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| 中国航空工业发展研究中心航空技术所 姜曙光 2006年11月6日，来自剑桥-麻省理工学院联合研究所（CMI）的研究人员在伦敦的"皇家航空协会"（RAS）详细介绍了一种高效率翼身融合体客机的设计、使用方案和商业前景。研究人员称，这是一种"技术上可信的"客机方案，在普通机场的周边地区可能几乎听不见该机产生的噪声。这个欧美有关未来大型飞机的最新研究成果值得参考。 一、项目概况 这个由CMI领导的翼身融合体客机研究计划称作"静音飞机预案（SAI）"，有关的设计工作已经历了3年的时间，设计方案之一是名为SAX-40的翼身融合体静音飞机，计划于2025年投入运营，载客215名；另一种方案是降低风险的SAX-L/R1。 SAX-40在机场周边的加权平均噪声水平分贝（dBA）值为63，即低于公路交通噪声水平，累积噪声水平比欧洲第四阶段噪声限制标准低75EPNdB，相比之下，A380比欧洲第四阶段噪声限制标准低12 EPNdB。在燃油消耗率方面，SAX-40的每乘客燃油消耗量设计值约为波音787的80%。目前已对SAX-40设计方案作过评估，参与评估的机构均为该计划的"非支持者"，包括美国波音公司和英国罗-罗公司等。 SAI研究计划的经费由CMI和NASA兰利研究中心提供，约有40名研究人员参与了该研究，其专业领域涉及机体结构优化、降噪、起落架设计、发动机循环研究、推进一体化、静音操作、规则研究和经济分析。 二、技术方案 SAX-40机长44米，翼展67.5米，最大起飞重量150吨。巡航速度M0.8，航程9250千米；动力系统为3台发动机组成的"Granta-3401"发动机组，每台发动机有3个直径1.2米的、由核心机驱动的风扇，使其涵道比为18.3。需要指出的是，而GE公司最新的GEnx发动机的涵道比才达到9.5。另外，还考虑了技术风险相对较低的SAX-L/R1方案。 （一）SAX-40方案 1.气动外形设计特点 SAX-40采取了多种措施来降低噪声水平。SAX-40的中央升力体设计改善了飞机的低速性能，其弯曲前缘协助该无尾飞机在气动力上达到平衡，并提供了低的进场速度且巡航性能的损失最小。前缘下弯可提供高升力且无前缘缝翼所产生的噪声，取消襟翼消除了一个集中的机体结构噪声源，但是需要有一个大的机翼面积和大迎角来达到低进场速度。一对分开的升降副翼在飞机进场时打开，并展开后缘刷，后缘刷消散了尾流紊流并降低了噪声。另外，整流的起落架降低了高频噪声，并通过部分地密封起落架轮轴和机轮来降低中频噪声。 由于在采用整流式起落架并取消常规襟翼的同时也消除了用于飞机进场减速的阻力源，还要设法使SAX-40进场时能产生符合静音要求所需的减速阻力，这将通过偏转升降副翼和推力矢量以提高诱导阻力来实现。与此同时，相应产生的大进场迎角将遮挡驾驶员的视线，因此需要用一个座舱显示器来提供飞行员对跑道的观察视野。 2.推进系统特点 内埋的推进系统通过机体结构的屏蔽，实际上消除了发动机在地面时的前向噪声。高出机体表面的进气口可吸进中央机体的边界层流以改善推进效率并降低燃油消耗。分布式推进则允许使用小直径风扇和在发动机前后使用隔音内衬。 SAX-40的Granta-3401发动机采用一对风扇、轴流式压气机和5级低压涡轮（LPT）。发动机的详细设计现已完成。尾喷管形状可调使得飞机进场时能完全打开尾喷管，从而获得超低发动机速度和理想的推力，并降低了后向风扇噪声。 3.其它方面的考虑 SAI小组还研究了SAX-40静音操作的问题，主要是飞机起降时对机场周边地区的噪声影响，主要解决措施是提高在机场周边地区时的飞行高度并降低飞行速度。 SAI小组在假设噪声规则和机场着陆费用出现适中的和重大的变动条件下，将SAX-40与波音767、787、一种2020年的客机方案和SAX-L/R1的经济性作了对比。研究结果表明，SAX-40在售价1.6亿美元的情况下，并在任何噪声规则情形下都比其它机型更能盈利；在最严格的噪声规则情况下，SAX-40是唯一盈利的机型；即使维修成本高出30%，SAX-40仍比波音787更盈利。 （二）SAX-L/R1方案 设计小组承认SAX-40的某些技术具有高风险性，尤其是分布式推进系统，为此该设计小组开发了一种风险较低的设计方案，称作SAX-L/R1。SAX-L/R1装3台短舱式超高涵道比发动机，采用该设计方案的飞机起飞时的噪声可能会稍高一些，累积比SAX-40高12EPNdB，但仍比欧洲第四阶段噪声限制标准低60 EPNdB。 三、关键技术及其挑战 SAX-40的关键技术包括：能进行低速进场和高效率巡航的曲面中央升力体；一个内埋、分布式推进系统，包括超高涵道比发动机以及可调推力矢量尾喷管；机翼上无常规襟翼，其下弯的前缘可以平滑地展开，升降副翼带后缘刷以降低进场时的噪声；经过整流的起落架可以消除噪声源。 该研究计划下一步需要解决的技术挑战包括，客舱设计、推进系统/机体结构一体化、非圆形截面气密舱、可调/推力矢量尾喷管以及低速空气动力学。其它方面的技术担忧还包括边界层流引起的畸变，解决途径集中在推进系统设计上。另外，整流的起落架带来的重量、冷却和检修问题也需要考虑解决。 四、启示 SAI研究计划得到了NASA的资助，波音公司和罗-罗公司参与了评估，说明该计划得到了重视，技术方案具有一定的吸引力；但它尚处在基础性研究和设计的阶段，能否最终进入实用阶段，首先取决于后续相关研究的成功与否。 从这一研究计划目前的成果中不难看出： （1）"静音"是SAI民用大型飞机研究计划的第一关键词，说明噪声问题是未来20年新型大型民用客机的关键问题之一； （2）"翼身融合体"是SAI研究计划的第二关键词。翼身融合体飞机方案已经成为未来大型飞机的最热门气动外形选择之一； （3）欧美已经在研究未来20年的大型民用飞机的详细方案，既包括技术方案也有商业方案和环境影响评估。（1 飞行器）（ |