论文部分内容阅读
7月20日，波音公司研制的X-48B验证机在NASA德莱顿飞行研究中心成功首飞。上午8点42分，该机在地面操纵人员的控制下，爬升到2280米高度，在持续飞行了31分钟后顺利返回，安全着陆。X-48B的首飞标志着创新的翼身融合体(BWB)概念已经步入到试飞验证的研究阶段。
BWB概念探索
BWB概念最早可以追溯到20世纪40年代末。当时，著名飞机设计师诺斯罗普在研制和试验飞翼式作战飞机期间，曾试图将其发展成为一种飞翼式客机。然而，当时的技术无法解决飞翼式飞机的操纵稳定性问题，所有设计都无果而终。直到B-2轰炸机的问世，才重新引发了设计飞翼式客机的兴趣。
1988年，NASA的兰利研究中心组建了一个“远距离空中运输革命”的项目研究小组，率先开始探索BWB概念的可行性。
1988年，原麦道公司分部根据兰利研究中心课题研究小组的思想，提出了一种革命性构型，采用了两个横向彼此毗邻排列的圆柱形增压机身，并连接了一对机翼。经过比较，显示了这种融合体布局的重量显著减轻，有更高的升阻比，同时有很低的油耗。这即是BWB布局的雏形。
90年代初，NASA与麦道公司合作研究飞翼布局。到90年代中期，麦道公司鬼怪工厂大胆提出了一种BWB布局的超大型客机设计概念，最大载客人数超过800人。总体上看，BWB设计方案类似于飞翼布局，但也综合了常规飞机的一些特点。与B-2轰炸机有所不同，BWB方案将升力体形状的中央机体融合到高升力机翼内，这样整架飞机都可以产生升力，同时显著地减小阻力和降低油耗。当时，BWB高速模型在NASA兰利研究中心的跨音速风洞中进行了初步试验，结果表明，在M数0.84～0.85情况下，巡航升阻比为22。
BWB的另一个优势在于中央机体内部空间大，可以大量装载乘客和货物。与目前常规民航客机相比，BWB飞机可以显著提高使用效能、降低运营成本。X-48A计划终止
从1997年开始，NASA与麦道公司正式着手研究BWB超大型客机概念。按照最初设想。全尺寸BWB飞机在运输800名旅客或者100吨货物情况下，航程接近13000千米，最大起飞重量达370吨。旅客安排在双层客舱中，机翼前缘有大型弦窗和走道，机身后缘安装三台推力223千牛的涡扇发动机。该机翼展在79～85.34米之间，可以利用现有的机场设施。此后，NASA在进一步优化研究过程中发现，采用BWB布局的飞机在承载450名旅客时的飞行效率达到最佳，因此决定首先设计一种载客450人的BWB客机。
BWB布局容易出现俯仰和偏航失速，面临的主要技术挑战是操纵面的设计和控制。只有充分解决电传操纵系统对于操纵面的控制，真正的BWB飞机才有可能问世。为了全面研究BWB设计方案的气动和控制特性，麦道公司和斯坦福大学合作设计和制造了一架缩比6％的BWB-17模型，用于评估BWB的飞行控制律和飞行特性。
这架模型飞机采用两台活塞式发动机驱动后部的螺旋桨，翼展5.18米，重544千克。机载飞行控制计算机可以自动地调整后部的控制面，以便在非常规布局基础上，产生常规飞行品质。模型的迎角限制到15°，失速速度为52千米／小时，最大速度105千米／小时。1997年7月29日，这架BWB模型飞机进行了试飞验证，表明BWB研究进入到一个新的阶段。
1998年，NASA发起的BWB研究工作结束。研究的结论认为，BWB与常规设计的波音747-400相比，翼展宽出20米，机长缩短23米，载客量是波音747-400的两倍，重量减轻大约7％，可以减少发动机数量。
