Wie die Cranfield University bei der Entwicklung von Blended-Wing-Flugzeugprüfständen helfen wird

Die Cranfield University strebt den nächsten großen Durchbruch in der Luftfahrtwelt an. Bis heute verfügt praktisch jedes Flugzeug zum Abheben über die traditionelle „Rohr- und Flügel“-Anordnung. Wie jeder moderne Widebody- oder Narrowbody-Jet verfügt das Flugzeug über einen langen, röhrenförmigen Rumpf mit Flügeln, die nach außen ragen, um Auftrieb zu erzeugen.

Heutzutage möchten viele Ingenieure und Wissenschaftler Flugzeugkonstruktionen durch eine neue Tragkörperform ändern, die zu erheblichen Einsparungen bei Treibstoff und Kohlenstoffemissionen führen kann. Cranfield leistet einen wichtigen Beitrag zu einer Gemeinschaftsinitiative in der Europäischen Union (EU).„EXAELIA“,und ihr Leitbild lautet:

„Befassen Sie sich mit der Notwendigkeit radikalerer Änderungen bei den Konfigurationen und Antriebskonzepten von Langstreckenflugzeugen, um die Kohlenstoffemissionen von Langstreckenflügen drastisch zu senken und die mögliche Inbetriebnahme solcher Flugzeuge vor 2050 zu beschleunigen.“

Foto: NASA

Ihre Idee ist ein Design, bei dem Rumpf und Flügel mithilfe der sogenannten Blended Wing Body (BWB)-Technologie zu einer einzigen Form kombiniert werden. Durch die Optimierung des Luftstroms verringert diese Flugzeugform den Luftwiderstand und vergrößert gleichzeitig den Innenraum. Gleichzeitig hoffen Wissenschaftler, Wasserstoff- oder andere Antriebskonzepte zu testen und in zukünftige Flugzeugzellen zu integrieren.

Weltweite Flugreisen und Frachtdienste sind auf den Luftverkehr angewiesen. Um die Klimaprobleme anzugehen, müssen jedoch die Umweltauswirkungen der Luftfahrt angegangen werden, und das erfordert revolutionäre Veränderungen. Dies hat die Luftfahrtindustrie und -gemeinschaft dazu veranlasst, die grundlegende Geometrie des Flugzeugs zu überdenken und dabei den Schwerpunkt auf Effizienzverbesserungen zu legen.

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Cranfield-Universität

DerDoktorarbeit 2016von Paulinus Peter Chukwuemeka Okonkwo gibt uns einen Einblick, wie sich die akademische Gemeinschaft und die Fakultät von Cranfield darauf konzentrieren, durch ihre Rolle im EXAELIA-Programm Einfluss auf die Welt der Luftfahrt zu nehmen.

Der Hauptpunkt ist, dass wachsende Umweltanforderungen und die Notwendigkeit niedrigerer Betriebskosten die Verwirklichung des BWB-Flugzeugs vorangetrieben haben. Der BWB integriert die Nutzlast in einen Auftrieb erzeugenden Mittelkörper, der mit Außenflügeln kombiniert ist, und verbessert so die aerodynamische Leistung, die Treibstoffeffizienz und die Lärmeigenschaften, um globalen Luftfahrtproblemen gerecht zu werden.

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Zu den Hauptvorteilen der BWB gehören:

• Bis zu 27 % weniger Kraftstoffverbrauch pro Sitzplatz.
• 15–20 % höheres Auftriebs-Widerstands-Verhältnis (L/D).
• 33 % Reduzierung der benetzten Oberfläche.
• Geringeres Betriebsleergewicht um 12 %.
• Leiserer Betrieb durch das Fehlen von Landeklappen und Höhenleitwerk.

Foto: Airbus

Studien haben ergeben, dass der BWB unter 96 verschiedenen aerodynamischen Konfigurationen das beste Geräuschprofil aufwies und bei den Geräuschbewertungsmetriken 64,3 % erreichte, verglichen mit 58,7 % bei herkömmlichen Designs. Trotz dieser Vorteile muss die BWB aufgrund von Herausforderungen in Bezug auf Stabilität, Steuerung, Antriebs-Flugzeug-Integration und komplexen Kompromissen aufgrund eng gekoppelter Disziplinen noch in den kommerziellen Dienst treten.

