探秘翼身融合飞机:达美与JetZero的新尝试

本文围绕达美航空与美国初创公司JetZero合作开发可搭载250名乘客的商用翼身融合(BWB)飞机展开,介绍了翼身融合飞机的设计、优势、相关公司的计划,分析了其发展面临的困难及未来趋势。

近日,达美航空对外宣布了一则重磅消息,它将与美国初创公司JetZero展开深度合作,共同开发一款能够搭载250名乘客的商用翼身融合 (BWB) 飞机。这款飞机的一大亮点在于,其燃油效率相较于目前正在运营的飞机将高出50%。近年来,翼身融合飞机凭借其创新的设计理念以及潜在的诸多优势,成为了航空领域备受瞩目的焦点。

探秘翼身融合飞机:达美与JetZero的新尝试

混合翼商用飞机的蓝图与进展

在过去的60年时间里,商用飞机的基本设计并没有发生太大的变化。像波音787和空客A350等现代客机,它们的外形与上世纪50年代末制造的波音707和道格拉斯DC - 8大致相同。而波音707和道格拉斯DC - 8巩固了至今仍在广泛使用的管翼外形。

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波音787家族

翼身融合飞机与传统的管翼设计有着截然不同的特点。它采用了机翼与机身融合的布局方式,形成了一种光滑的空气动力学外形,从外观上看,它更像是飞翼,而非典型的飞机。这种独特的设计赋予了翼身融合飞机诸多优势:其一,机身和机翼的平滑结合能够有效减少飞行时的阻力,进而提高燃油效率;其二,由于不需要单独设置机身,翼身融合飞机的重量相比同等尺寸的传统飞机更轻;其三,该设计拥有大而平坦的表面积,可产生更大的升力,需要的推力更小,从而消耗的燃料也更少;其四,翼身融合设计允许机舱拥有更宽敞的空间,既可以为乘客提供更舒适的睡觉环境,也可以用来装载额外的货物。

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一些公司已经明确宣布计划在2030年建造这些独特的飞机,其中就包括初创公司Natilus和JetZero。Natilus是一家成立于2016年的美国初创公司,一直在致力于开发翼身融合货机系列。在2024年10月23日,该公司宣布推出名为Horizon的200座窄体喷气式飞机,其目标直接瞄准了与空客A320neo和波音737MAX系列飞机竞争。

Horizon飞机的设计基于Natilus为货运应用设计的相同翼身融合概念,但针对客运市场的需求进行了一些关键改动。据Natilus公司称,与传统的管翼飞机相比,Horizon翼身融合飞机的体积可增加40%、碳排放量减少50%、燃料消耗减少30%。该公司表示将在2030年向客户交付第一架Horizon飞机。

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JetZero自2021年以来,一直有一个宏大的计划,那就是建造名为Pathfinder的250座巨型宽体飞机,用以直接取代老化的波音767。这个项目得到了美国空军、NASA和美国联邦航空管理局 (FAA) 的资助,是目前最接近实现新型客机的项目。

德国空军计划将其用作货机或加油机,阿拉斯加航空是第一家投资JetZero的航司,易捷航空也是其合作伙伴,这两家航司都被节省50%的燃油目标所吸引。JetZero的1:8比例的模型将于2027年进行试飞。

如果前景广阔,为什么还没开始制造?

翼身融合飞机的发展并非一帆风顺,面临着诸多困难。全球商用飞机产量最多的两家公司波音和空客都曾尝试过混合翼身设计。

回溯历史,早在20世纪20年代,俄罗斯发明家尼古拉斯·沃耶沃茨基(Nicolas Woyevodsky)就提出了翼身融合的理论,其现代版本后来由麦克唐纳·道格拉斯公司于20世纪90年代末开发出来。后来,麦克唐纳·道格拉斯公司与波音合并,波音继续推动了该项目,研发了名为X - 48的实验飞机,并在2007年至2013年间进行了试飞。

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2018年,波音公司商用产品开发和未来飞机开发副总裁迈克·辛内特表示翼身融合飞机配置可行,是经济的选择,然而配置本身不利于飞机的商业应用。同时,与传统的管翼飞机相比,制造翼身融合飞机显然更耗费材料,并且翼身融合飞机无法像传统飞机那样进行拉伸或收缩。以737为例,最初它是载客100人的飞机,自推出以来,已多次拉伸,可搭载200名乘客。

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空客也在积极研究翼身融合飞机概念,花费数年开发了一款名为Maveric的双发翼身融合飞机模型。真正的进展是在空客将这款飞机添加到其氢动力ZEROe概念计划中时取得的,因为其更大的固有容量使其比标准设计更适合携带氢气。

空客称该飞机可搭载多达200名乘客。然而在2025年2月,空客表示因技术进步慢于预期等原因,已推迟了其在2035年推出氢动力商用飞机的目标,并取消了在改装的A380测试飞机上测试氢推进系统的计划。

尽管波音和空客都已探索出自己的翼身融合飞机,但在这个提前15至20年销售产品并避免生产大修风险和成本的行业中,变革进展缓慢。波音和空客仍可以通过销售现有产品赚钱,所以他们目前并没有太大的动力进行技术变革。

未来发展趋势

翼身融合通常被认为是理论上最高效的飞机设计,它的阻力更小,比传统的固定翼设计更轻,从而进一步提高了效率。但在实际应用中,要实现这种设计却困难重重。机身区域需要足够深才能满足使用需求,这会增加飞行时的阻力。此外,控制和稳定性也是需要克服的一大挑战。还有一些实际挑战影响了商业设计,具体包括:

·这种飞机的机身内部空间较大,因此只针对大容量飞机市场。在未经验证的领域进行高成本开发是否值得,这是一个值得深思的问题。

·在较小的机场运营可能会面临挑战(正如我们在A380上看到的,因为它的翼展较长)。

·将发动机放置在机身结构内而不是外部吊舱内会导致潜在的安全问题。

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Natilus的Kona飞机的缩比原型

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JetZero的Pathfinder 12.5%缩小版演示机

翼身融合概念已经试验了几十年,但在商业领域取得的成功有限。截至目前,所有全尺寸商用翼身融合概念机仍处于效果图阶段,但已建造了演示机来测试和验证翼身融合设计的技术规格和性能。2023年4月,Natilus完成了KONA支线飞机缩尺原型的多次飞行。2024年3月,Pathfinder 1:8比例验证机获得了美国联邦航空管理局(FAA)的适航证书,批准该飞机在加州的爱德华兹空军基地进行试飞。

Natilus、JetZero都计划在本世纪30年代投入使用。然而在投入使用之前,必须克服气动复杂性、确保结构完整性、克服监管障碍和调整机场基础设施等艰巨挑战。但随着制造商和航司越来越注重提高效率,未来我们是否会看到一种新的飞机形状,让我们拭目以待。

本文介绍了达美航空与JetZero合作开发翼身融合飞机的消息,阐述了翼身融合飞机的优势、相关公司计划,分析了其发展面临的困难,包括制造难题、技术进展缓慢等,也探讨了未来发展需克服的挑战。尽管目前翼身融合飞机在商业领域成功有限,但随着行业对效率的追求,其未来仍值得期待。

原创文章,作者:Sorrowful,如若转载,请注明出处:https://www.gouwuzhinan.com/archives/40727.html

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