Может ли Mach 1,4 быть лучшим расчетным моментом для SST?

В последнее время поступил ряд предложений по проектированию маломощных сверхзвуковых бизнес-джетов, которые будут летать со скоростью 1,1–1,6 Маха, общей темой которых является избежание звукового удара .

Принято считать, что следует избегать этого диапазона и либо оставаться на дозвуковом уровне, либо идти до 2+ Маха, потому что вы жертвуете некоторой эффективностью в тот момент, когда пересекаете 1 Маха:

  • Острый нос и сверхзвуковые аэродинамические поверхности приводят к снижению L/D по всей огибающей.
  • Тонкие аэродинамические поверхности увеличивают вес и требуют больше места в фюзеляже для топливных баков.

С другой стороны, сохранение низкого числа Маха позволяет избежать нескольких других штрафов:

  • Тонкость современных широкофюзеляжных самолетов с соотношением сторон 12:1 хорошо сочетается с SST с низким числом Маха, что позволяет использовать аналогичную компоновку салона. Это очень важно.
  • Температура кожи позволяет изготавливать самолет из тех же смол, что и дозвуковые авиалайнеры.
  • Меньшее смещение COL, более высокие крылья AR, разумные двухконтурные двигатели облегчают выполнение требований подъемной силы и тяги TO.
  • Предположительно, крейсерская высота может быть сохранена на уровне FL450, чтобы избежать более строгих правил герметизации.

В чем я не уверен, так это в том, какой набор факторов имеет большее значение. Трудно что-то подобрать из существующих дизайнов, так как они на самом деле несопоставимы друг с другом.

Крыло Aerion должно вести себя хорошо при посадке, и оно требует всего 22% расхода топлива при переходе на сверхзвук. Но его тонкий нос и длинный хвост оставляют для салона всего 18% длины, поэтому его нельзя использовать в качестве шаблона авиалайнера.

Это, вероятно, вызвано его ролью символа статуса и нормативными ограничениями веса; фактический SST имел кабину надлежащей длины, а 2707 даже планировался как широкофюзеляжный. Тонкие крылья также используются в некоторых дозвуковых проектах , так что они не являются убийцей полной эффективности.

Я бы предположил, что авиалайнер Mach 1.x будет близнецом размером 779, с вместимостью 788 человек, площадью, похожей на Sonic Cruiser, со стрельчатым носом (стиль F-16), трапециевидными крыльями SNLF типа Aerion. , мотогондолы.

Вопрос в том, может ли SST с низким числом Маха, если бы звуковой удар был общепринятым , быть ближе по эффективности к дозвуковым, чем к историческим проектам с высоким числом Маха?

Чтобы сузить область, давайте явно исключим:

  • Есть ли рынок для такого самолета.
  • Достаточно ли быстр Mach 1.x, чтобы изменить ситуацию.
  • Двигатели, поскольку это важная тема сама по себе. Просто предположим, что резиновый двигатель соответствует свободной линии тренда TSFC~=0,4*Mach.max.

Оставляя в стороне техническую тему потери эффективности, обусловленную аэродинамикой сверхзвукового полета. Все сводится к тому, насколько хорошее L/D могут обеспечить высокотехнологичные аэродинамические поверхности, такие как SNLF и широкофюзеляжные, с минимальными потерями в емкости, в диапазоне от 1,1 до 2 Маха. Топливо на кресло-милю является показателем качества. .

Чтобы помочь установить базовый уровень, я нанес смесь исторических и расчетных чисел для известных самолетов:

Сиденье-мили на кг топлива

Говоря более формально, я хочу оценить поведение функции «сиденье-мили/кг» для оптимальной конструкции в низком сверхзвуковом диапазоне.

Красная линия предполагает наихудший сценарий и основана на простом заполнении мест в AS2. Зеленая линия представляет собой наилучший сценарий, основанный на заявлениях о Sonic Cruiser в качестве базовой линии. Истина, вероятно, находится посередине.