随着波音公司兼并麦道公司，BWB研究项目正式由NASA和波音共同投资和实施，位于爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心和诺福克的Old Do－minion大学是这个项目飞行试验阶段的伙伴。
90年代末期，研究人员在兰利研究中心先后实施了三种BWB低速飞行器模型的风洞试验和自由飞试验。2000年初，波音公司开始按照BWB飞机的14％缩比尺寸，设计一种BWB-LSV缩比飞机，计划通过飞行试验来探索这种布局的低速稳定性、可控性和操纵特性。2001年底，NASA正式将BWB-LSV命名为X-48A验证机。X-48A翼展10.7米，重量大约1135千克，采用三台威廉姆斯公司的J24-8涡喷发动机，最大速度为260千米，小时，飞行高度3000米。NASA的预算削减导致X-48A无果而终，没有试飞，但有关设计方案、风洞试验和飞行试验的总体计划，则为X-48B验证机的问世打下了基础。
X-48B问世
在X-48A项目终止后，波音公司自行投资，由鬼怪工厂继续从事BWB布局的发展工作，设计出一种8 5％缩比尺寸的验证机，制造出两架验证机用于研究。2005年11月，波音公司正式宣布，与NASA、美国空军研究实验室联合研制的X148B已经投产，原定在2006年试飞。
此次，鬼怪工厂选择了英国的克兰菲尔德航宇公司负责制造两架X-48B，并实施地面振动试验。
X-48B由一个类似箭头的宽体机身与后掠形机翼完全融合。它翼展6.2米，机翼面积93平方米，机翼采用了前缘缝翼，由数个可互换的部件组成。机体采用了先进的轻型复合材料。总重量大约只有180千克。
由于没有常规尾翼，X-48B只能依靠多个操纵面来实现稳定和控制，机翼和机身的融合弯曲形后缘上设计有20个操纵面，并在每侧翼尖小翼上设计有方向舵。中央机体内装有一台数字式电传飞控系统计算机，控制一个或两个致动器驱动每个操纵面。
X-48B的动力装置采用机身后部安装的三发布局。早期BWB方案曾经设计了半埋式发动机舱，但考虑到机身附面层干扰问题，最后方案采用了利用支柱的发动机吊舱形式。这种布局可以有效地减少喷气发动机噪音，因此未来BWB客机将更加安静。
X-48B采用的微型涡喷发动机，单台推力0.22千牛。在飞行试验期间，该机的最大飞行速度将可以达到218千米／小时，飞行高度可达3000米以上，续航60分钟，航程218千米。
除了制造两架缩比飞机外，克兰菲尔德航宇公司还负责提供地面控制车、保障设备和零部件。飞行员和飞行试验工程师在地面控制车里面遥控X-48B飞行。地面站配备了与飞机一样的操纵系统和显示设备，波音公司的试飞员可以利用真实的驾驶杆、油门杆和方向舵踏板来“驾驶”X-48B。
主要技术挑战
X-48B主要任务是通过飞行试验来研究BWB布局的低速性能和控制系统。克兰菲尔德航宇公司还负责制造航空电 子系统，包括两个单板处理机，其中一个用于常规管理，另一个用于飞行控制，波音公司可以将相应软件上载到硬件系统中。然而，由于美国出口限制，克兰菲尔德航宇公司并未获准接触飞行控制软件。因此，克兰菲尔德航宇公司只是为波音公司提供了一个试验研究平台，用于试验飞控软件。
