Waarom zijn er geen blended-wing passagiersvliegtuigen in gebruik?

Alle onderzoeken die tot dusverre een voordeel voor blended wing bodies (BWB) lieten zien, waren gebrekkig.

De truc die het meest wordt gebruikt, is om een bestaand lijnvliegtuig te vergelijken met een hypothetische BWB die even hypothetische motoren met verbeterde efficiëntie gebruikt, zoals wat er 20 jaar later zou kunnen worden verwacht. Dit maskeert de inefficiëntie van het BWB-concept en zorgt ervoor dat de combinatie naar voren komt.

De BWB heeft altijd meer oppervlakte dan een vergelijkbaar conventioneel ontwerp. Dit vertaalt zich in meer wrijvingsweerstand en meer huidmassa, wat meer dan een voordeel compenseert dat wordt gegeven door de grotere vleugelwortel (wat helpt de vleugelmassa te verminderen). Als je van echte gegevens houdt, gebruik je de Avro Vulcan als een vroege BWB en vergelijk je deze met zijn tijdgenoten. Merk op dat ontwerppogingen voor een vliegtuig op basis van de Vulcan ( type 722 Atlantic ) nergens toe leiden.

Waarom zijn deze BWB-onderzoeken gepubliceerd? De auteur krijgt meer aandacht wanneer hij / zij een "revolutionaire doorbraak" claimt dan wanneer hij / zij eerlijker is en toegeeft dat het concept een blindganger is. Zelfs Boeing of Airbus publiceren graag BWB-onderzoeken, zodat het publiek de indruk krijgt dat ze de concurrentie voor zijn. Het is misselijk om zulke academisch oneerlijke studies te lezen - je moet tijd doorbrengen om naar de bodem van het ding te graven en de plot te ontrafelen; Als je dit echter een paar keer hebt gedaan, worden ze allemaal hetzelfde. Maar vergeleken met studies die 60 of 80 jaar geleden zijn gedaan, waarbij de auteur feitelijk een opsomming geeft van wat hij deed en waarom het niet lukte (wat de enige manier is om iets te leren), zijn die moderne studies een verspilling van tijd.

Zoals elk ander technisch artefact zijn vliegtuigen een product van compromissen tussen ontwerp, missieprofiel, aerodynamica, vluchtdynamica, structuren, krachtinstallatie, systemen, onderhoudsvereisten, luchthavenvereisten, enz. Zoals blijkt, had Jack Northrop gelijk: Vliegende vleugels en gecombineerde vleugelontwerpen zijn de meest aerodynamisch perfecte oplossing voor subsonische zware vliegtuigen met een toegevoegd voordeel van een zeer lage radardoorsnede die ideaal is voor militaire toepassingen.

Toen ik in 2000 als stagiair bij Boeing in Everett, WA werkte, hebben we het idee overwogen om vleugels te vliegen voor civiel transport. Hoewel de aerodynamica hen erg aantrekkelijk maakt om te ontwerpen en te bouwen, zijn er verschillende extra zorgen die, samen gecombineerd, de verdere ontwikkeling van een civiel transport in deze configuratie afremmen.

GEMAK VAN MONTAGE - Het is gemakkelijker om een semi-monococque romp en vleugelbox te monteren in tegenstelling tot een enkele grote vleugelbox met een binnen cabine.

NOODVACATIE - Het grootste nadeel van grootschalige vliegende vleugels is dat ze minder oppervlakken beschikbaar hebben om inloop- en uitgangsdeuren te maken, waardoor het moeilijk is om het vliegtuig snel te evacueren in een noodsituatie. Als maatstaf kan een A-380 binnen enkele minuten een totaalmanifest van 700 personen evacueren, maar de romp herbergt ook niet minder dan 16 nooduitgangen uitgerust met ontsnappingsslots / vlotten om dit te doen. Dit aantal uitgangen is niet mogelijk op een vliegende vleugel, waardoor het moeilijker en gevaarlijker wordt om een evacuatie uit te voeren in een noodgeval.

GEMAK VAN ONDERHOUD - Conventionele vliegtuigen bevatten hun motoren en systeem in gemakkelijk toegankelijke compartimenten langs de lagere delen van de romp en vleugel of staartkoloms. Op een vliegende vleugel worden deze systemen diep in de structuur begraven waar ze niet gemakkelijk toegankelijk zijn.

LUCHTHAVENFRASTRUCTUUR: Vliegende vleugels zullen zeer grote overspanningen hebben, die de dimensionale grenzen verleggen van bestaande start- en landingsbanen, taxibanen, opritscheidingen, eindpoorten, enz. die grenzen stellen aan routes naar luchthavens die geschikt zijn voor deze vliegtuigen. Dit heeft een directe invloed op de operationele flexibiliteit voor luchtvaartmaatschappijen die maximale routes, grote hoeveelheden betalend passagiersverkeer, enz. Willen maximaliseren.

