Почему не эксплуатируются пассажирские самолеты со смешанным крылом?

Все исследования, которые до сих пор показывали преимущество корпусов со смешанными крыльями (BWB), были ошибочными.

В основном используемый трюк состоит в том, чтобы сравнить существующий авиалайнер с гипотетическим BWB, который использует такие же гипотетические двигатели с повышенной эффективностью, как и то, что можно было бы ожидать через 20 лет. Это маскирует неэффективность концепции BWB и выводит комбинацию вперед.

BWB всегда будет иметь большую площадь поверхности, чем аналогичная обычная конструкция. Это приводит к большему сопротивлению трения и большей массе обшивки, что более чем компенсирует любое преимущество, даваемое большей корневой частью крыла (что помогает уменьшить массу лонжерона крыла). Если вам нравятся реальные данные, используйте Avro Vulcan в качестве раннего BWB и сравните его с его современниками. Отметим, что попытки проектирования авиалайнера на базе Vulcan ( тип 722 Atlantic ) ни к чему не привели.

Почему эти исследования BWB публикуются? Автор привлекает больше внимания, когда он/она заявляет о «революционном прорыве», чем когда он/она более честен и признает, что эта концепция является бесполезной. Даже Boeing или Airbus любят публиковать исследования BWB, чтобы у общественности сложилось впечатление, что они опережают конкурентов. Тошно читать такие академически нечестные исследования - нужно потратить время, чтобы докопаться до сути и распутать сюжет; однако, как только вы сделаете это несколько раз, все они станут одинаковыми. Но по сравнению с исследованиями, сделанными 60 или 80 лет назад, где автор фактически перечисляет, что он сделал и почему не получилось (только так можно чему-то научиться), эти современные исследования - пустая трата времени.

Смешанные крылья более выгодны, когда речь идет об увеличении эффективности использования топлива и снижении шума.

Это не доказано. Могут быть аэродинамические преимущества, но, к сожалению, самолет также должен иметь несущую конструкцию. И если мы посмотрим на обычную конфигурацию, мы увидим сосуд высокого давления (фюзеляж), поддерживаемый несущей поверхностью (крылом). Каждый из них имеет свою функцию и оптимизирован для этого:

• Фюзеляж имеет круглое поперечное сечение, потому что это самая легкая форма сосуда под давлением, которую мы можем сделать. Наклоните его, и он также обеспечит некоторую подъемную силу.
• Крыло имеет наименьшую площадь поверхности, с которой мы можем сойти, чтобы минимизировать сопротивление трения. Другими факторами в уравнении оптимизации являются индуктивное сопротивление и вес конструкции.

Теперь объедините две функции. Смешанное крыло или несущий корпус также необходимо герметизировать, как мы собираемся это сделать? Все, кроме баллона высокого давления, будет тяжелым, а лишний вес ведет к штрафу за аэродинамическое сопротивление. Если мы визуализируем цилиндр давления внутри смешанного крыла, мы сразу же начинаем задаваться вопросом, не слишком ли велико крыло для требуемой полезной нагрузки пассажиров.

Начните с полезной нагрузки для пассажиров, постройте вокруг них сосуд высокого давления, предусмотрите подъемные поверхности... Я все еще придумываю обычную компоновку. Птицы, летучие мыши и насекомые тоже имеют такую ​​компоновку, природа тоже не увидела преимуществ смешанного крыла. Ответ на ваш вопрос может заключаться просто в том, что обычная раскладка лучше.

Как и любой другой инженерный артефакт, самолеты являются продуктом компромисса между дизайном, профилем миссии, аэродинамикой, динамикой полета, конструкциями, силовой установкой, системами, требованиями к техническому обслуживанию, требованиями аэропорта и т. д. Как оказалось, Джек Нортроп был прав: летающие крылья и смешанные конструкции крыла являются наиболее аэродинамически совершенным решением для дозвуковых тяжелых самолетов с дополнительным преимуществом в виде очень низкого радиолокационного сечения, идеально подходящего для военных применений.

Когда я был стажером в компании Boeing в Эверетте, штат Вашингтон, в 2000 году, мы рассматривали идею летающих крыльев для гражданских транспортных средств. Хотя аэродинамика делает их очень привлекательными для проектирования и сборки, есть несколько дополнительных проблем, которые в совокупности сдерживают дальнейшее развитие гражданского транспорта в этой конфигурации.

ПРОСТОТА СБОРКИ. Легче собрать полумонококовый фюзеляж и кессон крыла, чем один большой кессон крыла с кабиной внутри.