鬼怪工厂负责研制X-48B的全部飞行控制软件、最大的技术挑战是控制分配。BWB布局的各种控制响应是非线性和高度耦合的，因此全部20个操纵面在所有时间内都处在运动变化之中。考虑到滚转会对飞行产生不利的偏航，因此除了翼尖小翼上的方向舵控制外，外段的操纵面也都可以起到阻力方向舵以及减速板的作用。虽然操控系统研制难度很大，但鬼怪工厂表示，未来的BWB飞机会像波音777客机或者C-17运输机一样容易操纵，无需重新培训飞行员。
鬼怪工厂还面临着其它技术挑战。为了能够模拟全尺寸BWB飞机的飞行特性，X-48B必须与真飞机有同样的缩比外形、缩比重量和滚转、俯仰和偏航等惯性特性。X-48B需要采用碳纤维复合材料制造以减轻重量。BWB布局提出的另一个设计挑战是结构。常规设计的圆柱形机身内部压力分布均匀，比较容易保持密封。然而，当把这种“圆柱”挤压成为一种不规则的扁圆形状时面临许多困难，结构将承受更大的压力。NASA研究人员希望通过采用复合结构来应对这种挑战，增加内部支柱来增加强度。
飞行试验计划
2005年9月，鬼怪工厂在兰利研究中心的全尺寸风洞内实施了BWB模型的自由飞试验。今年4月7日～5月12日，首架x-48B在兰利研究中心的全尺寸风洞中进行了250小时的试验，试验非常顺利。
风洞试验结束后，这架验证机被运送到NASA德莱顿飞行研究中心，用作第二架X-48B的备份。经过近一年的准备，第二架验证机已经在德莱顿安装了试验仪器，并进行全面检测，将从今年秋季开始承担飞行试验任务，首席试飞员是诺姆·霍维尔，他曾是C-17运输机的试飞员。X-48B的飞行试验分为两个阶段，主要是掌握BWB的低速飞行控制特性。研制队伍计划在一年时间里实施大约25次飞行，试飞高度将超过3000米，飞行速度大约250千米／小时。
首先从低风险的参数鉴定飞行开始，X-48B将在前缘襟翼固定状态下首飞，接着多次重复试验可伸缩的前缘襟翼，所有飞行都限制在基本的飞行包线内。正常情况下，验证机将从爱德华兹空军基地的干湖床上起飞和着陆。为了应对突发情况，机上装有一个回收降落伞和着陆气囊。避免机体过度损坏。
接下来将尝试在飞行包线的边界外飞行。试飞工作将逐渐深入到核心领域。特别是在高风险的大迎角飞行和接近失速的飞行速度下，X-48B将挑战陷入螺旋状态和翻滚飞行的风险。
未来发展前景
目前，鬼怪工厂正在将真实的飞行试验数据与计算机模型和风洞中所获得的数据进行比较。如果结果相符合，设计人员将开始规划下一步的研制工作。鬼怪工厂预计。从缩比验证机阶段发展到全尺寸原型机阶段将需要10～15年甚至更长时间。因此。即使一切发展顺利，BWB技术真正投入型号生产至少需要20年时间。
然而，在2005年4月底，曾有报道说波音公司正考虑采用BWB技术发展一种可以运载979人的超大型客机，以增强同空客A380客机的竞争实力。随后，波音公司完全否认了这一说法，表示BWB潜在用途可能在军事运输方面。早在几年前，鬼怪工厂就曾经公布过一种空中加油兼大型运输的BWB飞机想像图。该方案为一机多用，在机翼内侧和机身下部等3个位置分别装有硬式加油杆。在机翼外侧分别装有软式加油导管。与此同时，宽阔的机身内部可以分为上下两层货舱，上层可以装载19个标准集装箱，下层可以装载4个标准集装箱，并可根据特殊需要进行改装。此外，该方案还可以沿着机身内部、靠近外部加强肋部位，安装40个士兵座椅。
正是看好BWB未来军事用途中的潜力，美国空军研究实验室也加入到X-48B项目中。美国空军希望利用BWB技术发展出一种机动、远程和大容量的多用途军用飞机，用于执行空中加油、武器运载和指挥与控制等任务。
