211service.com
Hybride vleugel verbruikt de helft van de brandstof van een standaardvliegtuig
Lucht- en ruimtevaartingenieurs weten al lang dat het vervangen van een conventionele buisvormige romp ten gunste van een mantastraalachtige hybride vleugelvorm het brandstofverbruik drastisch zou kunnen verminderen. Een team van NASA heeft nu een fabricagemethode gedemonstreerd die belooft het ontwerp praktisch te maken.
Vleugel het: NASA heeft een op afstand bestuurbaar prototype van zijn hybride vleugelontwerp gebouwd.
Gecombineerd met een uiterst efficiënt type motor, een ultrahoge bypass-ratio-motor genaamd, kon het hybride vleugelontwerp de helft minder brandstof verbruiken dan conventionele vliegtuigen. Hoewel het 20 jaar kan duren voordat de technologie op de markt komt, kan de fabricagemethode die door NASA is ontwikkeld, de conventionele commerciële vliegtuigen binnen de komende acht tot tien jaar helpen verbeteren, schat Fay Collier, een NASA-programmamanager.
De fabricagetechniek verlaagt het gewicht van structurele componenten van een vliegtuig met 25 procent, wat het brandstofverbruik aanzienlijk zou kunnen verminderen. De vorderingen zijn het hoogtepunt van een driejarige inspanning van $ 300 miljoen door NASA en partners, waaronder Pratt & Whitney en Boeing.
Er zijn twee belangrijke uitdagingen met het ontwerp van de vliegende vleugel. Een daarvan is hoe je zo'n vliegtuig met lage snelheden kunt besturen. NASA heeft dit eerder aangepakt door een op afstand bestuurbaar testvliegtuig van zes meter breed te bouwen (de X-48B) om manieren te demonstreren om hybride vleugels te besturen. Op basis van die tests en windtunneltests bouwde NASA een groter op afstand bestuurbaar vliegtuig dat vorig jaar met testvluchten begon.
De tweede uitdaging is het bouwen van een volledige versie van het vliegtuig met drukcabines die structureel gezond is. Een van de redenen waarom buisvormige vliegtuigen zijn blijven bestaan, is dat het relatief eenvoudig is om een buis te bouwen die bestand is tegen de krachten die er tijdens de vlucht op inwerken, terwijl de cabinedruk behouden blijft. Het hybride vleugelontwerp omvat een plattere, doosachtige romp die opgaat in de vleugels. De vlakkere structuur, die enkele bijna rechte hoeken bevat, is veel moeilijker te bouwen op een manier die sterk genoeg en licht genoeg is om praktisch te zijn.
Het productieproces van NASA begint met voorgevormde koolstofcomposietstaven. De hengels zijn bedekt met koolstofvezelstof en op hun plaats gestikt. De stof wordt vervolgens over schuimstroken gestikt om dwarsbalken te creëren. De stof is geïmpregneerd met een epoxy om een stijve composietstructuur te creëren.
Delen van een romp gebouwd met de techniek werden getest en aangetoond dat ze bestand zijn tegen de krachten die zouden worden uitgeoefend op een afgewerkt vliegtuig. Tests toonden ook aan dat wanneer voldoende druk werd uitgeoefend om de onderdelen te laten bezwijken, het stiksel dat werd gebruikt om de structuur te maken, de verspreiding van scheuren stopte - een sleutel tot het voorkomen van catastrofaal falen tijdens de vlucht.
De onderzoekers bouwen nu een 30-voet-brede, op twee niveaus onder druk staande structuur die zal worden gebruikt in een poging om de productiebenadering te valideren. Die structuur moet in 2015 klaar zijn.
Om het brandstofverbruik met 50 procent te verminderen, moet het hybride vleugelontwerp een geavanceerd motorontwerp bevatten. Collier zegt dat ultrahoge bypass-motoren een goede match zijn. In een ultrahoog bypass-ontwerp is de voorste ventilator op de motor veel groter dan de kern van de motor, waar lucht wordt gecomprimeerd en verbranding plaatsvindt. Dergelijke grote ventilatoren kunnen moeilijk onder de vleugel worden gemonteerd, aangezien motoren in de meeste conventionele vliegtuigen zijn gemonteerd. Het hybride vleugelontwerp houdt in dat de motoren bovenop het vliegtuig worden gemonteerd in plaats van onder de vleugels. (Het ontwerp aan de bovenkant vermindert ook het geluidsniveau.)
NASA heeft Pratt & Whitney geholpen bij het ontwikkelen van prototype ultrahoge bypass-motoren, die volgend jaar voor het eerst commercieel in gebruik zullen worden genomen, te beginnen met Bombardier's C-Series-vliegtuig. NASA optimaliseert de motoren verder om te profiteren van het top-mount ontwerp in het hybride vleugelvliegtuig.