InfoNu.nl > Auto en Vervoer > Vliegen > Vliegtuigontwerpen van NASA

Vliegtuigontwerpen van NASA

Technologie staat niet stil, en zeker niet in de luchtvaart. NASA is een van de grote spelers op de markt wat betreft de toekomst voor de luchtvaart. Zij hield een project om te zien wat de toekomst zou geven voor de luchtvaart, hoe vliegtuigen eruit zouden zien en welke vereisten zeker doorslaggevend moesten zijn om een vliegtuig van 2030 te kunnen zijn. In april 2010 is een 18-maanden durend project eindelijk ten einde gekomen. Het doel van het project was om een beeld te maken van de vliegtuigen van de toekomst. NASA heeft hiervoor uiteraard eerst enkele minima gesteld voor de vliegtuigen van 2030. Deze zijn de volgende:
  • Een vermindering van 70 decibel in geluidsoverlast
  • Een vermindering van 75% op de CAEP/6 standaard op NO-uitstoot
  • Een vermindering van 70% benzineverbruik
  • Het vliegtuig moet in staat zijn te opereren binnen een Metroplex

The box wing

De box wing, ook wel joined wing of diamond wing genoemd, is een vleugelconfiguratie ontworpen door de 'Lockheed Martin group'. Dit ontwerp zou geproduceerd moeten kunnen worden tegen 2025 en maakt deel uit van de N+2 generatie voorgesteld aan NASA. Het gaat om een vleugeldesign waarbij het staartvlak als het ware verbonden wordt met de vleugels. Dit zou een vermindering van de induced drag moeten veroorzaken met als gevolg een vermindering in consumptie van benzine en uitstoot van uitlaatgassen.

Enkele eigenschappen

De box wing configuratie is gebaseerd op Prandtl’s principe van 'best wing system'. Volgens dit systeem produceert een gesloten rechthoekige vleugelconfiguratie de kleinste geïnduceerde drag voor een vooraf bepaalde spanwijdte en height to span ratio (h/b ratio). Volgens studies zou de geïnduceerde drag slechts 43% bedragen van deze van een conventioneel vleugelprofiel, dit is echter nog afhankelijk van de h/b ratio. Een ander voordeel buiten besparingen op benzine consumptie dat hieruit volgt, is dat het vliegtuig een minder lange startbaan en een minder lange landingsbaan nodig heeft.

Een probleem van de box wing configuratie is het feit dat er een verschil zit op de geproduceerde lift van de voor en de achtervleugel ten gevolge van de downwash van de voorste vleugel. Dit verschil neemt toe naarmate de aanvalshoek vergroot. De achterste vleugel zal minder lift creëren waardoor er meer gewicht zal vallen op de voorste vleugel. Dit kan opgelost worden door een verschillende aanvalshoek in te stellen voor beide vleugels en dus te trimmen met de gehele vleugel. Dit zal echter gevolgen hebben voor de performanties van het toestel.

Een ander 'probleem' van de box wing configuratie is het feit dat voor de minimale drag de liftcoëfficiënt veel hoger licht bij dit type vliegtuig dan voor een conventioneel vliegtuig met dezelfde eigenschappen. Aangezien beide hetzelfde gewicht hebben en dezelfde cruise speed, zal de lift dus ook dezelfde moeten zijn voor beide vliegtuigen. Uit de formule om lift te berekenen (L=1/2*Rho*V²*S*Cl) kunnen we besluiten dat de box wing op grotere hoogte zal moeten cruisen. Dit kan problemen geven voor kortere vluchten en kan negatieve ecologische gevolgen veroorzaken.

The hybrid wing body

De hybrid wing body of blended wing body is een concept voorgesteld aan NASA voor de N+2 generatie door de 'Boeing workgroup' in 2013. Het zou dus geproduceerd moeten kunnen worden tegen 2025. Het principe van dit concept bestaat voornamelijk uit het laten samensmelten van de 'body' van het toestel met de vleugels zodanig dat deze ook lift creëert, vandaar de naam 'blended wing body'. Men zou dus kunnen spreken van een vliegende vleugel. Hoewel dit principe echter wel al de lift to drag ratio kan verhogen, van 17 voor een conventionele Boeing-747 tot meer dan 20, creëert deze vliegende vleugel toch nog veel drag. Omwille van de verhoogde lift to drag ratio verlaagt het benzinegebruik en de uitstoot van uitlaatgassen.

Enkele eigenschappen

Het vleugelachtige ontwerp van de body zorgt dus voor een verhoogde lift to drag ratio waardoor de operationele kosten dalen, volgens sommige bronnen kan het benzine gebruik zelfs dalen tot -50%. Verder is het ook mogelijk om toestellen te bouwen met een veel grotere capaciteit aan passagiers of cargo. Zo denk Boeing aan een ontwerp voor een BWB met een passagierscapaciteit van 800 personen, dit is bijna het dubbele van een Boeing 747-800. Hierdoor zou het aantal vliegtuigen op een luchthaven verminderd kunnen worden doordat er minder vluchten nodig zijn om evenveel passagiers te vervoeren.

Enkele problemen die dit concept momenteel (2015) nog moet overkomen doen zich voor. Zoals het feit dat het zeer moeilijk is een structureel design te maken dat geen tube of sfeer is en toch sterk genoeg is om de druk te kunnen weerstaan op grote hoogtes. Verder is er ook het probleem van de grote taper ratio waardoor het gevaar op een stall veel groter is tijdens de landing en de take-off bij dit toestel dan bij een conventioneel vliegtuig.