时至今日，作为NASA正在从事的七个新概念研究计划之一，BWB布局技术已经从早期概念研究阶段发展到缩比验证机试飞阶段，正在逐步显示出发展潜力。目前，面对不断上涨的燃油价格，BWB飞机所具有的效费比优势日益凸显，在民航运输和军事空运等领域引起了更加浓厚的兴趣。
编辑 秦蓁
BWB概念探索
BWB概念最早可以追溯到20世纪40年代末。当时，著名飞机设计师诺斯罗普在研制和试验飞翼式作战飞机期间，曾试图将其发展成为一种飞翼式客机。然而，当时的技术无法解决飞翼式飞机的操纵稳定性问题，所有设计都无果而终。直到B-2轰炸机的问世，才重新引发了设计飞翼式客机的兴趣。
1988年，NASA的兰利研究中心组建了一个“远距离空中运输革命”的项目研究小组，率先开始探索BWB概念的可行性。
1988年，原麦道公司分部根据兰利研究中心课题研究小组的思想，提出了一种革命性构型，采用了两个横向彼此毗邻排列的圆柱形增压机身，并连接了一对机翼。经过比较，显示了这种融合体布局的重量显著减轻，有更高的升阻比，同时有很低的油耗。这即是BWB布局的雏形。
90年代初，NASA与麦道公司合作研究飞翼布局。到90年代中期，麦道公司鬼怪工厂大胆提出了一种BWB布局的超大型客机设计概念，最大载客人数超过800人。总体上看，BWB设计方案类似于飞翼布局，但也综合了常规飞机的一些特点。与B-2轰炸机有所不同，BWB方案将升力体形状的中央机体融合到高升力机翼内，这样整架飞机都可以产生升力，同时显著地减小阻力和降低油耗。当时，BWB高速模型在NASA兰利研究中心的跨音速风洞中进行了初步试验，结果表明，在M数0.84～0.85情况下，巡航升阻比为22。
BWB的另一个优势在于中央机体内部空间大，可以大量装载乘客和货物。与目前常规民航客机相比，BWB飞机可以显著提高使用效能、降低运营成本。X-48A计划终止
从1997年开始，NASA与麦道公司正式着手研究BWB超大型客机概念。按照最初设想。全尺寸BWB飞机在运输800名旅客或者100吨货物情况下，航程接近13000千米，最大起飞重量达370吨。旅客安排在双层客舱中，机翼前缘有大型弦窗和走道，机身后缘安装三台推力223千牛的涡扇发动机。该机翼展在79～85.34米之间，可以利用现有的机场设施。此后，NASA在进一步优化研究过程中发现，采用BWB布局的飞机在承载450名旅客时的飞行效率达到最佳，因此决定首先设计一种载客450人的BWB客机。
BWB布局容易出现俯仰和偏航失速，面临的主要技术挑战是操纵面的设计和控制。只有充分解决电传操纵系统对于操纵面的控制，真正的BWB飞机才有可能问世。为了全面研究BWB设计方案的气动和控制特性，麦道公司和斯坦福大学合作设计和制造了一架缩比6％的BWB-17模型，用于评估BWB的飞行控制律和飞行特性。
这架模型飞机采用两台活塞式发动机驱动后部的螺旋桨，翼展5.18米，重544千克。机载飞行控制计算机可以自动地调整后部的控制面，以便在非常规布局基础上，产生常规飞行品质。模型的迎角限制到15°，失速速度为52千米／小时，最大速度105千米／小时。1997年7月29日，这架BWB模型飞机进行了试飞验证，表明BWB研究进入到一个新的阶段。
1998年，NASA发起的BWB研究工作结束。研究的结论认为，BWB与常规设计的波音747-400相比，翼展宽出20米，机长缩短23米，载客量是波音747-400的两倍，重量减轻大约7％，可以减少发动机数量。