Ein aktuelles Projekt beiCranfields AIRC hat einen Simulator mit fester Basis entwickeltum die Aspekte menschlicher Faktoren zukünftiger Wasserstoffflugzeuge zu untersuchen. Das Cockpitmodell basiert auf einem A320, verfügt jedoch über zusätzliche Touchscreens und Glas.

Durch die Investition von 69 Millionen Pfund in die Gründung des ersten UnternehmensGroß angelegte Wasserstoffforschungsanlage an jedem britischen FlughafenDie Cranfield University – die auch den Flughafen Cranfield besitzt und betreibt – steht an vorderster Front bei der Erforschung innovativer Flugzeugdesigns und der Möglichkeiten von Wasserstoff in der Luftfahrt.

Airbus MAVERIC

Das zehnköpfige MAVERIC-Projektteam (Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls), Teil des Flight Lab-Teams von Airbus UpNext, entwickelte das MAVERIC-Konzept von einer Skizze über ein computergeneriertes 3D-Modell bis hin zu einem maßstabsgetreuen Flugzeugdemonstrator.

Am Airbus-Standort Filton im Vereinigten Königreich wurden Windkanaltests durchgeführt, um seine aerodynamischen Eigenschaften zu überprüfen. Der 2 Meter lange und 3 Meter breite Demonstrator wurde mit der gleichen Präzision gebaut wie jedes andere Airbus-Flugzeug.

Foto: Airbus

Der MAVERIC-Demonstrator hat das Potenzial, erhebliche Vorteile bei der Umweltleistung zu erzielen, wie etwa einen um etwa 20 % geringeren Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu aktuellen Single-Aisle-Modellen mit demselben Motor. Darüber hinaus könnte das Flugzeug durch eine breitere Kabinenaufteilung und größere Gänge das Passagiererlebnis deutlich verbessern.

„Airbus nutzt neue Technologien, um die Zukunft des Fliegens voranzutreiben. Durch das Testen bahnbrechender Flugzeugkonfigurationen ist Airbus in der Lage, deren Potenzial als realisierbare zukünftige Produkte zu bewerten“, sagte erJean-Brice Dumont, EVP Engineering

.

Er fuhr fort: „Obwohl es keinen konkreten Zeitplan für die Inbetriebnahme gibt, könnte dieser Technologiedemonstrator entscheidend dazu beitragen, die Architektur von Verkehrsflugzeugen für eine ökologisch nachhaltige Zukunft der Luftfahrtindustrie zu verändern.“

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MAVERIC in Zahlen

• Länge:2 m (6,6 Fuß)
• Spannweite:3,2 m (10,5 Fuß)
• Oberfläche:Ungefähr 2,25 m² (24,2 ft²)
• Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs:Bis zu 20 % im Vergleich zu Single-Aisle-Flugzeugen
• Erster Flug:Juni 2019

Adrien Bérard, Co-Leiter des MAVERIC-Projekts, sagte: „Wir bei Airbus verstehen, dass die Gesellschaft mehr von uns erwartet, wenn es um die Verbesserung der Umweltleistung unserer Flugzeuge geht. Die gemischte Flügelkörperkonfiguration von MAVERIC ist in dieser Hinsicht ein potenzieller Game-Changer, und wir sind bestrebt, die Technologie an ihre Grenzen zu bringen.“

NASA und Boeings BWB

Und

haben ein erfolgreiches Flugtestprojekt im Dryden Flight Research Center der NASA abgeschlossen und 122 Flüge absolviert, davon 30 als C-Modell. Der X-48C Hybrid Wing Body-Technologiedemonstrator, der von The Boeing Co. entworfen und von Cranfield Aerospace Limited aus dem Vereinigten Königreich gebaut wurde, wurde modifiziert, um die Stabilität und Kontrolle bei niedriger Geschwindigkeit einer geräuscharmen Version eines fiktiven, zukünftigen Hybrid Wing Body (HWB)-Flugzeugdesigns zu bewerten.

