低ブーム・低抵抗の複葉型超音速旅客機の空力設計

低吊臂低阻力双翼超音速客机气动设计

• 批准号: 08J06525
• 负责人: 丸山 大悟
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J06525/
• 关键词: 超音速旅客機; Busemann複葉翼; 空気力学; 数値流体力学(CFD); 造波抵抗; 抵抗; ソニックブーム; 数値流体力学; 逆問題設計法; 超音速; 複葉翼; チョーク現象

本研究は次世代航空機の実現を目指し、空気力学に基づて数値シミュレーションを行っている。次世代航空機に求められる要素としては、輸送料の増加に伴う高速化、燃費の削減である。前者においては現在の旅客機の巡航速度の約2倍である超音速旅客機を見越しており、巡航時間を大幅に低減することができる。しかしながら、超音速飛行をする際には大幅に抵抗が増大することとなり、後者の燃費削減とはトレードオフ関係となる。本研究の最も画期的な点は、複葉翼を採用することにより、この超音速飛行特有の多大な抵抗(造波抵抗)を大幅に低減させようというところである。この概念自体は今から70年以上前の1935年にドイツのBusemannによって既に提案されていたが(以下、Busemann複葉翼と呼ぶ)、実際の超音速機に採用されることはなかった。本研究は数値流体力学(CFD)を用いることによって、シミュレーションによりこの複葉型超音速旅客機の実現可能性を模索した。前年度までの研究においては、これまで2次元翼型で無揚力であったBusemann複葉翼に揚力を持たせ、かつ3次元翼形状に拡張を行った。また、巡航速度意外の領域では大幅に抵抗が増大することを確認し、その対策を講じることで、離陸から巡航まで抵抗を抑えられることを示した。本年度の研究においてはより将来的な航空機実現のための基礎研究として、胴体形状と複葉翼との干渉効果の検証を行った。翼単体においては、複葉の2枚翼間において適切な干渉が保たれるために造波抵抗を大幅に減少させることができる。ここでは、将来的に胴体に翼を取り付ける際に、その干渉効果がどのように影響されるのかを調べることを目的とした。その結果、胴体から生じる膨張波と複葉翼を干渉させることによって、複葉翼単体と比べてさらに抵抗が低減できることを示した。また、巡航速度領域外においても更なる改善が見られ、この干渉効果を利用することで、非常に低い抵抗領域をさらに広められることを示した。

This study は nextgen air machine の be presently を refers し, empty 気 mechanics に づ て the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ て い る. Next-generation aircraft に seek められる elements と う て, <s:1> increase in material delivery に with う higher speed, and <s:1> reduce fuel costs である. Now the former に お い て は の passenger aircraft の cruising speed の about 2 times で あ る supersonic passenger aircraft を see more し て お り を に sharply lower, cruise time reduction す る こ と が で き る. し か し な が ら, supersonic flight を す る interstate に は に が resistance significantly raised large す る こ と と な り, the latter の burn cut と は ト レ ー ド オ フ masato is と な る. This study's most も の period な point は, compound wing を す る こ と に よ り, こ の supersonic speed characteristic の な much resistance (wave resistance) を に sharply lower reduction さ せ よ う と い う と こ ろ で あ る. こ の concept of autologous は today か ら の 70 years ago in 1935 に ド イ ツ の Busemann に よ っ て に both proposals さ れ て い た が (hereinafter, Busemann frond wing と shout ぶ), the event be の に supersonic machine adopts さ れ る こ と は な か っ た. は this study the numerical fluid dynamics (CFD) を with い る こ と に よ っ て, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り こ の compound type supersonic passenger aircraft の possibility be presently を die line し た. Before the annual ま で の research に お い て は, こ れ ま で two dimensional airfoil で no uplift force で あ っ た Busemann frond wing に uplift force を hold た せ, か つ three dimensional wing shape に line company, zhang を っ た. ま た, cruising speed accident の で は に が resistance significantly raised large す る こ と を confirm し, そ の policy を seaborne speak じ る こ と で, from lu か ら cruise ま で を antimicrobial resistance え ら れ る こ と を shown し た. This annual の study に お い て は よ り な aviation machine in the future be now の た め の basic research と し て, body shape と compound wing と の dry involved working fruit の 検 line card を っ た. Wing 単 body に お い て は, compound の between two wing に お い て appropriate な dry involved が bartender た れ る た め に wave resistance を に substantially reduce さ せ る こ と が で き る. こ こ で は, future に carcass に wing を take り pay け る interstate に, そ の dry involved working fruit が ど の よ う に influence さ れ る の か を adjustable べ る こ と を purpose と し た. Born そ の results, carcass か ら じ る bentonite adenocarcinoma と を dry frond wing involved さ せ る こ と に よ っ て, compound wing 単 と than べ て さ ら に が low resistance reduction で き る こ と を shown し た. ま た, cruising speed field に お い て も more な る improve が see ら れ, こ の dry involved working fruit を using す る こ と で, very low に い resistance areas を さ ら に hiroo め ら れ る こ と を shown し た.

项目成果

Three-Dimensional Aerodynamic Design of Low-Wave-Drag Supersonic Biplane Using Inverse Problem Method

基于反问题法的低波阻超音速双翼飞机三维气动设计

• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Aircraft Vol.46
• 作者: Daigo Maruyama;Kisa Matsushima;Kazuhiro Kusunose;Kazuhiro Nakahashi
• 通讯作者: Kazuhiro Nakahashi

Aerodynamic Design of Supersonic Biplane-Toward Efficient Supersonic Transport-

超音速双翼飞机气动设计-迈向高效超音速运输-

• 发表时间: 2009
• 作者: Daigo Maruyama;Kazuhiro Kusunose;Kisa Matsushima;Kazuhiro Nakahashi
• 通讯作者: Kazuhiro Nakahashi

Numerical Analysis and Design of Wing-Body Configuration Based on Busemann Biplane

基于Busemann双翼飞机的翼身结构数值分析与设计

• 发表时间: 2009
• 作者: Daigo Maruyama;Masahiro Yonezawa;Kazuhiro Kusunose;Kisa Matsushima;Kazuhiro Nakahashi
• 通讯作者: Kazuhiro Nakahashi

Aerodynamic characteristics of a two-dimensional supersonic biplane, covering its take-off to cruise conditions

• DOI: 10.1007/s00193-008-0175-5
• 发表时间: 2009-02
• 期刊: Shock Waves
• 影响因子: 2.2
• 作者: D. Maruyama;K. Kusunose;K. Matsushima

AERODYNAMIC DESIGN OF THREE-DIMENSIONAL BIPLANE WINGS FOR LOW-WAVE DRAG SUPERSONIC FLIGHT

低波阻力超音速飞行三维双翼机翼气动设计

• 发表时间: 2008
• 作者: Daigo Maruyama;Masahiro Yonezawa;Kazuhiro Kusunose;Kisa Matsushima;Kazuhiro Nakahashi;吉岡美保;Daigo Maruyama
• 通讯作者: Daigo Maruyama