随着波音公司兼并麦道公司，BWB研究项目正式由NASA和波音共同投资和实施，位于爱德华兹空军基地的德莱顿飞行研究中心和诺福克的Old Do－minion大学是这个项目飞行试验阶段的伙伴。
90年代末期，研究人员在兰利研究中心先后实施了三种BWB低速飞行器模型的风洞试验和自由飞试验。2000年初，波音公司开始按照BWB飞机的14％缩比尺寸，设计一种BWB-LSV缩比飞机，计划通过飞行试验来探索这种布局的低速稳定性、可控性和操纵特性。2001年底，NASA正式将BWB-LSV命名为X-48A验证机。X-48A翼展10.7米，重量大约1135千克，采用三台威廉姆斯公司的J24-8涡喷发动机，最大速度为260千米，小时，飞行高度3000米。NASA的预算削减导致X-48A无果而终，没有试飞，但有关设计方案、风洞试验和飞行试验的总体计划，则为X-48B验证机的问世打下了基础。
X-48B问世
在X-48A项目终止后，波音公司自行投资，由鬼怪工厂继续从事BWB布局的发展工作，设计出一种8 5％缩比尺寸的验证机，制造出两架验证机用于研究。2005年11月，波音公司正式宣布，与NASA、美国空军研究实验室联合研制的X148B已经投产，原定在2006年试飞。
此次，鬼怪工厂选择了英国的克兰菲尔德航宇公司负责制造两架X-48B，并实施地面振动试验。
X-48B由一个类似箭头的宽体机身与后掠形机翼完全融合。它翼展6.2米，机翼面积93平方米，机翼采用了前缘缝翼，由数个可互换的部件组成。机体采用了先进的轻型复合材料。总重量大约只有180千克。
由于没有常规尾翼，X-48B只能依靠多个操纵面来实现稳定和控制，机翼和机身的融合弯曲形后缘上设计有20个操纵面，并在每侧翼尖小翼上设计有方向舵。中央机体内装有一台数字式电传飞控系统计算机，控制一个或两个致动器驱动每个操纵面。
X-48B的动力装置采用机身后部安装的三发布局。早期BWB方案曾经设计了半埋式发动机舱，但考虑到机身附面层干扰问题，最后方案采用了利用支柱的发动机吊舱形式。这种布局可以有效地减少喷气发动机噪音，因此未来BWB客机将更加安静。
X-48B采用的微型涡喷发动机，单台推力0.22千牛。在飞行试验期间，该机的最大飞行速度将可以达到218千米／小时，飞行高度可达3000米以上，续航60分钟，航程218千米。
除了制造两架缩比飞机外，克兰菲尔德航宇公司还负责提供地面控制车、保障设备和零部件。飞行员和飞行试验工程师在地面控制车里面遥控X-48B飞行。地面站配备了与飞机一样的操纵系统和显示设备，波音公司的试飞员可以利用真实的驾驶杆、油门杆和方向舵踏板来“驾驶”X-48B。
主要技术挑战
X-48B主要任务是通过飞行试验来研究BWB布局的低速性能和控制系统。克兰菲尔德航宇公司还负责制造航空电 子系统，包括两个单板处理机，其中一个用于常规管理，另一个用于飞行控制，波音公司可以将相应软件上载到硬件系统中。然而，由于美国出口限制，克兰菲尔德航宇公司并未获准接触飞行控制软件。因此，克兰菲尔德航宇公司只是为波音公司提供了一个试验研究平台，用于试验飞控软件。
鬼怪工厂负责研制X-48B的全部飞行控制软件、最大的技术挑战是控制分配。BWB布局的各种控制响应是非线性和高度耦合的，因此全部20个操纵面在所有时间内都处在运动变化之中。考虑到滚转会对飞行产生不利的偏航，因此除了翼尖小翼上的方向舵控制外，外段的操纵面也都可以起到阻力方向舵以及减速板的作用。虽然操控系统研制难度很大，但鬼怪工厂表示，未来的BWB飞机会像波音777客机或者C-17运输机一样容易操纵，无需重新培训飞行员。