Het interne volume dat onder druk moet worden gezet, zal vrij groot zijn. Het gebruik van een cilinder in het Blended Wing-lichaam (BWB) als pax-compartiment is goed te doen. Gewichtsbeperking, structuurverhogingen voor ladingen betrokken bij onder druk staande compartimenten (passagiers en kritieke vracht).

Gezien onderhoud, inspecties van composietstructuren en reparaties van oppervlakken met samengestelde curven en kritische fijnheid van het oppervlak laat veel te wensen over. Een van die lange termijnkosten: brandstofverbruik. Luchtvaartmaatschappijen letten hierop omdat het de grootste langetermijnkosten zijn. Misschien een plus als de kosten van de stoelmijl uitpakken.

Insurance. Geen bestaand vergelijkbaar vliegtuig om het mee te vergelijken. Wat denk je dat de dekking zal kosten? Accountants en statistici zijn geen dwazen. Historisch gezien heeft het ontwerp van vliegtuigen altijd de vermogens van de krachtcentrales overtroffen. Gaande zullen moeten nadenken over ontwerpen met bestaande krachtcentrales. SR-71 vloog voor het eerst met J-75's omdat de J-58 er nog niet was. Denk niet eens aan wat over twintig jaar een energiecentrale wordt.

Voor alle fasen van het ontwerp moet rekening worden gehouden met de betrouwbaarheid van de verzending. Door de motoren hoog op de BWB te monteren, worden snelle wijzigingen aan de motor aangebracht, laat staan dat preflight- en post-flight-inspecties heel erg op mijn lijst met favoriete dingen om te doen staan. Een infrastructuur voor grondservices zal veel aandacht behoeven.

Waar wilt u brandstof opslaan in de structuur? Naast het passagierscompartiment? Zelfladende lading zal dat niet leuk vinden.

De marginale effectiviteit van het regeloppervlak zal het toegestane gewicht en de balansomvang verkleinen. Beweging van brandstof om de beweging van zelfladende vracht te accommoderen en plaatsing van niet-zelfladende lading verhoogt de complexiteit. niet acceptabel. Luchtvaartmaatschappijen leven volgens het KISS Principal .

Vliegtuigfabrikanten en luchtvaartmaatschappijen van alle soorten overwegen al twintig jaar BWB-vliegtuigen en moeten er nog één in de vaart zetten. Stel jezelf de vraag waarom.

Normaal enkelvoudig of zelfs dubbel roer werkt niet met een vliegende vleugel. Dit komt door een lengte / spanwijdte ratio. Normale vliegtuigen hebben een lengte / spanwijdte-verhouding van meer dan 1. Vliegende vleugels hebben daarentegen een verhouding van minder dan 1. Om dit probleem op te lossen, moet de ontwerper het roer vergroten of meer roer toevoegen. Tot 4 in YB-49 bijvoorbeeld. Maar dit vergrote of toegevoegde roer zorgt ook voor extra weerstand, waardoor het voordeel van lage luchtweerstand wordt weggenomen dat de vliegende vleugel verondersteld wordt te geven.

Voor roerloos ontwerp is het probleem de gierstabiliteit. om yaw-besturing te bieden, gebruiken roerloze vliegtuigen een soort differentieel remsysteem. Het probleem is dat dit systeem geen statische stabiliteit biedt zoals een roer biedt. Om enige schijn van gierstabiliteit te creëren, moet het differentieel remsysteem regelmatig worden aangepast voor de gehele duur van een vlucht. Met de hand gedaan, zou dit de piloot snel vermoeien. Een roerloos vliegtuig vereist dus een of andere vorm van autonoom FCS om hiermee om te gaan. Dit geautomatiseerde systeem zorgt voor de extra kosten en heeft een extra storingspunt toegevoegd. Dit beperkt het gebruik van dit soort ontwerp tot alleen een militair en niet tot de kostenbewuste commerciële vliegtuigen.

De bovenstaande antwoorden zijn allemaal erg goed, maar ik vermoed dat de belangrijkste reden voor het ontbreken van blended-wing passagiersvliegtuigen in gebruik de eenvoudigste is: flyers lijken ze niet erg te waarderen.

"Boeing zou in hun 20-jarige commerciële plannen een gemengd vleugel-commercieel vliegtuig ontwikkelen, maar vond in hun eerste test van het ontwerp dat passagiers het helemaal niet leuk vonden. Het theaterontwerp van de stoelen leverde gewoon geen gunstig resultaat op en dat zorgde ervoor dat Boeing alle commerciële toepassingen voor het blended wing-ontwerp liet vallen, maar niet voor militaire toepassingen. " [nadruk toegevoegd]

link

Dat gezegd hebbende, zou ik geïnteresseerd zijn om te zien of passagiers zouden kunnen worden aangespoord om van gedachten te veranderen door een combinatie van:

1) Verbeterde weergave en verlichtingstechnologie in de jaren sinds dit ontwerp voor het laatst werd getest. (Aangenomen dat het probleem claustrofobie was, veroorzaakt door het ontbreken van vensters).