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Das HWB-Design basiert auf Konzeptstudien, die im Rahmen des Environmentally Responsible Aviation-Projekts der NASA über zukünftige potenzielle Flugzeugdesigns in 20 Jahren durchgeführt werden. Die X-48C behielt die meisten Abmessungen des B-Modells bei, mit einer Flügelspannweite von etwas mehr als 20 Fuß und einem Gewicht von etwa 500 Pfund.

Das Projektteam modifizierte die Software des Flugsteuerungssystems, einschließlich der Flugsteuerungsbegrenzer, um den Flug des Flugzeugs innerhalb eines sicheren Flugbereichs zu halten. Dies ermöglichte einen stärkeren und sichereren Prototyp eines Flugsteuerungssystems, der für die weitere Entwicklung potenzieller kommerzieller Hybrid- oder Blended Wing-Flugzeuge in Originalgröße in der Zukunft geeignet ist.

„Unser Team bei NASA Dryden hat getan, was wir am besten können: ein einzigartiges Flugzeug im Flug zu testen und wiederholt Daten zu sammeln, die für die Entwicklung zukünftiger ‚grüner‘ Verkehrsflugzeuge verwendet werden“, sagte erHeather Maliska, X-48C-Projektmanager der NASA Dryden. „Es ist bittersüß, das Ende des Programms zu sehen, aber wir sind stolz auf das sichere und äußerst erfolgreiche gemeinsame Flugtestprogramm von Boeing und der NASA, das wir durchgeführt haben.“

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X-48C in Zahlen

• Winglets:Von den Flügelspitzen an Positionen innenbords neben den Triebwerken verlegt, wodurch zwei vertikale Leitwerke entstehen
• Hintere Rumpfverlängerung:Achterdeck um etwa 2 Fuß (0,6 m) verlängert
• Motoren:Die drei 50 lb (22,7 kg) Schubeinheiten wurden durch zwei 89 lb (40,4 kg) Schubtriebwerke ersetzt
• Spannweite:Etwas mehr als 20 Fuß (6,1 m)
• Gewicht:Ungefähr 226,8 kg (500 lb)
• Geschätzte Höchstgeschwindigkeit:Ungefähr 225 km/h
• Decke:Bis zu 10.000 Fuß (3.048 m)

Die fliegenden Flügel von heute

Der

ist immer noch das einzige Nurflügelflugzeug im aktiven Dienst. Es wurde für die entwickelt

Die Durchdringungsmissionen ermöglichen ein tiefes Eindringen in feindliches Gebiet zum Einsatz von Kampfmitteln. Seine kaum sichtbaren Technologien, seine hohe aerodynamische Effizienz und seine große Nutzlast machen ihn früheren Bombern überlegen.

Die Entwicklung der B-2 Spirit erforderte eine enorme Investition in computergestützte Design- und Fertigungstechnologien, um das endgültige Serienflugzeug zu erhalten.

Foto: US Air Force

Der

B-2 Geist

• Kraftwerk:vier

  F118-GE-100-Motoren

• Schub:17.300 Pfund pro Triebwerk (jeweils 17.300 Pfund / 7.847 Kilogramm Schub)
• Spannweite:172 Fuß (52,12 Meter)
• Länge:69 Fuß (20,9 Meter)
• Höhe:17 Fuß (5,1 Meter)
• Gewicht:160.000 Pfund (72.575 Kilogramm)
• Maximales Startgewicht:336.500 Pfund (152.634 Kilogramm)
• Kraftstoffkapazität:167.000 Pfund (75.750 Kilogramm)

Im Rahmen des Programms „Unmanned Combat Air System Carrier Demonstration“ (UCAS-D) wurde das

entwickelte das X-47B UCAS. Ziel des Programms ist es, zu entwickeln und zu demonstrieren, welche schwanzlosen unbemannten Flugzeuge in Jägergröße von Flugzeugträgern der US-Marine gestartet werden können.

