211service.com
Hybrid Wing bruger halvdelen af brændstoffet i et standardfly
Luftfartsingeniører har længe vidst, at en konventionel rørformet skrog til fordel for en manta-ray-lignende hybridvingeform kunne reducere brændstofforbruget dramatisk. Et hold hos NASA har nu demonstreret en fremstillingsmetode, der lover at gøre designet praktisk.
Vinge det: NASA har bygget en fjernstyret prototype af sit hybridvingedesign.
Kombineret med en ekstremt effektiv motortype, kaldet en motor med ultrahøjt bypassforhold, kunne hybridvingedesignet bruge halvt så meget brændstof som konventionelle fly. Selvom det kan tage 20 år for teknologien at komme på markedet, kan fremstillingsmetoden udviklet af NASA hjælpe med at forbedre konventionelle kommercielle fly inden for de næste otte til 10 år, vurderer Fay Collier, en NASA-programleder.
Fremstillingsteknikken sænker vægten af strukturelle komponenter i et fly med 25 procent, hvilket kan reducere brændstofforbruget betydeligt. Fremskridtene er kulminationen på en tre-årig indsats på $300 millioner fra NASA og partnere, herunder Pratt & Whitney og Boeing.
Der er to nøgleudfordringer med det flyvende vingedesign. Den ene er, hvordan man styrer sådan et fly ved lave hastigheder. NASA har tidligere adresseret dette ved at bygge et seks meter bredt fjernstyret testfly (X-48B) for at demonstrere måder at kontrollere hybridvinger på. Baseret på disse tests og vindtunneltests byggede NASA et større fjernstyret fly, der startede testflyvninger sidste år.
Den anden udfordring er at bygge en fuldskalaversion af flyet med trykkabiner, der er strukturelt forsvarligt. En af grundene til, at rørformede flyvemaskiner har holdt ved, er, at det er relativt nemt at bygge et rør, der kan modstå de kræfter, der virker på det udefra under flyvning, samtidig med at kabinetrykket opretholdes. Hybridvingedesignet involverer en fladere, kasselignende skrog, der blander sig med vingerne. Den fladere struktur, som omfatter nogle næsten rette vinkler, er meget sværere at bygge på en måde, der er stærk nok og let nok til at være praktisk.
NASAs fremstillingsproces starter med præformede kulstofkompositstænger. Stængerne er beklædt med kulfiberstof og syet på plads. Stoffet sys derefter over skumstrimler for at skabe tværstykker. Stoffet er imprægneret med en epoxy for at skabe en stiv kompositstruktur.
Sektioner af en skrog bygget med teknikken blev testet og vist at kunne modstå op til de kræfter, der ville blive påført et færdigt fly. Tests viste også, at når der blev påført nok tryk til at få delene til at svigte, stoppede de syninger, der blev brugt til at få strukturen til at sprede revner - en nøgle til at undgå katastrofale svigt under flyvningen.
Forskerne bygger nu en 30 fod bred, to-niveaus trykstruktur, der vil blive brugt i et forsøg på at validere fremstillingsmetoden. Denne struktur er planlagt til at være færdig i 2015.
For at opnå en reduktion på 50 procent i brændstofforbruget skal hybridvingedesignet inkorporere et avanceret motordesign. Collier siger, at ultrahøje bypass-motorer er et godt match. I et ultrahøjt bypass-design er den forreste blæser på motoren langt større end motorens kerne, hvor luften komprimeres og forbrænding finder sted. Så store blæsere kan være svære at montere under vingen, da motorer er monteret i de fleste konventionelle passagerfly. Hybridvingedesignet involverer montering af motorerne oven på flyet, snarere end under vingerne. (Det topmonterede design reducerer også støjniveauet.)
NASA har hjulpet Pratt & Whitney med at udvikle prototyper af ultra-høj bypass-motorer, som er beregnet til at gå i kommerciel brug for første gang næste år, med start på Bombardiers C-serie fly. NASA optimerer motorerne yderligere for at drage fordel af topmonteret design i hybridvingeflyet.