荷兰皇家航空和大学研究人员计划的V型飞机原型飞行

由ParaPy,SU2,MATLAB,ANSYS Fluent和HPC创建的回旋镖形飞机竟彩篮球建议可以比空客A350节省20%的燃油。

飞行V将乘客和燃料的负载转移到机翼上,与同类飞机相比,其运行效率提高了20%。图片由TU Delft提供。


10月,荷兰代尔夫特技术大学的研究人员和竟彩篮球师将与荷兰航空公司荷航(KLM)合作,试飞一种新型飞机竟彩篮球的原型,该原型可以比空客A350节省20%的燃油。

飞行V最初由柏林工业大学学生构想 贾斯图斯·贝纳德(Justus Benad),形状像飞旋镖。乘客座位和燃油存储在每个机翼内。 荷航 正在提供财务支持和工程专业知识。

飞行V能够搭载314名乘客和160平方米的货物,并且翼展可以与A350相匹配(因此它可以在现有的机场设施中运行)。

因为比A350小,所以它的流入表面积较小,阻力较小。通过结合机身和机翼,该竟彩篮球消除了传统飞机中机身产生的阻力。 飞行V也将使用高效的涡扇发动机,最终可能会改用电动涡扇。根据TU Delft的竟彩篮球团队的说法,在相同的距离内,它将使用更少的燃料。

该飞机的比例模型原型计划于2019年10月进行测试。图片由TU Delft提供

根据TU Delft的项目负责人Roelof Vos的说法,该团队已使用ParaPy(该大学的衍生公司)有效地参数化了飞机的外部几何形状和结构。为了进行空气动力学分析,他们使用了斯坦福大学’s SU2,在非结构化网格上求解Euler方程,并结合了摩擦阻力的经验模型。根据Vos的说法,通过将SU2和ParaPy耦合到MATLAB 优化工具箱中基于梯度的优化例程,可以实现最大的空气动力学效率的参数优化。

“为了分析结构重量(主要结构),我们使用了有限元分析方法并结合了空中客车公司的内部工具进行结构尺寸估算,” Vos says. “空中负荷也使用空中客车公司开发的基于涡旋格的求解器进行估算。”

在初步竟彩篮球阶段,所有工作都在台式工作站上完成。当前的仿真和分析研究利用了高性能计算资源,并且包括CFD以使用ANSYS Fluent求解雷诺平均Navier斯托克斯方程。

“这些还包括粘度和传热的影响,因此解决起来更昂贵,” Vos says. “为了进行基准测试,我们与一家小公司合作, MV Aero,它执行所谓的大涡模拟。”

应对竟彩篮球挑战

Vos表示,最大的竟彩篮球挑战是提出一种有效的方法来参数化包含椭圆形机舱竟彩篮球的外部几何形状。

“需要椭圆形的机舱以容纳重量轻,非圆形的机身,该机身可以是机翼的一部分,” Vos says.

另一个关键挑战是结构布局的定义。

“借助这种非常规的竟彩篮球,我们需要提出一种合理的结构布局,并利用在管状和机翼飞机中也可以找到的结构构件。考虑一下肋骨,梁,框架和纵梁,” Vos says. “经过大量的迭代和两个为期七个月的研究,得出了令人满意的竟彩篮球,可以使用结构调整算法对其进行分析和确定尺寸。”

尽管目前的重量估算是基于对A350型飞机的比较研究,但该团队尚未进行材料选择。

“我们报告的重量节省基于以下假设:两架飞机均由相同的材料制成,并具有相同的应力允许值,” Vos says. “因此,不需要新材料即可满足我们预期的重量减轻要求。”

准备飞行原型

虽然Vos表示,尚未确定是否会打印实际飞机的任何零件,但该比例尺原型/模型将部分地由3D打印的组件构建。

该模型是4.6%比例的飞机,其表皮由玻璃纤维增​​强塑料制成,并带有泡沫板,以提高刚度。肋骨和翼梁由玻璃纤维三明治结构制成,该团队使用真空辅助的树脂传递成型技术来获得轻巧,光滑的结构。

Vos表示,该项目目前正在按计划于2019年10月进行试飞。

“我们打算使用GPS,惯性测量系统以及用于测量速度和姿态的探头,来评估飞机的飞行质量,” Vos says. “除了对飞行质量进行定性评估外,我们还希望确定飞行动力学特征,以便我们可以对其进行建模。使用缩放定律,我们可以随后评估全尺寸飞机的飞行质量。在测试期间,飞机会在预定的回路中飞行。我们使用控制面挠度以某些方式(俯仰,滚动,偏航或组合)扰动飞机,并测量飞机的响应。我们以各种速度和飞机重心的不同位置执行该操作。”

您可以在团队中了解更多有关Flying V的竟彩篮球的信息’s .

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