The D8 'double bubble'

De D8 'double-bubble' is een futuristisch concept, dat geproduceerd zou moeten kunnen worden tegen 2035 (N+3) ontworpen door een onderzoeksteam geleid door het 'Massachusetts Institute of Technology'(MIT). Het ontwerp omvat een 'dubble-aisle' design. Door dit design zou het vliegtuig in staat moeten zijn om te vliegen met slechts 30% van het benzineverbruik van een boeiing 737-800, die dezelfde passagierscapaciteit heeft. 49% van de 70 percent komt enkel en alleen door het vernieuwde design. De overige 21% is ten gevolge van andere verbeteringen die te verwachten zijn tegen 2035, zoals nieuwe coatings en de ultra high bypass ratio motor. Verder zou het concept ook geluidsoverlast moeten verminderen doordat de motoren zich niet meer onder de vleugel bevinden maar achteraan op de fuselage.

Enkele eigenschappen

Het concept van de D8 heeft enkele grote verschillen met een conventioneel vliegtuig. Om te beginnen zorgt het dubble-aisle design voor een extra lift, die gecreëerd wordt door de fuselage. Dit heeft als gevolg dat de vleugels kunnen verkleind worden. De neus van dit design creëert bovendien een opwaarts trim-effect waardoor de staart ook nog eens kan verkleind worden aangezien het neerwaartse pitching-effect van het vliegtuig nu deels gecompenseerd wordt.

Vervolgens zijn de vleugels van dit concept 'unswept', m.a.w. ze staan in een bijna rechte hoek op de fuselage, hierdoor verlaagt het machgetal spijtig genoeg van 0.8 tot 0.73. Maar dit type vleugels heeft wel een hogere aspect ratio waardoor de dragcoëfficiënt (Cd) verkleint en de liftcoëfficiënt (Cl) vergroot. Ook doordat de motoren zich nu achteraan op de fuselage bevinden en dus voor een deel de grenslaag van de fuselage gebruiken als ingaande lucht, kan dit deel van de drag al verwaarloosd worden.

Tenslotte zijn de horizontale en verticale staartvleugels respectievelijk 28% kleiner en 27% lichter en 50% kleiner en 70% percent lichter. Aangezien de motoren kleiner worden bepaalt het yaw-effect van deze motoren niet lager de grote van het verticale staartvlak en zoals reeds uitgelegd is het neus opwaartse trimeffect van de neus de reden voor het kleinere horizontale staartvlak.
© 2015 - 2019 Wp151, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Nasa: Amerikaanse ruimtevaartorganisatieNasa: Amerikaanse ruimtevaartorganisatieDe NASA is de federale organisatie van de VS, voor het Amerikaanse ruimteprogramma. Ze onderzoeken ook mogelijke nieuwe…
NASA: is er nog toekomst voor het ruimteagentschap?NASA: is er nog toekomst voor het ruimteagentschap?De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA kan amper aan zijn operationele verplichtingen doen, zonder een jaarlijkse mi…
Kepler-37b – Ontdekking van een planeetKepler-37b – Ontdekking van een planeetSterrenkundigen turen dagelijks naar de hemel om te kijken wat er zich in de ruimte om Aarde afspeelt. Soms ontdekken ze…
Wie was de eerste man op de maan? Biografie Neil ArmstrongWie was de eerste man op de maan? Biografie Neil ArmstrongNeil Armstrong was de eerste man op de maan. Deze Amerikaanse astronaut was echter niet de eerste mens in de ruimte. Die…
NASA ontdekt aardachtige planeet: de Kepler-186fNASA ontdekt aardachtige planeet: de Kepler-186fDe Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA heeft in april 2014 aangekondigd een planeet te hebben ontdekt dat overeenkom…
Bronnen en referenties
  • http://www.twitt.org/BWBBowers.html
  • http://www.aviationweek.com/Blogs.aspx?plckBlogId=Blog:a68cb417-3364-4fbf-a9dd-4feda680ec9c&plckPostId=Blog:a68cb417-3364-4fbf-a9dd-4feda680ec9cPost:0d824db8-cc2c-4bee-b70f-e3d0e62d8ae6
  • http://web.mit.edu/drela/Public/papers/Hawaii_11/Drela_AIAA2011_3970.pdf
  • http://web.mit.edu/drela/Public/N+3/tasaa.pdf
  • http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/Airport2030/Airport2030_PUB_DLRK_11-09-27.pdf
  • http://www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/flight_2025.html#.UpT4imRYQSi
  • http://www.twitt.org/BWBBowers.html
  • http://www.technologyreview.com/news/509916/hybrid-wing-uses-half-the-fuel-of-a-standard-airplane/
  • http://www.youtube.com/watch?v=0Zd-1lkSsbo
  • http://www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/future_airplanes.html#.UpObSmRYQSh
  • https://www.faa.gov/air_traffic/flight_info/aeronav/procedures/oapm/
  • http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2012/PAPERS/213.PDF

Reageer op het artikel "Vliegtuigontwerpen van NASA"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Wp151
Gepubliceerd: 10-03-2015
Rubriek: Auto en Vervoer
Subrubriek: Vliegen
Bronnen en referenties: 12
Schrijf mee!