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西北工大翼身融合布局民机核心技术取得重大原创性成果 |
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NPU- 300设计概念图
团队部分核心成员 郭友军摄
如果有一架未来的大飞机，机身和机翼看起来融为一体，没有明显分界，尾翼小了很多，发动机位于飞机的尾部而不是机翼下，流线型的宽扁机身仿佛一只蓝鲸……
目前国际通用的民航飞机是筒身—机翼型传统布局，它是由类似圆柱形的机身再加上机翼、尾翼、发动机等构成，机身和机翼之间界限明显，主要是其空气动力效率发挥已经接近极限。而机翼、机身融合的飞机在航空领域被称为翼身融合布局。极具流线感的外形设计，让该型飞机具有传统飞机所不能企及的飞行性能，其气动效率高、结构重量轻、装载空间大，不但节能环保，还能有效降低噪音和发动机有害气体排放。世界民航组织、美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局均认为，翼身融合布局民机是有望实现未来绿色航空“经济、环保、舒适、安全”要求的民机革命性技术之一。
正因如此，翼身融合布局民机的设计技术，多年来也成为国际航空界争相研究的领域。
10月24日，西北工业大学举行科研成果发布会表明，西北工业大学牵头的国内“翼身融合民机技术研究团队”，在民机相关项目的支持下，经过十余年潜心研究，在翼身融合布局民机总体综合设计技术方面取得重大原创性研究成果。部分核心技术指标达到国际领先水平。
目前，翼身融合民机的一些主要关键技术已经系统开展了地面试验验证，并即将进入关键技术的集成验证和试飞验证阶段。9月和10月，《航空学报》编辑部分别在中英文版《航空学报》和Chinese Journal of Aeronautics专栏发表了这一研究成果。
“目前，国际上通用的筒身—机翼构型的大型民用飞机升阻比极限在20左右，进一步提升的余地极其有限。”西北工业大学力学与土木学院院长、翼身融合布局民机研究团队负责人李栋介绍。
据翼身融合布局民机研究团队原负责人、西北工业大学航空学院教授张彬乾剖析，研制翼身融合布局民机，主要有两个核心问题需要解决，一是设计方案的应用可行性问题，需重点解决如何在突出高气动效率的同时满足起降、噪声、应急疏散、舒适性等要求；二是翼身融合布局民机特殊形状的增压客舱结构及其减重问题。
目前，国际上几个代表性概念方案，高速巡航性能都很好，但分别存在起降性能不高；宽短机身不易布置逃生舱门，无法达到世界民航组织规定的90秒应急撤离要求；过宽的客舱影响乘坐舒适性；增压客舱结构及其减重技术未突破等问题。因此，距工程应用仍有较大差距。
国内翼身融合布局民机研究团队汇集了航空院所、相关高校的优势力量，围绕翼身融合布局民机发展的核心技术挑战，攻克了一个个技术难关。所完成的NPU-300概念方案基本解决了应用可行性问题。经气动数值模拟和风洞试验、应急疏散仿真、飞行模拟仿真等验证表明，该方案具有优异的高速巡航性能，起降性能显著提高；机身两侧均匀布置了8个舱门，很好地满足了90秒黄金逃生标准要求；客舱更少的每排座位设计使之具有良好的乘坐舒适性。整体性能达到了国际先进水平，部分指标处于领先地位。
正因为这种独特的设计，NPU-300还具有强大的装载能力，设计载客300名或载重40吨、航程13000公里。
“根据国内外同类型飞机公开的数据来看，我们的NPU-300在诸多性能上，是有较明显优势的。”李栋说。接下来，翼身融合布局民机关键设计技术的集成与飞行验证工作将进一步展开，研究团队将结合西工大在无人机研究领域的技术优势，加速开展NPU-300缩比无人机飞行验证。
李栋说：“我们预计用15年左右的时间，分步实施，从较小尺寸的无人机试飞到大尺寸的无人机飞行验证，加速推动翼身融合民机技术的进一步成熟，期望通过关键技术的集成验证，促进翼身融合民机从概念方案和关键技术研究向型号预研的转变，以期尽快为国家大型民用飞机发展服务。”
