[圖文]工程師重新構想飛機設計:提高燃效外形更似鳥
現代飛機設計的性能已經非常卓越,但從提高燃油效率的角度上說,飛機在設計上能否在更大程度上利用空氣動力學原理
簡單的組合式飛機,共有3個結構構成,分別是機翼、機身和機尾。他們重新為飛機設計了一個鳥的外形
據物理學家組織網報道,現在的飛機與鳥仍有很大差異,除非你能想像出一隻真正怪異的鳥或者一架非常怪異的飛機。雖然事實如此,但我們還是不禁要問,能否縮小二者之間的差異,讓飛機更接近鳥呢?最近,美國加利福尼亞州和南非的兩位工程師決定從無到有重新構想已經普遍採用的噴管-機翼飛機設計,以進一步提高飛機的燃油效率。在此過程中,他們不可避免地面對這一問題。
現代飛機設計的性能已經非常卓越,但從提高燃油效率的角度上說,飛機在設計上能否在更大程度上利用空氣動力學原理,進一步減少阻力並提高昇力呢?南加州大學工程師傑弗裡·斯佩丁和南非西北大學的喬希姆·胡伊森過去就認為他們能夠在理論上做到這一點,只是缺少實驗證據。現在,他們終於找到了證據。
斯佩丁和胡伊森製造了一架簡單的組合式飛機,共有3個結構構成,分別是機翼、機身和機尾。他們重新為飛機設計了一個鳥的外形,但同時又與任何類似鳥的東西無關。在21日於加州長灘舉行的美國物理學會流體動力學分會議上,他們公佈了有關這3個設計的實驗數據。
他們首先從其中一個結構開始,也就是機翼,整架飛機就是一個大機翼。隨後,他們又添加一個在設計上可將阻力降至最低的機身以及最為重要的小機尾,後者能夠利用機身產生的氣動擾動。斯佩丁和胡伊森對氣流和不同相對角度下的機翼、機身和機尾進行了分析,以尋找提高昇力(可搭載更多貨物)和減小阻力(提高燃油效率)的方式。他們認為,在任何給定條件下,最理想的飛機就是那些所產生阻力最小的飛機。
飛行翼本身提供了一條完美的基線,但有些不切實際,因為這種外形很難搭載人員或者貨物。機身的存在則降低了升力並提高阻力。但如果能夠採用合適的機尾,便可恢復升力並減少阻力,有時甚至可以達到近乎只有機翼的水平。
幾年前,一架採用簡單尾部設計的滑翔機成功進行了試飛,但體型更大的商用測試原型並沒有進行測試。斯佩丁承認飛機的設計應該是很多工程學、經濟和心理限制的一種妥協,但他同時也相信未來可以採取很多方式提高飛機能效。斯佩丁說:「最重要的一點是,我們採用非理想的飛機設計可能浪費大量燃料。至少,我們能夠證明存在一種可選性設計,在更大程度上利用空氣動力學原理。人們可能認為從現在開始進一步探索這種設計或者其他設計已經勢在必行,它們能夠讓全球能源消費現狀發生重大改變。」