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 Lockheed Martin Refina el Concepto Hibrido Wing-Body Airlifter

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ariel
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MensajeTema: Lockheed Martin Refina el Concepto Hibrido Wing-Body Airlifter   Sáb 15 Feb 2014 - 17:28

Lockheed Martin Refina el Concepto Hibrido Wing-Body Airlifter


Tradicionalmente, el rendimiento impulsa las decisiones de diseño de aeronaves militares y las implicaciones energéticas de esas opciones son secundarias. Pero a medida que los costos de combustible se comen a los presupuestos reducidos, el equilibrio está cambiando. Energía se está convirtiendo en un obstáculo crítico en las operaciones, y los resultados podrían cambiar la forma de diseño de las aeronaves.

Por ahora, los esfuerzos de la Fuerza Aérea de los EE.UU. para reducir las facturas de combustible se centran en su flota de transporte y cisterna, que consume dos tercios del combustible de aviación al servicio de cada año. Mientras modernizaciones-tal a corto plazo como la formación de vuelo, aletas y otros dispositivos de reducción de arrastrar-pueden reducir el consumo de combustible de los aviones existentes, no van a proporcionar la escala de los ahorros buscados en el largo plazo.


El nombre del (AFRL) Configuraciones Revolucionarias del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea para el programa de eficiencia energética(RCEE) lo dice todo: se pueden requerir cambios dramáticos en el diseño de aviones para lograr reducciones significativas en el consumo de combustible.

El objetivo de RCEE la Fase 1, que se desarrolló entre 2009-11 fue definir una flota de movilidad de próxima generación que se utilice un 90% menos de combustible que los medios de transporte y los petroleros de hoy. Durante la Fase 2, que comenzó en 2011 y se extenderá hasta el 2015, las empresas están tomando una mirada más cercana a las configuraciones específicas.

En la Fase 1, Boeing ha definido una flota mixta que se reunió con el objetivo de ahorro del 90%: un diseño de truss -ala arriostrada totalmente eléctrico con carga útil de 20 toneladas métricas, un empuje distribuido ,diseño híbrido-eléctrico de 40 toneladas de carga útil-, y un híbrido-eléctrico blended-body-wing con   carga útil de 100 toneladas (BWB). En la Fase 2, la compañía está tomando una mirada más de cerca de la distribucion del empuje , con un diseño híbrido de propulsión.

Lockheed Martin, por su parte, estudió una amplia gama de configuraciones y tecnologías en la Fase 1, en busca de la meta del 90%, la conclusión fue que un cuerpo alar híbrido (HWB) ofrece el mayor potencial. En la fase 2, la empresa está afinando aún más el concepto, que combina un ala volante, y el cuerpo delantero de la eficiencia aerodinámica y estructural con un fuselaje de popa convencional y la cola para la compatibilidad con las misiones de transporte aéreo actuales, incluyendo lanzamiento desde aereo.

El HWB bimotor está diseñado para despegar en menos de 6.500 pies y volar 3.200 nm llevar £ 220,000 de la carga útil, incluyendo todos los cargos no estándar ahora trasladado en helicóptero y por el Lockheed C-5. Lockheed calcula que la aeronave quema el 70% menos de combustible que el Boeing C-17 a través de una combinación de una mejor aerodinámica, motores más nuevos y las estructuras más ligeras. "Utilizamos tecnologías maduras para ser asequible y podríamos construir hoy", dice Rick Hooker, un ingeniero aeronáutico en Lockheed Martin Aeronautics


El estudio HWB se caracteriza por un alto grado de optimización aerodinámica utilizando la dinámica de fluidos computacionales (CFD) herramientas no disponibles para cuando la  flota de transporte aéreo de hoy (C-17 , Lockheed C-130 y C-5) fueron diseñados. A partir de un número de Mach de crucero de 0,7 como original, extensa optimización de la forma usando CFD aumento de la velocidad de crucero Mach 0,81 y reduce la fricción transónica en un 45%, dice el ingeniero aeronáutico Lockheed Andrew Wick.

Lockheed estima que el avión es un 65% más aerodinámicamente eficiente que la C-17, que está penalizado por su diseño de 1980 y el requisito de corto despegue y aterrizaje (STOL). El HWB es 30% más eficiente que un C-5, y Lockheed dice que es incluso capaz de lograr una eficiencia aerodinámica 5% mejor que el Boeing 787, aunque a un menor número de Mach.

Eso eficiencia proviene de varias fuentes. Para empezar, el fuselaje delantero integrado lleva el 25% del ascensor y mueve las raíces de las alas fuera de borda, extender la esperanza y la reducción de la resistencia sin aumentar el peso del ala. La distribución ascensor sentido de la envergadura se mejora y la relación de aspecto del ala aumentó a 12 para el peso de una relación de aspecto 9 ala convencional,

El fuselaje de popa, por su parte, asegura que el avión es compatible con la carga actual y las operaciones de suministro desde el avión-un reto para los puros diseños del ala voladora como el BWB, dice Hooker. La cola T convencional incurre en la penalidad de arrastrar un 5% con relación a un BWB puro, pero proporciona un control robusto y evita el costo y el riesgo de desarrollar nuevos efectores de control y algoritmos para un ala volante para permitir STOL y gestionar el centro de gravedad-abrupto ( CG) cambiar cuando paracaidismo de cargas pesadas.

