一種翼身融合體飛機的客艙布局

詹超

摘 要：該文主要描述了翼身融合體（BWB）飛機發展興衰歷史和特點，并以其中的客艙布局為主要目標，進行詳細的客艙設計。該文中的客艙基于克萊菲爾德大學2011年的BW-11飛機外形和結構，通過介紹進行客艙設計時，座椅，廚房、盥洗室等設備需要考慮的尺寸，類型和位置，全面展示一個全經濟級和一個混合級的客艙布局，并通過分析現役最大的民用客機A380的情況，確定同類型BWB飛機客艙可以提供更多更寬的座椅和全新客艙舒適的體驗。

關鍵詞：BWB 客艙布局 BW-11 舒適性

中圖分類號：V211 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0109-03

在上世紀末期，BWB（Blended-Wing-Body）構型飛機曾在民用航空領域內掀起過一陣研究熱潮，其巨大的氣動潛力引得當時主流飛機制造商和研究單位競相啟動研究計劃。但是由于風險較大，空客和波音相繼放棄了BWB，重新投入傳統飛機構型的研制。然而，隨著民用航空需求的增加，人們的環境保護意識的提高，作為下一代高載客量的航空器，BWB巨大氣動潛力和寬闊的客艙使得其具備天然優勢。

1 BWB飛機歷史

翼身融合這個概念，是由加拿大人和德國人幾乎在同一時間提出的。

1930年，VincentBurnelli，一個加拿大工程師提出一個新的構型：將機身和機翼進行融合，用來增加額外的升力和客艙容積。在這個構想牽引下，BurnelliRB-1，BurnelliRB-2，BurnelliCB-16，BurnelliUB-20，BurnelliUB-14和CBY-3等飛機相繼問世。其中CBY-3在加拿大制造并運營，因為它可以飛越加拿大無盡的荒原并可以在640ft內降落。

德國人基于相同的理論也同樣推出了Junker30和Junker38。Junker30起初只能裝載13名乘客，而后擴展到30名。后繼機型Junker38最多可以裝載38名乘客。

八九十年代，隨著燃油成本日益增加，航空公司迫切需要一種更為高效的飛機。這次BWB飛機構型再一次進入設計人員的視野。

波音公司，推出了其BWB概念飛機系列，座級從250-550人。根據需要，2到3個高涵道比的發動機被安置在飛機后機身上方。其中，X-48B被制造并且用于驗證相關技術。[1]

與此同時，空客也推出了其巨型BWB飛機概念設計方案：一個載客量為1000座級，采用與波音類似的發動機布置的超大型客機。[2]

圖波列夫設計局同樣也推出了其BWB飛機概念設計：一架載客量達1200人，航程為7000海里，并裝置6臺推進式渦槳發動機的BWB飛機概念設計方案，TU-404。

2000年，歐洲航空委員會基于綠色航空的概念，在第五屆和第六屆歐洲航空框架計劃中，提出了一系列的BWB概念設計，分別為VELA1，VELA2和VELA3。[1]

然而，進入21世紀，對于BWB概念的研究就逐步沉寂。

2 BWB飛機的特點

2.1 優點

（1）飛機的氣動阻力小。BWB構型大大降低了傳統布局翼身間的干擾阻力和誘導阻力，提高了飛機的升阻比。因此，對比B747升阻比系數17，BWB構型可以達到20[3]；

（2）由于發動機安裝于機身后部，可以通過發動機與邊界層的相互作用進一步提高飛行效率；

（3）氣動載荷分布最佳。BWB飛機構型可以有效減小氣動升力產生的機翼彎曲力矩，從而可以顯著減輕機翼的結構重量；

（4）改變常規布局機身載客，機翼提供升力的方式。BWB構型的翼身融合使之內部有效空間更大，增加了旅客和商載的容納空間而無須顯著增加機身長度和翼展，也降低了飛機的結構重量。NASA研究顯示，重量降低的潛力在10%-15%[3]。

（5）相比傳統構型飛機，氣動效率的提高會帶來20%-25%的油耗降低。同時10%-15%商載增加會降低10%-15%的直接使用成本[3]。

2.2 缺點

（1）飛控同樣是個問題。由于橢圓形的翼載分布，翼梢處將很容易失速導致飛機失控。沒有傳統的平尾和垂尾，飛行員訓練將非常困難

（2）人為因素也需要考慮。由于機身和機翼的融合，乘客可能因為看不到窗外而覺得不舒服。

（3）BWB客艙安全問題同樣嚴峻。如適航要求，所有乘客必須在只使用一半出口的情況下，在90秒內撤離飛機。但是大部分BWB概念設計里，由于機身和機翼的融合，出口大部分只能布置在機身前部，這就不能保證出口的均勻性。同時大載客量會使撤離情況更加復雜。

3 BWB飛機客艙布局

由于BWB飛機的優勢在于大載客量的飛機構型，因此該文將基于BW-11飛機外形和內部結構，對比A380，進行客艙布局設計。

3.1 BW-11簡介

BW-11是克萊菲爾德大學飛行器設計專業2011級的團隊設計項目。作為A380的競爭機型，BW-11采用翼身融合構型和渦槳發動機。作為新一代超高載客量和主航線飛機，BW-11飛機可以以360kts的速度巡航9200nm。目標投入運營時間是2020年-2030年[4]。

BW-11飛機機身長46.2m，翼展77.5m，最大起飛重量46.8噸，設計商載6.48噸。BW-11客艙由上下兩層構成。上層為主客艙，被結構墻劃分為5個艙段。下客艙被結構劃為3個客艙段。客艙的外形如下圖所示[4]。