АВАРИЙНАЯ ЭВАКУАЦИЯ. Самым большим недостатком крупногабаритных летающих крыльев является то, что у них меньше поверхностей, доступных для создания входных и выходных дверей, что затрудняет быструю эвакуацию самолета в аварийной ситуации. В качестве ориентира, А-380 может эвакуировать в общей сложности 700 человек за несколько минут, но в фюзеляже также есть не менее 16 аварийных выходов, оборудованных для этого аварийными трапами/плотами. Указанное количество выходов невозможно на летающем крыле, что делает эвакуацию в аварийной ситуации более сложной и опасной.

ПРОСТОТА ОБСЛУЖИВАНИЯ. Обычные авиалайнеры содержат свои двигатели и системы в легкодоступных отсеках вдоль нижних частей фюзеляжа и крыльев или пилонов хвостового обтекателя. На летающем крыле эти системы спрятаны глубоко в конструкции, где к ним трудно получить доступ.

ИНФРАСТРУКТУРА АЭРОПОРТА: Летающие крылья будут иметь очень большие размахи, которые расширят размеры существующих взлетно-посадочных полос, рулежных дорожек, перронов, выходов на терминалы и т. д., что наложит ограничения на маршруты до аэропортов, которые могут принимать эти самолеты. Это напрямую влияет на операционную гибкость авиакомпаний, стремящихся максимизировать оптимальные маршруты, большие объемы платного пассажиропотока и т. д.

Внутренний объем для герметизации будет довольно большим. Возможно использование цилиндра внутри корпуса смешанного крыла (BWB) в качестве пассажирского отсека. Снижение веса, увеличение конструкции для нагрузок, связанных с герметичными отсеками (пассажиры и критический груз).

Что касается технического обслуживания, осмотра композитных конструкций и ремонта поверхностей со сложными кривыми и критической тонкостью поверхности, то это оставляет желать лучшего. Одна из этих долгосрочных затрат: расход топлива. Авиакомпании обращают на это внимание, так как это самые большие долгосрочные расходы. Может быть плюсом, если стоимость места в милях подтвердится.

Страхование. Нет существующих сопоставимых самолетов, с которыми можно было бы сравнить. Как вы думаете, сколько будет стоить покрытие? Бухгалтеры и статистики не дураки. Исторически сложилось так, что конструкция самолетов всегда опережала возможности силовых установок. Придется рассматривать проекты с учетом существующих силовых установок. SR-71 впервые летал с J-75, потому что J-58 еще не было. Даже не думайте, какой будет электростанция через двадцать лет.

Надежность отправки необходимо учитывать на всех этапах проектирования. Установка двигателей высоко над BWB позволит быстро менять двигатели, не говоря уже о предполетных и послеполетных осмотрах, которые очень далеко в моем списке любимых занятий. Инфраструктура наземного обслуживания потребует много внимания.

Где вы предлагаете хранить топливо в конструкции? Рядом с салоном? Саморазгружающимся грузам это не понравится.

Предельная эффективность поверхности управления сузит допустимый диапазон веса и балансировки. Перемещение топлива для обеспечения перемещения самозагружаемого груза и размещения несамозагружаемого груза увеличивает сложность. недопустимо. Авиакомпании живут благодаря принципалу KISS .

Производители планеров и авиакомпании всех типов рассматривали самолеты BWB в течение двадцати лет и еще не ввели их в эксплуатацию. Спросите себя, почему.

Обычный одиночный или даже сдвоенный руль не будет работать с летающим крылом. Это связано с соотношением длины и размаха крыльев. Обычные самолеты имеют отношение длины к размаху крыла больше 1. Летающее крыло, с другой стороны, имеет отношение меньше 1. Чтобы решить эту проблему, конструктор должен либо увеличить руль направления, либо добавить больше руля направления. До 4 в YB-49 например. Но этот увеличенный или добавленный руль направления также обеспечивает дополнительное сопротивление, тем самым сводя на нет преимущество низкого сопротивления, которое должно давать летающее крыло.