Хотя этот вопрос имеет некоторые конкретные технические компоненты, в его нынешнем виде это вопрос анализа рынка, и он слишком широк, чтобы задавать его здесь без тщательного перефразирования и сокращения объема.
Я ищу конкретно техническое соображение реально достижимой эффективности. В этом отношении не важно, есть ли для него рынок. Отредактировано, чтобы сделать его более понятным.
Трансзвук ужасен, несмотря ни на что
Это... Думаю, спасибо за попытку помочь. Это общепринятая мудрость, о которой я упоминал, о которой нам всем говорили много лет назад. В последнее время я натыкаюсь на все больше информации, которая заставляет меня сомневаться в этом. Из недавних исследований QSST следует, что упрощение «звукового барьера» может больше не применяться для некоторых современных ламинарных и сверхкритических аэродинамических профилей, заменяясь постепенным снижением характеристик в околозвуковой области, возможно, с даже меньшим падением, чем моя зеленая линия. Тем не менее, я все еще жду, чтобы услышать более независимое подтверждение, прежде чем подписаться на него.
Я очень скептически отношусь к SNLF. Он работает с крошечным неподъемным оперением под F-15, но в масштабе до реального самолета и крыла, создающего подъемную силу, высокое число Рейнольдса не оставит большого ламинарного потока. Маха 1.4 позволяет меньше стреловидность и более простой впуск, но я не могу сказать, стоит ли это того.
Спасибо за комментарий. Так что, возможно, не стоит ожидать многого от SNLF. Это по-прежнему не позволяет использовать широкофюзеляжный фюзеляж, поскольку неэффективная компоновка была еще одной проблемой для SST. На самом деле я ждал вас как человека, который, вероятно, мог бы дать наиболее полное представление о вопросе.
Развертка больше всего нужна для работы с трансзвуковым горбом. Меньшая стреловидность крыла чуть более желательна на m2-m3. Также наблюдается существенное снижение коэффициента аэродинамического сопротивления Маха 2 по сравнению с m1,2; m1.1 по-прежнему создает звуковой удар, на самом деле, когда вы имеете дело с чем-либо выше m1.0, нет никакой точки, ограничивающей расчетную скорость, кроме ограничений материала, например, тепло m3 размягчит алюминий.
Я единственный, кто прочитал "SST" как "Single Stage To"?

Ответы (1)

Только для бизнес-джета.

Высококлассные бизнес-джеты участвовали в гонке за более высокие крейсерские числа Маха, что на данный момент привело к максимальной скорости 0,935 Маха (Gulfstream 650, Cessna Citation X). Таким образом, кажется, что первое место в круизном махе имеет рыночную стоимость. Для дальнейшего и существенного улучшения этого неизбежен скачок до сверхзвуковой скорости. До сих пор затраты на разработку такого самолета для довольно небольшого рынка были слишком высоки.

С другой стороны, конструкция со скоростью 1,4 Маха будет намного проще, чем модель, летящая со скоростью 2,0 Маха. Причины:

  • Сложность впуска: на скорости 1,4 Маха простой воздухозаборник Пито с одним прямым скачком имеет приемлемые потери, в то время как на скорости 2 Маха требуется сложный регулируемый впуск с пандусами, создающими каскад косых скачков.
  • Удлинение крыла: чтобы передняя кромка крыла оставалась дозвуковой, конструкция со скоростью 1,4 Маха может обойтись стреловидностью 45 °, в то время как конструкция со скоростью 2 Маха требует стреловидности не менее 60 °. Крыло 1,4 Маха будет намного лучше для взлета и посадки, и для дозвуковых участков полета.

С другой стороны, транспортные характеристики при скорости 1,4 Маха будут составлять лишь ⅔ от характеристик при скорости 2 Маха для сравнимых L/D, поэтому конструкция со скоростью 2 Маха безоговорочно выиграет, если для оценки конструкции авиалайнера будет использоваться экономика. Как вы сказали, если вы отправляетесь на сверхзвуковую территорию, вы можете также пройти весь путь до 2 Маха, чтобы оптимизировать прибыльность конструкции. Mach 2 по-прежнему позволяет использовать крыло с фиксированной геометрией и алюминий, поэтому общая сложность полученной конструкции по-прежнему управляема. Кроме того, вам нужно покупать больше скорости с возрастающей сложностью системы.

