超越管和翼 ： X - 48 混合机翼和 NASA 重塑未来运输机的追求

Bruce I. Larrimer Bruce I. Larrimer 国会图书馆在出版物中编目数据Names:Larrimer ， Bruce I. ， 作者。 | 美国。国家航空航天局 ， 发行机构。Title:超越管和翼 ： X - 48 混合机翼机身和 NASA 重塑未来运输机的追求 / Bruce I. Larrimer 。其他标题 ：X - 48 混合机翼机身和 NASA 重塑未来运输机的追求| NASA 航空学丛书.Description:华盛顿特区 ： NASA ， [2020] | 系列 ： NASA 航空学丛书 包括书目参考和索引。 摘要 ： “本书详细介绍了开发一种称为混合机翼机身 （ BWB ） 的新飞机配置的显着努力。为了应对来自 NASA 的挑战，麦克唐纳 · 道格拉斯公司在 20 世纪 90 年代初发起了研究，以确定这种新配置是否可以带来比传统的瑞典式，流线型管和尾式设计的显着优势。在麦克唐纳 · 道格拉斯与波音公司合并后，波音公司进行了额外的研究，开发和设计工作，导致了 X - 48B 和改进型 X - 48C 的制造和飞行测试，并与 NASA 一起进行了额外的风洞测试在 NASA 的环境责任航空计划的主持下。“- 由出版商提供。标识符:LCCN 2020004749 （ 打印 ） | LCCN 2020004750 （ 电子书 ） | ISBN 9781626830585 （ 精装本 ） | ISBN 9781626830592 （ 平装本 ） | ISBN 9781626830608 （ epub ）受试者:LCSH: 美国。美国国家航空航天局 - 研究。 | 波音公司 - 研究。 | X - 48 (研究飞机) | 混合翼体飞机 - 美国 - 设计和建造 - 历史。分类:LCC TL567. R47 L25 2020 （ 打印 ） | LCC TL567. R47 （ 电子书 ） | DDC 629.133349 - dc23 | SUDOC NAS 1.120: X 2LC 记录可在 https: / / lccn. loc. gov / 2020004749LC 电子书记录可在 https: / / lccn. loc. gov / 2020004750版权所有 © 2020 由国家航空航天局提供。本卷中表达的观点是作者的观点 ， 不一定反映美国政府或国家航空航天局的官方立场。在封面上 ： X - 48C 在加利福尼亚州罗杰斯干湖上空低空飞行时 ， 揭示了其独特的 manta 射线状平面形状。 NASA本出版物可在以下网站免费下载美国国家航空航天局华盛顿特区 目录Acknowledgmentsv序言 vi第一章 ： 寻求 “空气动力学复兴 ” 1第二章 ： “概念似乎是赢家 ” 37第 3 章从概念到设计 59第 4 章 ： 小规模试验床 81第 5 章 NASA 的第一次努力 ： 混合翼体低速车辆第 6 章空气动力学测试和车辆制造 125第 7 章 X - 48B 和 X - 48C 升空 163结语 ： 向全尺寸飞机 199附录 ： NASA Dryden 飞行中的 X - 48B 和 X - 48C 研究航班研究中心 213缩写和首字母缩略词 221精选参考书目 227关于作者 237索引 239iii Acknowledgments许多人竭尽全力以文件 ， 见解 ， 访谈 ， 照片和作者作品评论的形式提供关键信息。下面的人是特别有帮助的 — — 事实上 ， 往往是必要的 — — 搜索材料和准备的手稿 ， 我非常感谢他们的帮助。在加利福尼亚州长滩波音公司 ： 迈克尔 · 基斯卡 ， 罗伯特 · 利贝克 ， 诺曼 · 普林森 ， 布莱恩 · K · 罗登 ， 乔纳森 · 瓦斯和凯瑟琳A. 泽姆塞夫 （ 波音西雅图 ） 。在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的空军飞行测试博物馆 ： 斯蒂芬 · 罗宾逊。