Для безрулевой конструкции проблема заключается в устойчивости по рысканию. для обеспечения контроля рыскания в самолетах без руля используется какая-то система дифференциального торможения. Проблема в том, что эта система не обеспечивает статическую устойчивость, как руль направления. Чтобы создать хоть какое-то подобие устойчивости к рысканию, дифференциальную тормозную систему необходимо регулярно регулировать на протяжении всего полета. Сделано вручную, это быстро утомило бы пилота. Таким образом, самолету без руля требуется некоторая форма автономной FCS, чтобы справиться с этим. Эта автоматизированная система учитывает дополнительные затраты и добавляет дополнительную точку отказа. Это ограничивает использование такого типа конструкции только военными, а не коммерческими авиалайнерами, заботящимися о цене.

Все приведенные выше ответы очень хороши, но я подозреваю, что наиболее важная причина отсутствия в эксплуатации пассажирских самолетов со смешанным крылом может быть самой простой: летчикам они, похоже, не очень нравятся.

«Boeing собирался разработать коммерческий самолет со смешанным крылом в своих 20-летних коммерческих планах, но в ходе первоначальных испытаний конструкции выяснилось, что она совсем не нравится пассажирам. Театральный дизайн сидений просто не создавал благоприятного впечатления. результате, и это заставило Boeing отказаться от всех коммерческих приложений конструкции смешанного крыла, но не от военных приложений». [курсив добавлен]

http://occupytheory.org/boeing-797-hoax-debunked/

Учитывая все вышесказанное, мне было бы интересно посмотреть, можно ли убедить пассажиров изменить свое мнение по этому поводу с помощью комбинации:

1) Улучшенные технологии отображения и освещения за годы, прошедшие с момента последнего тестирования этой конструкции. (Предполагая, что проблема была в клаустрофобии, вызванной отсутствием окон).

2) Постоянное уменьшение ширины и шага сиденья в существующих конструкциях эконом-класса. Если дизайн со смешанными крыльями позволяет даже немного дополнительного места (я понимаю, что приведенный выше анализ предполагает, что этого не будет, но если ), то путешественники с ограниченным бюджетом, которые в буквальном смысле чувствуют нужду, могут быть побеждены.

3) Если смешанные конструкции крыльев измеримо быстрее, чем их аналоги с крылом и фюзеляжем, это золото. Если вы спросите участника фокус-группы, нравятся ли ему окна, он, естественно, ответит «да»; но если вы попросите их оценить стоимость окон по сравнению с сокращением времени полета на несколько часов, вы можете получить другой ответ.

Первым шагом будет боевой транспорт BWB. Масштабированные дроны X48B/X48C помогли разобраться во многих вопросах, связанных с управлением. Стоимость бомбардировщика B2 была в основном результатом использования первых малозаметных материалов и раннего крупномасштабного использования композитов. Если бы B2 был переработан с использованием современных стелс-материалов и сниженных затрат на композиты, его создание стоило бы в несколько раз меньше этой стоимости. Остающейся серьезной проблемой с большими самолетами BWB является герметизация. Трубка и форма крыла намного легче поддаются давлению (крыло не находится под давлением, трубка - одна из самых простых форм для создания давления). Самолет BWB имеет большую поверхность, но это не так по сравнению с самолетом с такой же грузоподъемностью. Кроме того, важна не общая площадь поверхности, а общая подъемная сила по сравнению с общим сопротивлением. Кузов с высокой подъемной силой и меньшим сопротивлением: Коэффициент подъемной силы позволяет совершать полеты на большей высоте, что значительно снижает потребность в топливе. Предлагаемый авиалайнер BWB примерно такой же, как A380, с гораздо меньшей длиной, гораздо более широкой кабиной, возможностью перевозить груз дальше в крыло. A380 имеет 4 довольно больших турбовентиляторных двигателя. BWB того же размера будет иметь 3 ТРДД аналогичного размера в хвостовой части фюзеляжа.

Первое подробное исследование конфигурации подъемного фюзеляжа за 80 лет, проведенное Дэвидом Синггом из Университета Торонто, показывает, что LFC имеет вдвое большее «снижение расхода топлива», чем BWB / HWB, по сравнению с трубой и крылом. Оправдание работы, проделанной уроженцем Техаса Винсентом Бернелли с 1921 по 1964 год. Самолет Бернелли Google.

Ссылка на отчет... http://oddjob.utias.utoronto.ca/~dwz/Miscellaneous/ReistZinggJofA2016.pdf

BWB был хорошим шагом вперед по сравнению с конфигурацией трубы и крыла, но теперь появилась наиболее эффективная и полезная конструкция. Даже это не гарантирует производства. Точно так же, как BWB не был принят из-за слишком радикальной конструкции, подъемному фюзеляжу потребуются годы, чтобы добиться признания. Предстоит больше исследований.