BW-11的客艙要求是：整個客艙在單級客艙構型下，應容納最大800名左右乘客；在3級客艙構型下，應可以容納555名乘客，其中9個81英寸x35英寸的頭等艙座椅、80個55英寸x34英寸的公務艙座椅和466個32英寸x18英寸的經濟艙座椅。客艙乘組，廚房和盥洗室數量應不低于A380的標準[4]。

3.2 A380客艙布局情況簡介

A380是空客公司于1994年宣布研制，2005年首飛，2007年投入運營的，現今世界最大的民用飛機。

從目前資料來看，各大運營商對自己航線上的A380具有自己的客艙構型。空客也有一些推薦構型供航空公司選擇。通過統計，A380大部分構型的座級，各級別座椅總數，廚房盥洗室的數目均列在下表中。

3.3 BW-11客艙布置

由于BW-11客艙分為上下兩層，相比上層客艙，下層客艙空間較為會更加壓抑，因此頭等艙和公務艙布置在上層客艙。該文著重研究上層客艙，在兩級客艙布局時，下層客艙均大致相同。

客艙座椅是旅客直接接觸和使用的部件，是客艙舒適度最重要的一個環節。同時，座椅尺寸，排距，重量和外接設備等因素也需要綜合考慮。同時，由于業界越來越考慮綠色可回收環保的概念，這些在座椅選擇中也可以適當考慮。考慮頭等艙座椅時，座椅必須可以全放平，提供完備的生活和娛樂設施，保障旅客的個人私密性。選擇公務艙座椅，同樣需要提供適當程度的舒適性和設施。由于BW-11的5個分隔的客艙寬度均在3.7m-4m之間，因此經濟級座椅布置為3-3每排、公務艙為2-2每排，頭等艙布置為1-1-1每排。

廚房和盥洗室布置時，考慮以后客艙更改的靈活性和地面維護時速度，應盡可能布置在客艙端頭。同時考慮空間利用高效，可以結合客艙橫向通道和廚房推車活動空間的要求，將廚房布置在橫向通道左右。同時BW-11應提供不低于A380的客艙舒適度，因此在廚房和盥洗室配置上應不低于A380標準。A380平均一個盥洗室對應的是，5-6個頭等艙旅客，16-22個公務艙旅客或者45-60個經濟艙旅客；平均一個廚房推車對應的0.5-1個頭等艙旅客，2.5-4.5個公務艙旅客或者10-15個經濟艙旅客。因此，BW-11客艙需要14-19個盥洗室，44-75個廚房推車。

近年來，空客提出了SPICE（SpaceInnovativeCateringEquipment）廚房的概念，將廚房和相關設備模塊化，達到減重和提高空間利用率的目的。采用相關設計，BW-11廚房將可以減重達1噸。

客艙出口布置時，由于BWB構型的局限性，機翼和機身的融合，占據了機身側面大部分的空間，因此出口只能布置在機頭附近和尾部。出口個數和尺寸大小，都應滿足25部中要求。根據BW-11載客總數，全機一側應布置不少于8個A型出口。BW-11的發動機進氣口位于機身下部，如下圖所示，因此該處位置只能布置一個C型出口

由于BW-11巡航時間超過12個小時，根據121部要求，必須為機組成員提供休息的區域。同時一些應急設備，如擴音器，應急斧等。也應提供相應空間存儲。

由于BWB特殊結構限制了客艙出口的位置和數量，導致適航允許載客量的受限，因此BW-11全經濟級已經是飛機載客量的極限。同時考慮競爭機型——A380取證的高密度載客量853的構型，并沒有公布客艙圖，也沒有航線采用，現在運營的A380客艙均為混合級布置。

綜合考慮以上因素，BW-11全經濟級和混合級客艙布置如下圖所示。

對于BW-11全經濟級構型，上層客艙總載客數為582人，5個被結構墻分開的艙段都包含一個主過道和4個橫向通道。廚房位于客艙前段而盥洗室大部分位于客艙后端，3個機組休息區位于客艙前部。3個扶梯，2個位于前部，1個位于后部，供機組和乘客在上下兩個客艙通行。

混合級布置有9個頭等艙座椅，80個公務艙座椅和342個經濟艙座椅。其余客艙設施布置同全經濟級。

兩個級別下層客艙布置完全相同，全經濟級布置216個旅客座椅。廚房集中在客艙后部，四個盥洗室兩個在后面，兩個位于客艙中端。

三個客艙布局圖如下所示，其中G代表廚房，L代表盥洗室，R代表成員休息區，S代表儲物間。

4 結語

基于BW-11所設計的客艙，全經濟級能夠提供798個，排距32inch的座椅；混合級能夠提供9個頭等艙，80個公務艙和558個經濟艙共647個座椅。對比A380的各航線構型，在提供相同等級的客艙服務和設施的情況下，BW-11可以提供多15-20%的載客量。這意味著每座DOC將可以降低15%-20%，再考慮BWB構型氣動優勢帶來的節油效果，BWB飛機在進行大載客量的航線運輸時，的確擁有巨大的潛力。

雖然有著一定的技術風險，但是BW-11客艙所展現巨大潛力，都證明了BWB構型在未來大載客量飛行器中有著美好的前景。

參考文獻

[1] D. SCHOLZ， “A Student Project of a Blended Wing Body Aircraft - From Conceptual Design to Flight Testing” [D].Russia，2007.

[2] R. REYNAUD， “BWB， The Future Airliner： Comparison Between Flying Wing & Conventional Aircraft，” [D].UK： Cranfield University，2005.

[3] A. Bowers， “Blened-Wing-Body： Design Challenges for the 21st Century，” [D].THE WING IS THE THING （TWITT） MEETING，2000.

[4] P. H. Smith， “Advanced Blended Wing Body High Capacoty Airliner BW-11 Project Specification，” [D].UK：Department of Aerospace Engineering， Cranfield University，2011.