2) Voortdurend kleiner wordende zitbreedte en pitch op bestaande ontwerpen voor economy class. Als een gemengd vleugelontwerp zelfs een klein beetje extra ruimte mogelijk maakt (ik realiseer me dat er een bovenstaande analyse is om te suggereren dat dit niet zo zal zijn, maar als ), kunnen budgetreizigers die zich letterlijk de kneep voelen misschien wel gewonnen worden.

3) Als blended wing-ontwerpen meetbaar sneller zijn dan hun tegenhangers van de vleugel en de romp, is dat gouden. Als je een deelnemer aan de focusgroep vraagt of hij van ramen houdt, zeggen ze natuurlijk ja; maar als u hen vraagt om de waarde van vensters te rangschikken versus een paar uur van de vlucht af te scheren, kunt u een ander antwoord krijgen.

Blended wings are more beneficial when it comes to fuel efficiency increase and noise reduction.

Dat is niet bewezen. Er kunnen aerodynamische voordelen zijn, maar helaas moet een vliegtuig ook een ondersteunende structuur hebben. En als we naar een conventionele configuratie kijken, zien we een drukvat (de romp) ondersteund door een hefoppervlak (de vleugel). Elk heeft zijn eigen functie en is geoptimaliseerd om dit te doen:

• De romp heeft een ronde doorsnede, omdat dat de lichtste vorm is van drukvat dat we kunnen maken. Kantel hem en hij zorgt ook voor wat lift.
• De vleugel heeft het laagste oppervlak waar we mee weg kunnen komen, om wrijvingsweerstand te minimaliseren. Andere factoren in de optimalisatievergelijking zijn geïnduceerde weerstand en structureel gewicht.

Combineer nu de twee functies. Een blended vleugel of hijslichaam moet ook onder druk worden gezet, hoe gaan we dat doen? Alles behalve een drukcilinder zal zwaar zijn en extra gewicht heeft een weerstand tegen slepen. Als we een drukcilinder visualiseren in de gemengde vleugel, beginnen we ons meteen af te vragen of de vleugel niet te groot is voor de benodigde lading van de passagiers.

Begin met de laadvermogen van een passagier, bouw een drukvat om hen heen, zorg voor hefoppervlakken ... ik bedenk nog steeds de conventionele lay-out. Vogels, vleermuizen en insecten hebben ook deze indeling, de natuur heeft de voordelen van een blended vleugel ook niet gezien. Het antwoord op uw vraag kan eenvoudig zijn dat de conventionele lay-out de beste is.

De eerste stap zou een BWB-militair transport zijn. De geschaalde drones van de X48B / X48C hielpen bij het begrijpen van veel problemen die verband hielden met besturing. De B2-bommenwerperkosten waren meestal een gevolg van vroege stealth-materialen, vroeg grootschalig gebruik van composieten. Als een B2 opnieuw zou worden ontworpen met huidige stealth-materialen en lagere composietkosten zou het een fractie van die waarde kosten om te bouwen. De resterende grote uitdaging met grote BWB-vliegtuigen is drukverhoging. De buis- en vleugelvorm is veel gemakkelijker onder druk te zetten (vleugel is geen buis onder druk is een van de gemakkelijkste vormen om onder druk te zetten). BWB-vliegtuigen lijken een groter oppervlak te hebben, maar dat is niet waar in vergelijking met een vliegtuig met dezelfde lading / pax-capaciteit. Wat ook van belang is, is niet de totale oppervlakte, maar de totale lift versus de totale weerstand. Een hoog liftlichaam met minder weerstand: de liftverhouding maakt cruisen op grotere hoogte mogelijk, wat de brandstofbehoefte sterk zou verminderen. BWB-lijnvliegtuig voorgesteld is ongeveer hetzelfde als een A380, met een veel kortere lengte, veel bredere cabine, het vermogen om vracht verder uit te voeren in de vleugel. Een A380 heeft 4 redelijk grote turbofanmotoren. Een BWB van hetzelfde formaat zou 3 turbofans van vergelijkbare grootte in de achterste romp hebben.

De eerste, diepgaande studie van de Lifting Fuselage-configuratie in 80 jaar van David Singg aan de Universiteit van Toronto toont dat de LFC tweemaal de "brandstofbrandvermindering" van de BWB / HWB heeft vergeleken met de buis en de vleugel. Rechtvaardiging van het werk van de in Texas geboren Vincent Burnelli van 1921 tot 1964. Google Burnelli-vliegtuigen.

Rapportkoppeling ... link

De BWB was een goede stap voorwaarts vanuit de configuratie van buizen en vleugels, maar nu is het meest efficiënte en nuttige ontwerp naar voren gekomen. Zelfs dit garandeert de productie niet. Net zoals de BWB niet is geaccepteerd omdat het een te radicaal ontwerp is, zal de Lifting Fuselage jaren duren om acceptatie te krijgen. Meer onderzoek moet komen.