Foto: US Air Force

Der Northrop GrummanX-47B UCAS

• Name:X-47B Unbemanntes Kampfluftsystem (UCAS)
• Operator:US-Marine
• Leistungseintrag:April 2019
• Länge:38,2 Fuß (11,6 m)
• Spannweite:62,1 Fuß (18,9 m)

• Kraftwerk:

  F100-PW-220U-Motor

Der

ist ein amerikanischer strategischer Bomber, der von Northrop Grumman für die US Air Force entwickelt wurde. Es wurde zu Ehren der Doolittle Raiders aus dem Zweiten Weltkrieg „Raider“ genannt und soll bis 2040 den Rockwell B-1 Lancer und den Northrop B-2 Spirit ersetzen.

Foto: US Air Force

Der B-21 Raider

• Enthüllt:2. Dezember 2022
• Erster Flug:10. November 2023 (inoffiziell)
• Produktion:≥100 (projiziert)
• Inventar:1
• Operator:AFMC. Geplant: AFGSC
• Flugzeugstandort:Air Force Plant 42, Kalifornien, Edwards AFB, Kalifornien (geplante Tests), Ellsworth AFB, N.D., Whiteman AFB, Mo., Dyess Air Force Base, Texas (alle geplant)
• Abmessungen:Spannweite 150 Fuß (geschätzt, ungefähr), Höhe 18 Fuß (geschätzt, ungefähr)
• Gewicht:Max T-O unbekannt.
• Kraftwerk:Turbofans von Pratt & Whitney.
• Leistung:Hohe Unterschallgeschwindigkeit (geschätzt), interkontinentale Reichweite.
• Rüstung:Nuklear und konventionell (geplant)
• Unterkunft:Mit Besatzung/Optional ohne Besatzung.

EXAELIA-Partnerschaft

Die Association of European Research Establishments in Aeronautics (EREA) hat neun Partner. Die Zusammenarbeit verfügt bereits über eine Erfolgsbilanz bei der Entwicklung von Flugprüfständen, der Durchführung von Flugtests sowie der Konzeption und Analyse zukünftiger Flugzeuge. Die Partner sind auf dreizehn europäische Nationen verteilt, die zusammen einen beträchtlichen Anteil des Luftfahrtsektors des Kontinents ausmachen.

• NLR:Stiftung des Royal Dutch Aerospace Centre – Niederlande
• GUT:Nationales Büro für Luft- und Raumfahrtstudien und -forschung – Frankreich
• DLR:Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – Germany
• VERSCHIEBEN:Italienisches Luft- und Raumfahrtforschungszentrum SCPA – Italien
• INSEL:Łukasiewicz-Forschungsnetzwerk – Institut für Luftfahrt – Polen
• WÄHREND:Nationales Institut für Luft- und Raumfahrttechnik „Esteban Terradas“ – Spanien
• INCAS:„Elie Carafoli“ Nationales Forschungs- und Entwicklungsinstitut für Luft- und Raumfahrt – Rumänien
• AIT:Austrian Institute of Technology GmbH – Österreich
• .Ingenieur- und Entwicklungszentrum (Verband) – Portugal
• MIT:Cranfield University – Vereinigtes Königreich
• AUSGABE:Universität Stuttgart – Germany
• VIER:Panepistimio-Patron – Griechenland
• DÜRFEN:Technische Universiteit Delft – Netherlands
• HIT09:HIT09 SRL – Italien
• EASN-TIS:EASN Technology Innovation Services BVBA – Belgien
• CHALMERS:Chalmers Institute of Technology AB – Schweden
• AUTH:Aristotelio Panepistimio Thessalonikis – Griechenland
• ISAE:Höheres Institut für Luft- und Raumfahrt – Frankreich
• BHL:Bauhaus Luftfahrt e.V. – Germany
• Wannen:Technische Universität Braunschweig – Germany
• OA:Orange Aerospace Group BV – Niederlande
• MUTTER:Universität Neapel Federico II – Italien
• WOLF:LUP SAS – Frankreich

  VERWANDT:Wie Northrop Grumman dem Blended-Wing-Flugzeug von JetZero beim Start hilft