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NASA研究更静音的翼身融合客机布局
2017-07-17

[据美国航空周刊和空间技术网站2017年7月13日报道]噪声或许是传统商业航空面临的最棘手的环境挑战之一。公众对建造或扩大机场网络的反对意见已经、并且也将继续成为航空运输增长的限制。为了明确航空技术投资方向,NASA已经设定了若干中长期环境目标,包括将飞机噪声限制在机场范围之内。已有研究证明,只有采用非传统的飞机布局才能满足环保目标。

到目前为止,翼身融合(BWB)布局(NASA也将其称为混合翼身布局(HWB))显示出了最大的降噪潜力,但之前的研究表明它还无法满足噪声指标。如今,NASA进一步开展了BWB布局的降噪技术研究,提出了一些能使BWB布局满足远期(2035年)噪声要求的潜在技术。

2015年结束的NASA环境负责任航空(ERA)项目表明,BWB是截止目前发现的最安静布局。到2025年,BWB布局可实现相比FAA36部第4阶段累积噪声裕度40.4EPNdB。ERA项目瞄准的是中期(2025)环保目标(相比FAA36部第4阶段累积噪声裕度42EPNdB),因此301座级的BWB布局稍稍未达标,但相比同等尺寸的先进管状机身加机翼布局噪声水平低22.1dB。

目前,NASA已经识别出一些额外技术,预计2035年应用后可实现累积噪声裕度50.9EPNdB;同时,相比777大小的飞机,可将暴露在85dB以上噪声等级地区的面积缩小94.4%。缩小如此大的噪声暴露面积需要从发动机、起落架、高升力系统到飞发集成等各方面着手解决噪声产生和传播问题。

在NASA兰利研究中心高级研究工程师拉斯•托马斯的带领下,NASA开始了瞄准2035降噪目标(相比FAA36部第4阶段累积噪声裕度52EPNdB)的技术研究。托马斯6月在丹佛举行的AIAA航空年会上公布了部分研究成果。一些技术涉及齿轮传动涡扇发动机,包括拓展到进气道唇口的声衬,更短、更轻、阻力更小的短舱;声衬还用到了核心喷管上以吸收燃烧室低频噪声;将外涵气流分成两股的分流器进行了加厚,后部管道和分流器也进行了重新设计以改变风扇噪声的指向、增加屏蔽效果。

BWB布局噪声降低的主要贡献来自于机身对风扇和喷流噪声的屏蔽。托马斯在HWB-FT-2017方案中对屏蔽效果进行了进一步的优化。采用椭圆风扇喷管减小喷管尖端距离机身表面的距离、增加屏蔽效果;风扇喷管采用负角度斜接(底部更长)具有增加机体下部阴影面积的效果;垂尾根部面积增加则可屏蔽侧向噪声。

从HWB-2016方案到HWB-FT-2017方案对降噪贡献最大的则是起落架和高升力系统。ERA项目中研究的新布局高升力系统都采用了前缘克鲁格襟翼以实现层流流动。克鲁格襟翼从机翼下表面展开可以在起降阶段保护机翼前缘不受昆虫和其它污染物影响。但是襟翼展开机构、展开后的凹槽部分都是新的噪声源。

在HWB-2016方案中,襟翼托架垂直于机翼前缘,导致很强的横流和噪声;HWB-FT-2017方案中将托架重新顺流向布置,降低了横流噪声。襟翼内部的凹槽也填充了柔性表面以起到整流和降噪作用。2016年,波音和巴航工业在E170环保验证机上对传统前缘缝翼填充物进行了飞行测试,结果显示可降低噪声10dB。

此外,起落架是飞机进近时的最大的噪声源,也是进一步降低系统级飞机噪声的障碍之一。BWB布局的一大好处是,采用翼上安装发动机可将起落架长度缩短,从而减小噪声。HWB-2016方案使用了起落架局部整流降低噪声。HWB-FT-2017方案采用更大的起落架舱,只将机轮暴露在外,类似于军用运输机的侧面安装起落架。新的起落架舱进一步降低了噪声的产生和机体下表面对噪声的反射。

托马斯和它的合作伙伴表示,他们的研究表明上述降噪技术都很有潜力使BWB布局满足远期(2035年)环保目标,但他们警告说,其中的任何一项技术都不能直接应用于其他非常规布局。(航空工业发展研究中心 王元元)

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