75，最大使用巡航马赫数Ma＝0.80；对比用民用飞机的巡航马赫数：Ma＝0.84，可见，本实用新型结构的民用飞机的飞行时间延长了10.7％；

采用本实用新型结构的民用飞机的机翼1/4弦线后掠角取0°，前缘后掠角为5°，机翼7的展长为72.5m，展弦比为13％。对比用民用飞机机翼1/4弦线后掠角为30°，机翼的展长为60m。

在以上基础上进行气动力设计，巡航设计升力系数

C_{Lcru} = \frac{(W_{T 0} - {0.4 W}_{F}) g}{qs} = 0.5

其中，q是动压，s是参考面积，q＝1/2ρv²，ρ是密度，v是速度，通过计算得到的最终机翼升力系数与民用飞机相当，约为0.55，阻力系数约为0.0133，对比原有机翼阻力系数0.0184，下降了约27.8％。全机阻力系数下降约17.2％。

全机升阻比为22.4，对比民用飞机为18.4，提高了约20％。燃油消耗下降约16.8％。

可见，本新型实用提供的民用飞机与对比用民用飞机相比，在飞行时间延长约10.7％的基础上，降低了16.8％的燃油消耗和预计20％以上的噪音和污染物排放。

Claims

1.一种中短航程低排放静音民用飞机，包括机身、机翼以及两个发动机，其特征在于：飞机机身与机翼为翼身融合体，飞机的机身为细长机身且为宽体机身，机身的尾部后上方安装有双垂尾；

所述两个发动机设置在机身的尾部上方，且两个发动机的整流罩为一体化的半埋式，在发动机的涡轮前的机身上安装有涡流发生器。

2.如权利要求1所述一种中短航程低排放静音民用飞机，其特征在于：机身后部的宽度大于机身前部的宽度。

3.如权利要求1所述一种中短航程低排放静音民用飞机，其特征在于：所述机翼的1/4弦线后掠角小于30°。

4.如权利要求3所述一种中短航程低排放静音民用飞机，其特征在于：所述机翼的1/4弦线后掠角为0°。