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NPU- 300設計概念圖

在航空領域，這種機翼、機身融合的飛機，被稱為翼身融合布局(簡稱BWB)。

而目前國際通用的民航飛機，則是筒身-機翼型傳統(tǒng)布局，它是由一個類似圓柱形的機身，再加上機翼、尾翼、發(fā)動機等所構成，機身和機翼之間的界限明顯。然而，這種傳統(tǒng)布局飛機經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，其空氣動力效率的發(fā)揮已經(jīng)接近極限。

翼身融合布局的機身和機翼融為一體，極具流線感的外形設計，讓該型飛機在空氣中具有傳統(tǒng)飛機所不能企及的飛行性能，其氣動效率高、結(jié)構重量輕、裝載空間大，不但節(jié)能環(huán)保，還能有效降低噪音和發(fā)動機有害氣體排放。世界民航組織、美國聯(lián)邦航空管理局、歐洲航空安全局均認為，翼身融合布局民機是有望實現(xiàn)未來綠色航空“經(jīng)濟、環(huán)保、舒適、安全”要求的民機革命性技術之一。

正因如此，翼身融合布局民機的設計技術，多年來也成為國際航空界爭相研究的領域。

西北工業(yè)大學牽頭的國內(nèi)“翼身融合民機技術研究團隊”，在民機相關項目的支持下，經(jīng)過十余年的潛心研究，在翼身融合布局民機總體綜合設計技術方面取得重大原創(chuàng)性研究成果。其部分核心技術指標達到國際領先水平。

目前，翼身融合民機的一些主要關鍵技術已經(jīng)系統(tǒng)開展了地面試驗驗證，并即將進入關鍵技術的集成驗證和試飛驗證階段。2019年9月和10月，航空學報編輯部分別在中英文版《航空學報》和CJA（Chinese Journal of Aeronautics)專欄發(fā)表了這一研究成果。

團隊部分核心成員（從左到右陳真利、陶于金、桑為民、張彬乾、李棟、張永杰、劉珊、張怡哲、袁昌盛）

“目前，國際上通用的筒身-機翼構型的大型民用飛機，升阻比的極限在20左右，進一步提升的余地極其有限。”西北工業(yè)大學力學與土木建筑學院院長、翼身融合布局民機研究團隊負責人李棟教授介紹。

所謂升阻比，即飛機飛行時升力與阻力之比，是表示飛機氣動效率的一個重要參數(shù)，升阻比越高，飛機的氣動效率就越高，飛機的巡航飛行性能就越好。

然而，從民用航空的發(fā)展趨勢來看，傳統(tǒng)的筒身-機翼構型飛機由于布局的局限，升阻比無法繼續(xù)有質(zhì)的提升，導致其油耗、噪聲、排放等環(huán)保指標無法進一步降低，不能滿足日益增長的節(jié)能、降噪、減排等發(fā)展需求。

為了進一步推動民用航空發(fā)展，國際航空界都在尋找新的飛機布局。

20世紀90年代以來，NASA、波音、空客紛紛將翼身融合布局飛機定位為“確保未來寬體客機市場“的可行方案之一，并通過一系列國家層面的發(fā)展計劃支持，開展了持續(xù)、系統(tǒng)、深入的研究。翼身融合布局飛機已儼然成為未來寬體客機的優(yōu)先發(fā)展方向。

翼身融合布局民機研究團隊原負責人、西北工業(yè)大學航空學院教授張彬乾剖析，研制翼身融合布局民機，主要有兩個核心問題需要解決，一是設計方案的應用可行性問題，需重點解決如何在突出高氣動效率的同時，滿足起降、噪聲、應急疏散、舒適性等要求；二是翼身融合布局民機特殊形狀的增壓客艙結(jié)構及其減重問題。

目前，國際上幾個代表性概念方案，高速巡航性能都很好，但分別存在起降性能不高；寬短機身不易布置逃生艙門，無法達到世界民航組織規(guī)定的90秒應急撤離要求；過寬的客艙影響乘坐舒適性；增壓客艙結(jié)構及其減重技術未突破等問題。因此，距工程應用仍有較大差距。

