Введение

Смешанный корпус крыла (BWB), также известный как смешанный корпус, гибридный корпус крыла (HWB) или подъемный аэродинамический корпус, – это самолет с фиксированным крылом, у которого отсутствует четкая граница между крыльями и основным корпусом. Это отличается от «летающего крыла», у которого нет выраженного фюзеляжа, и «подъемного корпуса», у которого нет выраженных крыльев. Конструкция BWB может быть как бесхвостой, так и иметь хвостовое оперение. Основное преимущество BWB заключается в снижении площади смачиваемой поверхности и связанного с ней сопротивления формы в месте соединения крыла и корпуса. Также возможно создание широкого корпуса в форме аэродинамического профиля, позволяющего всему аппарату создавать подъемную силу и, таким образом, уменьшать размер и сопротивление крыльев. Конфигурация BWB используется как для самолетов, так и для подводных планеров.

История

В начале 1920-х годов Николас Воеводский разработал теорию BWB и, после испытаний в аэродинамической трубе, был построен самолет Westland Dreadnought. Он свалился во время первого полета в 1924 году, серьезно ранив пилота, и проект был отменен. Идея была предложена вновь в начале 1940-х годов для проекта авиалайнера Miles M.26, и был построен исследовательский прототип Miles M.30 "X Minor". Прототип перехватчика McDonnell XP-67 также совершил полет в 1944 году, но не оправдал ожиданий. Burnelli CBY-3 Loadmaster 1944 года представлял собой конструкцию с интегральным крылом, предназначенную для канадских операций в труднодоступных районах. NASA и McDonnell Douglas вернулись к этой концепции в 1990-х годах, создав искусственно стабилизированную модель длиной 17 футов (5 м) в масштабе 6%, получившую название BWB 17. Она была построена Стэнфордским университетом, совершила полет в 1997 году и продемонстрировала хорошие летные характеристики. С 2000 года NASA разработала дистанционно управляемую исследовательскую модель с размахом крыльев 21 фут (6 м). NASA также совместно исследовало конструкции BWB для беспилотного летательного аппарата Boeing X-48. Исследования показали, что авиалайнер BWB, перевозящий от 450 до 800 пассажиров, может обеспечить экономию топлива более чем на 20 процентов. Концепция N3-X NASA использует ряд сверхпроводящих электродвигателей для привода распределенных вентиляторов, что позволяет снизить расход топлива, выбросы и шум. Энергия для этих электрических вентиляторов генерируется двумя сверхпроводящими электрическими генераторами, приводимыми в действие газотурбинными двигателями, установленными на законцовках крыльев. Эта идея для возможного будущего самолета называется "гибридным крылокорпусом" или иногда "интегральным крылокорпусом". В этой конструкции крыло плавно переходит в корпус самолета, что делает его чрезвычайно аэродинамичным и обещает значительное сокращение расхода топлива, шума и выбросов. NASA разрабатывает подобные концепции для тестирования в компьютерных симуляциях и в качестве моделей в аэродинамических трубах, чтобы подтвердить, действительно ли возможны заявленные преимущества.

2020-е годы

В 2020 году Airbus представил концепцию БПК (BWB) в рамках своей инициативы ZEROe и продемонстрировал уменьшенную модель самолета. В 2022 году Bombardier объявила о проекте EcoJet. В 2023 году калифорнийский стартап JetZero представил проект Z5, рассчитанный на перевозку 250 пассажиров и нацеленный на категорию самолетов "New Midmarket Airplane", с планами использования существующих двигателей CFM International LEAP или Pratt & Whitney PW1000G. В августе 2023 года ВВС США объявили о контракте на 235 миллионов долларов, заключенном с JetZero на четыре года, который завершится первым полетом полномасштабного демонстратора в первом квартале 2027 года. Цель контракта – продемонстрировать возможности технологии БПК, предоставив Министерству обороны и коммерческой авиации больше вариантов для будущих воздушных платформ. После этого JetZero получил одобрение FAA на проведение испытательных полетов своего Pathfinder – демонстрационного самолета с интегральным крылом, разработанного для значительного снижения аэродинамического сопротивления и расхода топлива. Эта инновационная конструкция потенциально может снизить выбросы на 50%. JetZero планирует разработать модификации для перевозки пассажиров, грузов и в военных целях. Проект сталкивается с трудностями в сертификации и интеграции с существующей аэропортовой инфраструктурой.

Характеристики

Широкие внутренние пространства, создаваемые интегральной конструкцией, порождают новые структурные задачи. NASA изучает возможность использования композитной обшивки из углеродного волокна, армированной сшитой пенопластовой тканью, для создания непрерывного пространства кабины. Форма BWB минимизирует общую смачиваемую площадь – площадь поверхности обшивки самолета, тем самым сводя к минимуму сопротивление трения. Она также обеспечивает утолщение зоны корневой части крыла, что позволяет создать более эффективную конструкцию и снизить вес по сравнению с традиционным самолетом. NASA также планирует интегрировать реактивные двигатели с ультравысокой степенью двухконтурности (UHB) с гибридным крылом-корпусом. В традиционном трубчатом фюзеляже создается 12–13% общей подъемной силы, в то время как в BWB центральное тело обеспечивает 31–43% подъемной силы. Промежуточная конфигурация подъемного фюзеляжа, лучше подходящая для узкофюзеляжных авиалайнеров, обеспечивает 25–32% подъемной силы, что приводит к увеличению топливной эффективности на 6,1–8,2%.

Концептуальный рисунок

Концептуальное фото коммерческого самолета со смешанной крыло-фюзеляжной схемой появилось в ноябрьском выпуске журнала Popular Science за 2003 год. Художники Нил Бломкамп и Саймон ван де Лагемат из The Embassy Visual Effects создали это изображение для журнала с помощью компьютерной графики, чтобы показать будущее авиации и воздушных перевозок. В 2006 году изображение было использовано в сетевой мистификации, утверждавшей, что Boeing разработал 1000-местный авиалайнер (Boeing 797) с "радикальной смешанной крыло-фюзеляжной схемой", и компания Boeing опровергла это заявление.