Дитрих Кюхеманн предложил эмпирическую формулу для максимального сверхзвукового L/D:

л Д м а Икс "=" 4 ⋅ ( М ∞ + 3 ) М ∞
Используя это в качестве критерия, получим 12,5 при скорости 1,4 Маха и 10 при скорости 2 Маха. Объедините это с числом Маха, чтобы получить что-то близкое к транспортной эффективности, и конструкция со скоростью 2 Маха имеет труднопревзойденное преимущество в 14% в скорости. экономическая ценность.

Таким образом, единственной разумной причиной для проектирования со скоростью 1,4 Маха является стремление захватить верхний сегмент рынка бизнес-джетов, где экономика авиалайнеров неприменима, а более важны права хвастовства на поле для гольфа.

Что касается транспортных характеристик, меня беспокоило то, что Mach 2 SST отставали в росте из-за низкой пассажировместимости. Всего 2/3 веса Конкорда, Боинг 757 перевозит более 200 пассажиров. Я ожидаю, что транспорт с низким числом Маха будет намного ближе к дозвуковому соотношению пассажиров на тонну. Или вы думаете, что реактивный двигатель M2 также может эффективно работать с достаточно низкой гибкостью, скажем, для конфигурации 3-3-3, без значительного увеличения веса?
@Therac: Когда Concorde был задуман, он был рассчитан на количество пассажиров самых больших авиалайнеров своего времени. Немного увеличив его, можно было бы легко увеличить количество пассажиров. Более медленная конструкция будет иметь меньшие двигатели и более легкий воздухозаборник, но структура будет по существу такой же. Таким образом, доля пассажиров была бы немного лучше, но не так резко.
Спасибо. Пара уточнений, если не возражаете. Означает ли это, что коэффициент гибкости Concorde 20:1 был всего лишь продуктом целевого размера, а гораздо более широкое соотношение 12:1 хорошо подходит и для M2? Кроме того, я предполагал разные двигатели для M1.4 и M2 с разными коэффициентами двухконтурности и выходными скоростями и, следовательно, с разными TSFC (0,5 и 0,7 соответственно). Было бы это неправильно?
@Therac: TSFC поднимается вместе с Mach. Значения для Маха 1,4 и 2,0 нельзя сравнивать напрямую . И, конечно, тонкость можно уменьшить, но тогда L/D уменьшится.
Да, именно поэтому я использовал в вопросе TSFC=Ma*0,35; при этом более низкая скорость дает примерно в 1,6 раза меньше топлива на сиденье-милю и 0,85 — еще в 2,3 раза больше. Позже я попытаюсь провести экономическую математику, но для этого - будут ли наземные часы за полет, скорее всего, оставаться постоянными для более быстрого самолета?
почему мы игнорируем тот факт, что более быстрый самолет может уйти меньшим? мы ведь не хотим получить сверхзвуковую аналогию с A380, не так ли?
@Abdullah: Учитывая время, проведенное в дозвуковом полете и на земле, шаг от 1,4 Маха до 2,0 Маха незначителен для общего использования парка. Да, парк самолетов со скоростью 2 Маха будет оптимальным для немного меньшего количества посадочных мест, но я сомневаюсь, что это удержит общий размер самолета ниже размера, оптимизированного для 1,4 Маха.
@PeterKämpf «Авиакомпании, эксплуатирующие A300 на ближнемагистральных маршрутах, были вынуждены сократить частоту полетов, чтобы попытаться заполнить самолет. В результате они потеряли пассажиров из-за авиакомпаний, выполняющих более частые узкофюзеляжные рейсы».
1,4 Маха также должны снизить пиковую интенсивность звукового удара по сравнению с Маха 2, поскольку основное увеличение сверхзвукового сопротивления связано с волновым сопротивлением. И в этом тоже помогает быть маленьким бизнес-джетом. Как выяснил Concorde, нет смысла делать технически жизнеспособный самолет, если ему не разрешено летать с расчетной скоростью.
Может ли Mach 1,4 быть лучшим расчетным моментом для SST?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v