El fuselaje de popa está diseñado para proporcionar un campo de flujo suave alrededor de las puertas de paracaidistas popa y rampa de carga, similar a un C-5, dice Hooker. La cola está dimensionado para manejar un rango de CG del 20% de la cuerda media aerodinámica, lo mismo que un C-5. Y el avión está diseñado de modo que no se necesita la cola para el ajuste de la velocidad, evitar una pena de arrastre.

Un aspecto inusual de la HWB diseño es que el cuerpo de proa mezclado encierra un fuselaje presurizado circular. Algunos se transporte carga en bahías sin presión externa paletas se cargan a través de la rampa trasera, se adelantó en los rodillos del piso, luego de lado por las puertas del fuselaje y en las bahías externas en las esteras de bolas. El resultado es un fuselaje presurizado que es más pequeño y más ligero que el del C-5 a pesar de la capacidad de carga similar. Lockheed calcula la estructura de la HWB es 18% más ligero que un diseño convencional.

Otro elemento no convencional de la configuración es la ubicación del motor por encima del borde de salida del ala. Barquillas sobre las alas de largo se han evitado en el diseño de aeronaves debido a la interferencia transónica adversa con las bandas, pero la optimización cuidadosa por parte de Honda de la ubicación del motor en el HondaJet ha dado a la nueva configuración de la credibilidad.

Lockheed estudió crucero arrastre interferencia con motores montados en varios lugares-por debajo y por encima del borde de ataque del ala, a lo largo del borde de salida y en los de popa del fuselaje-y ha generado más de 15.000 soluciones de Navier-Stokes CFD. Los resultados mostraron que el montaje de las barquillas en el interior del borde mejorada relación de elevación de arrastre de arrastre, independientemente del tipo de motor, para un beneficio aerodinámico de hasta el 5% en un lugar convencional bajo el ala.

Se han identificado tres centrales eléctricas potenciales. GEnx de General Electric es disponibles en la actualidad, proporcionando una reducción del 25% en el consumo específico de combustible (SFC) en los motores de C-17 y C-5M. Ultra Fan conceptual de Rolls-Royce tiene un sfc 30% menor y podría estar disponible en 2030. En tercer lugar es un rotor abierto GE que podrían estar disponibles a partir de 2025 con un sfc 35% más bajo. En combinación con la eficiencia aerodinámica mejorada y un peso más ligero, más bajos resultados SFC en el HWB quema un 70% menos de combustible que un C-17 con motores GEnx, 75% con Ultra aficionados y el 80% con rotores abiertos, Lockheed calcula.

Curiosamente, a pesar de diámetros que van de 11.8 pies del GEnx al de un rotor abierto 21 pies, "el ala optimizado a cabo a la misma forma para los tres motores", dice Wick. "La misma ala para los tres permite la instalación del motor debe ser modular. Podríamos construir hoy y sería diseñada para poder ser reengined ".

El análisis mostró la instalación a través del ala ofrece otros beneficios, dice. La cuerda del ala larga por delante de la góndola actúa como un estabilizador de flujo para reducir la distorsión de entrada y también el ruido del ventilador escudos de la tierra. El voladizo desde el borde de salida significa que el motor sigue siendo accesible para el mantenimiento y la eliminación. Y una cola más pequeña es posible con más de ala motores, dice Hooker.

Hay un beneficio de despegue vertical de la colocación de las góndolas de motor por encima del borde de salida del ala. "El flujo de entrada ofrece una gran cantidad de elevación de succión en el ala", dice Hooker. Esto tiene un efecto similar al de la zona de alta presión generada por los motores bajo las alas que soplan sobre las aletas desviadas, como sucede en la C-17, y permite a los motores sobre las alas para lograr un aumento similar del 15% en el máximo coeficiente de sustentación.

Para proporcionar capacidad STOL, exceso de volumen de combustible podría ser objeto de comercio para la aleta soplar para crear un ala de control de la circulación, como en el concepto de avión de transporte STOL desarrollado por Lockheed para el programa de velocidad Agile de AFRL. Otra posibilidad está desviando empuje hacia abajo, usando aletas de popa del motor, núcleo fluya vectorización con una tobera orientable de estilo F-35B, o girar los motores cuando las aletas se despliegan ", por lo que ir en el viaje", dice Hooker.

Aunque RCEE es sólo un esfuerzo de estudio, la Fuerza Aérea tendrá que comenzar a trabajar en su próximo avión de transporte estratégico en un futuro próximo si el C-17 es que se retiró como estaba previsto a partir de 2033. Tomando nota de que tomó 21 años al campo de la C-17, Hooker dice: "Tenemos que empezar hoy para evitar una brecha de futuro."

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