Boeing chế tạo máy bay cánh giằng, tăng hiệu suất 30%

Get real time updates directly on you device, subscribe now.

Khi bạn đốt cháy nhiều nhiên liệu như một hãng hàng không, một điều chỉnh hiệu suất nhiên liệu một chữ số sẽ giúp tiết kiệm rất nhiều. Lấy ví dụ về bộ phim Aeroshark giảm lực cản mà Swiss Airlines đã dán trên 12 chiếc Boeing 777 của mình – nó mang lại mức tăng hiệu suất 1% và kết quả là chỉ với 12 máy bay, Swiss hy vọng sẽ sử dụng ít hơn 4.800 tấn nhiên liệu máy bay mỗi năm, tiết kiệm gần như nửa triệu đô la mỗi năm, mỗi máy bay theo giá hiện nay. Con số đó sẽ gần nửa tỷ mỗi năm đối với một nhà điều hành như American Airlines, đóng 1.000 máy bay trong đội bay của mình, từ mức tăng hiệu suất 1%.

Vì vậy, bạn có thể thấy việc một chiếc máy bay hiệu quả hơn 30% so với những chiếc máy bay một lối đi tốt nhất hiện nay có thể là một vấn đề lớn. Lần đầu tiên chúng tôi bắt gặp khái niệm thiết kế “cánh giàn” của Boeing là vào năm 2010, như một phần của khái niệm Volt “Nghiên cứu máy bay siêu âm” (SUGAR) được thiết kế như một phần của chương trình nghiên cứu của NASA.

Ý tưởng này tận dụng lực nâng cao hơn và lực cản thấp hơn mà bạn có được với các cánh dài hơn, mỏng hơn, tỷ lệ khung hình cao – loại mà bạn có thể tìm thấy trên một chiếc tàu lượn không trợ lực. Ví dụ, một mẫu concept mà Boeing đang thử nghiệm vào năm 2016 có cánh rộng hơn khoảng 50% so với máy bay tiêu chuẩn tương đương.

Về mặt cấu trúc, loại điều đó đơn giản là không hoạt động nếu không có sự gia cố. Vì vậy, thiết kế của Boeing treo các cánh từ đỉnh thân máy bay và giằng chúng bằng các giàn dài mọc từ bụng máy bay. Đây cũng là những cánh máy bay được tạo hình cẩn thận, tăng thêm lực nâng cũng như sức mạnh và độ ổn định.

Các cánh cực dài, mỏng tạo thêm lực nâng đồng thời giảm lực cản. NASA và Boeing hy vọng sẽ giảm được 30% lượng nhiên liệu đốt cháy

Máy bay Boeing

Là một khái niệm cận âm bay với tốc độ khoảng Mach 0,70 đến 0,75 (519 đến 556 dặm / giờ, 835 đến 895 km/h), Boeing ước tính những chiếc máy bay chở khách cánh giằng này có thể đốt cháy ít nhiên liệu hơn 50% so với máy bay thông thường. Vào năm 2019, khái niệm này đã được thiết kế lại để hành trình ở ngưỡng tốc độ siêu âm, khoảng Mach 0,8 (593 dặm/giờ, 955 km/giờ) và cho dù do tốc độ tăng thêm hay đơn giản là do hiểu rõ hơn về khí động học, Boeing đã vượt qua tuyên bố hiệu quả trở lại.

“Khi kết hợp với những tiến bộ dự kiến trong hệ thống động cơ, vật liệu và kiến trúc hệ thống,” thông cáo báo chí của Boeing cho biết, “máy bay một lối đi với cấu hình TTBW có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải tới 30% so với máy bay một lối đi hiệu quả nhất hiện nay máy bay, tùy thuộc vào nhiệm vụ.”

Đã có một thời gian dài thử nghiệm mô hình kỹ thuật số và đường hầm gió quy mô nhỏ, nhưng NASA hiện đã trao tài trợ cho Boeing thông qua thỏa thuận Đạo luật Không gian SFD với số tiền 425 triệu đô la, cùng với khoảng 725 triệu đô la từ Boeing và nhiều đối tác kinh doanh khác. để thực sự đi và chế tạo thứ đó ở quy mô đầy đủ và thử nghiệm chuyến bay đúng cách.

NASA cho biết họ có kế hoạch hoàn thành thử nghiệm trên máy bay trình diễn Transonic Truss-Braced Wing “vào cuối những năm 2020, để các công nghệ và thiết kế được dự án trình diễn có thể thông báo các quyết định của ngành về thế hệ máy bay một lối đi tiếp theo có thể đi vào hoạt động trong những năm 2030.”

Được phát triển trong hơn một thập kỷ, khái niệm cánh có giàn giằng đã được thử nghiệm rộng rãi trong CFD và ở quy mô nhỏ trong các đường hầm gió

Chắc chắn sẽ có những thách thức. Đối với những người mới bắt đầu, những chiếc cánh siêu dài này có thể đơn giản là không phù hợp với các nhà ga sân bay hoặc nhà chứa máy bay hiện có. Boeing chưa nói bất cứ điều gì về máy bay trình diễn, nhưng trên khái niệm năm 2019, hãng đã nói về việc sử dụng đôi cánh có thể gập lại để giải quyết vấn đề này trên mặt đất.

Và sau đó, có một thực tế là những chiếc cánh khổng lồ, dày, có tỷ lệ khung hình thấp hơn trên những chiếc máy bay tiêu chuẩn tạo ra một không gian rỗng hoàn hảo cho các thùng nhiên liệu của chúng. Việc giữ nhiên liệu ở trong cánh khiến nhiều trọng lượng được mở rộng ra, gần tâm lực nâng hơn, giảm ứng suất kỹ thuật nơi cánh tiếp xúc với thân. Nó góp phần phần nào vào sự an toàn khi xảy ra va chạm, giữ cho nhiên liệu cháy xa hơn với hành khách. Và từ góc độ đồng thau nguyên chất, nó giải phóng không gian trong cabin để có thêm chỗ ngồi kiếm tiền. Thiết kế thanh giằng sử dụng đôi cánh mỏng đến mức các thùng nhiên liệu có thể sẽ phải quay trở lại thân máy bay.

Mặt khác, Boeing nói rằng các cánh có thanh giằng, được gắn trên cao “cuối cùng có thể phù hợp với các hệ thống động cơ đẩy tiên tiến vốn bị hạn chế do thiếu không gian dưới cánh trong các cấu hình máy bay cánh thấp ngày nay” – mặc dù mẫu trình diễn này sẽ không thử nghiệm bất kỳ điều gì lạ mắt. động cơ mới ngay lập tức.

Và không cần phải nói, bất cứ thứ gì có thể đưa máy bay đi xa hơn với một lượng năng lượng nhất định đều có liên quan đặc biệt đến các nỗ lực khử cacbon. Pin-điện, hydro-điện, đốt hydro, amoniac và các công nghệ hệ thống truyền động sạch khác đều bị hạn chế bởi các con số phạm vi thấp hơn so với năng lượng nhiên liệu máy bay truyền thống và những thiết kế như thế này chắc chắn có thể đóng góp lớn.

Bạn có thể xem một số CFD (Computational Fluid Dynamics) và công trình đường hầm gió được đưa vào thiết kế này trong video bên dưới, bao gồm mô phỏng rung lắc trông khá sởn gai ốc khiến chúng ta cảm thấy tàu hỏa có thể là một lựa chọn khá tốt.