在加利福尼亚州森林湖的卡雷姆飞机公司 ： 本杰明 · 蒂格纳。在加利福尼亚州爱德华兹的 NASA 阿姆斯特朗 （ 前身为 Dryden ） 飞行研究中心 ： 弗兰克 · 巴特亚斯 ， 卡尔 · 本德尔 ， 阿尔比恩 · 鲍尔斯 ， 克里斯蒂安 · 盖尔泽 ， 希瑟 · 马里斯卡 ， 约瑟夫 · W · 帕勒 ， 蒂莫西 · K · 里施。在华盛顿特区 NASA 总部 ： Richard P. Hallion ， Anthony斯普林格先生.在弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心 ： 丹尼斯 · M · 布什内尔 ， 罗伯特 · 麦金利 （ 前工作人员 ） ， 温迪 · F · 彭宁顿和丹D. Vicroy.在斯坦福大学 ， 伊兰 · 克鲁。在 DZYNE Technologies ， Mark A. Page （ 以前是 Swift Engineering 和 McDonnell Douglas ） 。v Prologue本书回顾了开发一种称为混合机翼机身 （ BWB ） 的新飞机配置的非凡努力。虽然混合机翼是飞行机翼的分支，但存在显着差异。飞行机翼或所有机翼的飞机在机翼结构中包含其整个有效载荷，而混合的机翼机身将机身向上平滑或混合到机翼中。然而, 两者都是无尾飞机, 其代表了与当前客运和货运飞机的常规机翼、管和尾设计的显著设计差异。它们同样代表了无尾飞机带来的重大稳定性和控制挑战。1988 年，美国国家航空航天局 (NASA) 延长了美国S.航空工业 （ 和主要的设计范式 ），通过询问远程飞机是否有潜在的革命性复兴，或者工业是否达到了一个平台，之后设计师只会略微改善当代 “管和翼 ” 飞机和运输工具的设计和性能，例如波音 747，麦克唐纳 · 道格拉斯 MD - 11 和空中客车 A320 。麦克唐纳 · 道格拉斯公司 （ MDC，随后与波音公司合并 ） 接受了这一挑战，并在 1990 年代初发起了研究，以确定这种新配置是否可以带来比传统的瑞典式，流线型管和后掠的显着优势。尾部设计与波音公司 50 年前制造的 B - 47 轰炸机的趋势相吻合。领导这项工作的麦克唐纳 · 道格拉斯工程师指出，任何熟悉 B - 47 轰炸机的人都会很容易地认识到其生产线，并具有当代大型喷气式客机和运输机的基本结构布局。麦克唐纳 · 道格拉斯的初步研究确定了混合机翼的显着优势以及设计，制造和飞行 BWB 飞机的挑战。发现并最终解决的早期问题包括设计一个非常大的加压乘客或货舱，缺乏圆柱形传统管和尾翼飞机的环向张力强度。这些研究首先导致了对各种设计概念的进一步比较，并进一步开发了 BWB 配置，然后进行了动态缩放的小型 BWB 技术演示器 X - 48B 的后续设计和构造，该演示器后来被修改并指定为 X - 48C 。vi Prologue作为初步研究和设计的后续工作，斯坦福大学在麦克唐纳 · 道格拉斯的协助下，建造并飞行了一些无线电控制 （ R / C ） 模型，包括 6 英尺翼展的 R / C 模型，命名为 BWB - 6，后来设计，建造和飞行测试了 17 英尺翼展的远程驾驶 BWB 测试台 - BWB - 17 。在这一点上，麦克唐纳 · 道格拉斯希望建立一个试点，双引擎，24 ％ 的规模的 BWB 技术演示者。然而，1997 年 8 月 1 日，就在斯坦福 BWB - 17 飞行测试完成几天后，就在 MDC 开始努力制造原型之前，麦克唐纳 · 道格拉斯与波音公司合并，从而增加了波音公司可能放弃 BWB 的努力的可能性。但是波音公司对 MDC 的工作进行了详细的审查，之后，在 NASA 的鼓励，建议和支持下，该公司同意继续 BWB 的努力。波音的其他研究进一步完善了 BWB 的概念和设计，并解决了重要的飞行控制问题，包括无尾飞机所需的飞行控制定律以及迎角和侧滑限制器的发展。随后的波音 / NASA 计划始于 NASA 兰利研究中心的计划，该计划设计和制造 14 ％ 的小型 BWB 低速飞行器，后来被美国指定为 X - 48AS.