以西北工業(yè)大學為核心的國內(nèi)翼身融合布局民機研究團隊，匯集了航空院所、相關高校的優(yōu)勢力量，圍繞翼身融合布局民機發(fā)展的核心技術挑戰(zhàn)，腳踏實地，攻克了一個個技術難關。

所完成的NPU-300概念方案基本解決了應用可行性問題。經(jīng)氣動數(shù)值模擬和風洞試驗、應急疏散仿真、飛行模擬仿真等驗證表明，該方案不僅具有優(yōu)異的高速巡航性能，起降性能顯著提高；機身兩側(cè)均勻布置了8個艙門，很好地滿足了90秒黃金逃生標準要求；客艙更少的每排座位設計使之具有良好的乘坐舒適性。整體性能達到了國際先進水平，部分指標處于領先地位。

在西北工業(yè)大學未來飛行器研究中心，李棟教授正注視著NPU-300仿真模型。從側(cè)面看去，這架飛機的“背部”平整光滑，機翼與機身融為一體，“腹部”微微向下鼓起——這便是它的機艙。

李棟教授和飛機模型

正因為這種獨特的設計，NPU-300還具有強大的裝載能力，設計載客300名或載重40噸、航程13000公里。

“根據(jù)國內(nèi)外同類型飛機公開的數(shù)據(jù)來看，我們的NPU-300在諸多性能上，是有較明顯優(yōu)勢的。”李棟說。

NPU-300機艙內(nèi)上部為乘客區(qū)域，下部為載貨區(qū)域

對于這個孕育了十幾年的“寶貝”，研究團隊如此描述：“從研究結(jié)果看，該款概念方案已初步滿足了新一代民機經(jīng)濟性、環(huán)保性、舒適性、安全性的要求，比目前的筒體-機翼構型飛機具有質(zhì)的飛躍。”

從翼身融合布局民機概念的提出，到核心技術的攻關，再到關鍵技術突破，以西工大為核心的研究團隊，十幾年來堅持自主創(chuàng)新的發(fā)展理念，腳踏實地、嚴謹務實、追求卓越。

團隊集中國內(nèi)大飛機技術研究的主要力量，形成了產(chǎn)學研結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新機制。西北工業(yè)大學與中國商飛、航空工業(yè)集團、北京航空航天大學等多家研究機構和院校，強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，經(jīng)過長期合作，形成了堅持自主創(chuàng)新、不迷信模仿、追求卓越、團結(jié)拼搏的產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新研究團隊，為翼身融合布局民機研究的深入和工程化，培養(yǎng)儲備了大量高水平人才。

經(jīng)過長期的探索和培養(yǎng)，在西工大已經(jīng)形成了老中青教師梯隊分布、專業(yè)覆蓋全面的核心研究團隊。

張彬乾說：“一款大飛機從概念提出到市場化應用，是一個漫長的過程，需要幾十年、幾代人的接力奮斗，這就需要我們培養(yǎng)好科研人才、建設好科研隊伍。讓年輕人在科研中不斷得到鍛煉和成長。“

張彬乾教授與博士生討論

經(jīng)過幾代人的努力，我國大型客機的研發(fā)取得了舉世矚目的發(fā)展。ARJ-21運行、C919試飛成功，都是我國民用大飛機的里程碑成果。不過，不可否認的是，要在民用大飛機領域形成與歐美三足鼎立的格局，我國的民用航空發(fā)展仍然要面臨巨大挑戰(zhàn)。

C919，圖自西工大新聞網(wǎng)

新一代翼身融合布局民機技術，是世界民用航空的潛在未來，推進該技術發(fā)展將有可能使我國在民用大飛機領域?qū)崿F(xiàn)跨越發(fā)展，成為技術的領跑者和標準的制定者，并帶動相關一系列科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升我國在未來民機市場的核心競爭力。

接下來，翼身融合布局民機關鍵設計技術的集成與飛行驗證工作將進一步展開，研究團隊將結(jié)合西工大在無人機研究領域的技術優(yōu)勢，加速開展NPU-300縮比無人機飛行驗證。