鬼怪工厂还面临着其它技术挑战。为了能够模拟全尺寸BWB飞机的飞行特性，X-48B必须与真飞机有同样的缩比外形、缩比重量和滚转、俯仰和偏航等惯性特性。X-48B需要采用碳纤维复合材料制造以减轻重量。BWB布局提出的另一个设计挑战是结构。常规设计的圆柱形机身内部压力分布均匀，比较容易保持密封。然而，当把这种“圆柱”挤压成为一种不规则的扁圆形状时面临许多困难，结构将承受更大的压力。NASA研究人员希望通过采用复合结构来应对这种挑战，增加内部支柱来增加强度。
飞行试验计划
2005年9月，鬼怪工厂在兰利研究中心的全尺寸风洞内实施了BWB模型的自由飞试验。今年4月7日～5月12日，首架x-48B在兰利研究中心的全尺寸风洞中进行了250小时的试验，试验非常顺利。
风洞试验结束后，这架验证机被运送到NASA德莱顿飞行研究中心，用作第二架X-48B的备份。经过近一年的准备，第二架验证机已经在德莱顿安装了试验仪器，并进行全面检测，将从今年秋季开始承担飞行试验任务，首席试飞员是诺姆·霍维尔，他曾是C-17运输机的试飞员。X-48B的飞行试验分为两个阶段，主要是掌握BWB的低速飞行控制特性。研制队伍计划在一年时间里实施大约25次飞行，试飞高度将超过3000米，飞行速度大约250千米／小时。
首先从低风险的参数鉴定飞行开始，X-48B将在前缘襟翼固定状态下首飞，接着多次重复试验可伸缩的前缘襟翼，所有飞行都限制在基本的飞行包线内。正常情况下，验证机将从爱德华兹空军基地的干湖床上起飞和着陆。为了应对突发情况，机上装有一个回收降落伞和着陆气囊。避免机体过度损坏。
接下来将尝试在飞行包线的边界外飞行。试飞工作将逐渐深入到核心领域。特别是在高风险的大迎角飞行和接近失速的飞行速度下，X-48B将挑战陷入螺旋状态和翻滚飞行的风险。
未来发展前景
目前，鬼怪工厂正在将真实的飞行试验数据与计算机模型和风洞中所获得的数据进行比较。如果结果相符合，设计人员将开始规划下一步的研制工作。鬼怪工厂预计。从缩比验证机阶段发展到全尺寸原型机阶段将需要10～15年甚至更长时间。因此。即使一切发展顺利，BWB技术真正投入型号生产至少需要20年时间。
然而，在2005年4月底，曾有报道说波音公司正考虑采用BWB技术发展一种可以运载979人的超大型客机，以增强同空客A380客机的竞争实力。随后，波音公司完全否认了这一说法，表示BWB潜在用途可能在军事运输方面。早在几年前，鬼怪工厂就曾经公布过一种空中加油兼大型运输的BWB飞机想像图。该方案为一机多用，在机翼内侧和机身下部等3个位置分别装有硬式加油杆。在机翼外侧分别装有软式加油导管。与此同时，宽阔的机身内部可以分为上下两层货舱，上层可以装载19个标准集装箱，下层可以装载4个标准集装箱，并可根据特殊需要进行改装。此外，该方案还可以沿着机身内部、靠近外部加强肋部位，安装40个士兵座椅。
正是看好BWB未来军事用途中的潜力，美国空军研究实验室也加入到X-48B项目中。美国空军希望利用BWB技术发展出一种机动、远程和大容量的多用途军用飞机，用于执行空中加油、武器运载和指挥与控制等任务。
时至今日，作为NASA正在从事的七个新概念研究计划之一，BWB布局技术已经从早期概念研究阶段发展到缩比验证机试飞阶段，正在逐步显示出发展潜力。目前，面对不断上涨的燃油价格，BWB飞机所具有的效费比优势日益凸显，在民航运输和军事空运等领域引起了更加浓厚的兴趣。
编辑 秦蓁