空军。最初的努力被放弃了，但 BWB 继续进行后续的 X - 48B 项目。正如本书所回顾的那样，X - 48B 项目建立在早期的 BWB 工作基础上，但进行了广泛的空气动力学测试以及两个 8.5 ％ 的动态缩放测试车辆的设计和制造。X - 48B 在改装为 X - 48C 之前进行了 92 次试飞 ； 然后在 NASA 对环境负责的航空计划的主持下，它又进行了 30 次飞行。这些努力虽然证明了 BWB 概念的可行性，但仍然是一项正在进行的工作，因为截至目前，BWB 概念的最大承诺和国际未来仍未实现。Bruce I. Larrimer 哥伦布, 俄亥俄州 2020 年 9 月 22 日vii 1940 年代初期的 Northrop N - 9MB 是一项雄心勃勃的 ， 即使过早的努力 ， 也是利用混合机翼机身的前身飞行机翼配置。在这里 ， 当时唯一幸存的 N - 9MB 于 2014 年 3 月飞越加利福尼亚州兰开斯特的福克斯菲尔德。不幸的是 ， 它于 2019 年 4 月 22 日在加利福尼亚州奇诺坠毁 ， 炸死飞行员 David Vopat 。 （ 美国空军 [USAF] ）viii CHAPTER 1寻求 “空气动力学复兴 ”混合机翼配置的特征在于整体飞机设计 ， 在机翼和机身以及机身和机尾之间提供了最小的区别。混合机翼配置非常类似于飞行机翼配置 ， 但是比传统的飞行机翼在飞机的中心部分集中了更多的体积。Timothy Risch ， NASA Dryden 飞行研究中心 （ DFRC ） X - 48 项目经理丹尼斯 · 布什内尔提出挑战1988 年秋天，美国国家航空航天局兰利研究中心 （ LaRC ） 的丹尼斯 · 布什内尔在邀请麦克唐纳 · 道格拉斯代表和其他一些感兴趣的航空工程师和空气动力学学家参加兰利研讨会的信中提出了以下问题 ： “长途运输的空气动力学复兴吗 ？ ” 布什内尔特别质疑运输机设计的发展速度 ，注意到，以波音 707 和道格拉斯 DC - 8 为代表的革命性发展 — — 第一代瑞典喷气客机，彻底改变了国际航空商业 — — 后来的设计遵循了更加谨慎、渐进和进化的模式。1布什内尔的挑战最初受到了麦克唐纳 · 道格拉斯空气动力学家的谨慎甚至怀疑的反应 ， 自 1930 年代以来 ， 他们在飞机设计中率先进行了 “DC 革命 ” ， 导致了如此引人注目的 - 在某些情况下 ， 突破 - 设计 ， 例如传奇的 DC - 3 ， DC - 4 ，DC - 8 和 DC - 9 。但是 ， 在与几位空气动力学家进行头脑风暴会议之后 ， 他们概念化了三阶段研究方法 ：1 超越管和翼•使用进化 （ 即派生 ） 和革命 （ 即与过去决裂 ） 哲学准备飞机的基线阵列 ，•定义一个革命性的设计与不受约束的技术乐观 ， 和•比较两种设计方法的结果。2这是设计 ， 开发和飞行测试混合机翼机身概念的非凡努力的开始。作为对布什内尔的回应，1989 年春天，近二十名领导政府，工业和学术航空工程师和航空专家聚集在弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心，讨论可能的新飞机配置。与会者代表 NASA 总部 ； 兰利 ； NASA 艾姆斯研究中心 ； NASA 刘易斯研究中心 （ 现为 NASA Gle ） ； 麦克唐纳 · 道格拉斯 （ 现为波音 ） ； 洛克希德 · 格鲁吉亚 ； AeroViromet，Ic.斯坦福大学 ； 普林斯顿大学 ；美国海军和系统技术公司。布什内尔一直在寻求航空运输空气动力学效率的革命性飞跃 ， 而不仅仅是自 1949 年英国德哈维兰彗星喷气式客机问世以来的又一个进化进步。3事实上，令人惊讶的是，自从瑞典波音 707 和道格拉斯 DC - 8 飞机投入使用以来，喷气式客机的飞行效率一直保持相对不变，这彻底改变了全球航空旅行。波音公司的一项研究追踪了从窄体 707 和 DC - 8 时代到最初的宽体 - 波音 747 - 100，洛克希德