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协和飞机有违生物进化律构型研究最新揭秘

发布时间:2020-03-23 16:19:29 阅读: 来源:羽毛球厂家

《科学日报》消息,研究人员认为,现在他们知道为何超音速跨大西洋的协和飞机的命运会像渡渡鸟一样——走到了进化的尽头。研究者说,协和式飞机偏离了优秀飞机的设计曲线。在最新的研究中,杜克大学的机械工程和材料学教授Adrian Bejan表明,一项他20年前发现的物理定律,可以帮助解释客机如何从昔日的DC-3螺旋桨小飞机进化到本日的波音787系列大飞机。这项分析也为飞机制造商未来如何开发出成功的设计提供了见解。

图:在2000年7月25日,法国航空1架协和飞机,在起飞后着坠毁于巴黎市郊。空难造成机上100名乘客和9名机组人员全部罹难,并造成地面的4人死亡及1人受伤。在意外产生后数天,英国航空和法国航空将全数协和飞机停飞,从此协和飞机萎靡不振,2003年完全退出航空业。图片来源:

该论文在线刊登在7月22日的应用物理学杂志上。

“地球物种进化时间太长,人类没法见证,”Bejan说,“但是我们使用的技术和飞机的进化时长很少超过人的生命长度,这就让我们有了见证的可能。进化是一个普遍的现象,涵盖科技、流域、动物,它根植于物理学的构型规律。”

该构型规律是Bejan在1996年发现的:一个系统要生存,必须进化,增加它的访问流量。例如,人类的血管系统已进化到提供血液通路流过的几个大动脉和许多小的毛细血管网络。水系、树枝和现代公路和道路网络显示出一样的气力在起作用。

在商业飞机领域,设计已进化到让更多的人和货物在地球表面活动。构型法也已主宰了飞机成功的所需主要设计特点:发动机质量和机身尺寸保持一定比例,机翼尺寸取决于机身长度,燃料负荷和整体重量同步增长。

图:这张图表显示,随着时间推移,出现了愈来愈大的飞机(Adrian Bejan)

“这样的设计特点在地球上的任何动物身上都能看到,”Bejan说,“大型动物有更长的寿命和更远的旅行距离,就像客机已设计成的那样。例如,飞机发动机和飞机的比例,与大型动物身体尺寸与心脏、肺和肌肉的比例是类似的。”

为了将这个理论应用于飞机设计,Bejan与研究开发工程师Jordan Charles及图卢兹大学的土木工程学教授Sylvie Lorente联手,研究成功的商业飞机的历史数据库。当他们研究了包括研发年代、尺寸、巡航速度、发动机重量、燃油重量、航程、翼展、机身长度等不计其数的数据以后,许多模式就显现了出来。

但其中两项最为突出的。

在一个图表中,清晰的曲线表明,在近一个世纪的航空史上,商业飞机的体积在不断增大。随着时间推移,新的商业航空公司的飞机各种尺寸都有,但是不断有更大的型号加入。在另外一张图表中,曲线最好地表明了飞机的质量和速度的关系,几近等同于各种哺乳动物、蜥蜴、鸟类昆虫等动物的质量与速度关系。在自然界发现的进化限制,换句话说,一样可以在航空业中看到。

但是,在图表上有一个异常值——协和飞机。

图:这张图表显示,动物的质量速度比和飞机一样,遵守一样的规律。需要注意的是协和飞机偏离了历史轨道。(Adrian Bejan)

Bejan解释说,“协和飞机与进化已产生的比例差距太大了。”他指出,这架注定失败的飞机载客量很有限,低质量-速度比例,与众不同的机身-翼展比例,巨大的发动机和较差的燃油经济性。“它不能不遵守构型设计规律才能成功。”

Bejan说,这个分析表明航空业数10年来在设计上做得不错,而这个主导行业的趋势确切是最有效的。他们还揭露了未来客机要获得商业成功应当遵守的设计参数。

“怎样的飞机设计才具有竞争力,这项研究给出了一个粗略轮廓,”Bejan说,“对设计公司来讲,这是稳操胜券。”

美国空军研究实验室航天工程师Jose Camberos说,“通过在更大的语境内研究飞机的发展,或许有助于深入了解如何最好地实现本质性的东西。”

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