Design and Optimisation of Fuel Tanks for BWB Configurations

• Autorzy: Goraj Z.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2016-0034

Warianty tytułu

PL

Projektowanie i optymalizacja zespołu zbiorników paliwowych dla konfiguracji BWB

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes assumptions, goals, methods, results and conclusions related to fuel tank arrangement of a flying wing passenger airplane configuration. A short overview of various fuel tank systems in use today of different types of aircraft is treated as a starting point for designing a fuel tank system to be used on very large passenger airplanes. These systems may be used to move fuel around the aircraft to keep the centre of gravity within acceptable limits, to maintain pitch and lateral balance and stability. With increasing aircraft speed, the centre of lift moves aft, and for trimming the elevator or trimmer must be used thereby increasing aircraft drag. To avoid this, the centre of gravity can be shifted by pumping fuel from forward to aft tanks. The lesson learnt from this is applied to minimise trim drag by moving the fuel along the airplane. Such a task can be done within coming days if we know the minimum drag versus CG position and weight value. The main part of the paper is devoted to wing bending moment distribution. A number of arrangements of fuel in airplane tanks are investigated and a scenario of refuelling – minimising the root bending moments – is presented. These results were obtained under the assumption that aircraft is in long range flight (14 hours), CL is constant and equal to 0.279, Specific Fuel Consumption is also constant and that overall fuel consumption is equal to 20 tons per 1 hour. It was found that the average stress level in wing structure is lower if refuelling starts from fuel tanks located closer to longitudinal plane of symmetry. It can influence the rate of fatigue.

PL

W pracy przedstawiono założenia, cele, metody, wyniki i wnioski dotyczące układu zbiorników paliwowych dla projektu samolotu pasażerskiego w konfiguracji BWB, t.j. kadłuba przechodzącego płynnie w skrzydło. Zamieszczono krótki przegląd współczesnych układów zbiorników paliwowych, które mogą stanowić punkt wyjściowy do projektu systemu paliwowego dla dużych samolotów pasażerskich. Takie systemy powinny umożliwiać przepompowywanie paliwa w celu zachowania położenia środka masy samolotu w akceptowalnych granicach, ze względu na warunki równowagi oraz stateczności samolotu. Wraz ze wzrostem prędkości środek parcia przesuwa się do tyłu samolotu i dla zachowania równowagi podłużnej zmianie ulega wychylenie sterów wysokości, trymera lub tzw. elewonów. Aby uniknąć nadmiernego wzrostu oporów wyważenia paliwo powinno być przepompowywane ze zbiorników położonych z przodu do zbiorników położonych w tylnej części samolotu. W tym celu obliczono zmianę oporu minimalnego w funkcji położenia środka masy i ciężaru samolotu. Główna część pracy jest poświęcona analizie rozkładu momentów gnących skrzydła w funkcji wypełnienia zbiorników paliwowych. Zbadano kilkanaście różnych wariantów wypompowywania paliwa ze zbiorników umieszczonych w skrzydle i zminimalizowano wartości momentów gnących u nasady skrzydła. Optymalizacje przeprowadzono przy założeniu, że samolot wykonuje długotrwały lot (14 godzin), ze współczynnikiem siły nośnej CL = 0:279 i przy stałym jednostkowym zużyciu paliwa (SFC = 20 ton na 1 godz = const). Stwierdzono, że średni poziom naprężeń w strukturze dźwigara głównego skrzydła jest najmniejszy jeżeli wypompowywanie paliwa rozpocznie się od zbiorników zlokalizowanych jak najbliżej pionowej płaszczyzny symetrii samolotu, czyli u nasady skrzydeł. Minimalizacja naprężeń może mieć istotny wpływ na zmniejszenie zmęczenia dźwigarów.

Słowa kluczowe

EN

blended wing body; BWB; aircraft design; fuel tank; aircraft structure

PL

kadłub przechodzący płynnie w skrzydło; BWB; projekt statku powietrznego; zbiornik paliwa; konstrukcja statku

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. LXIII, nr 4
• Strony: 605--617
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Goraj Z.

• Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Z. Goraj and P. Zakrzewski. Aircraft Fuel Systems and Their Influence on Stability Margin. Transactions of the Institute of Aviation, 183:29-40, 2005.
• [2] R. Whitford. Fundamentals of Fighter Design. Airlife Publishing Ltd, London 2000.
• [3] D. Lombardo. Advanced Aircraft Systems. TAB Books Imprint of McGraw-Hill, New York 1993.
• [4] Z.Goraj. Shear force & bending moment versus fuel distribution. Presentation given at NACRE T2.2 Meeting. Stockholm – FOI, May 2007. NACRE website, unpublished.
• [5] International Aviation Safety Association – www.iasa.com.au
• [6] R. Langton, Ch. Clark, M. Hewitt and L. Richards. Aircraft Fuel Systems. AIAA Education Series, Wiley, The Atrium, UK, 2009.
• [7] J. Roskam. Airplane Design. Part 4, DarCorporation, Lawrence, Kansas 2000.
• [8] D. Raymer. Aircraft Design: A Conceptual Approach AIAA Educational Series, AIAA 1992.
• [9] E. Torenbeek. Synthesis of Subsonic Airplane Design. Delft University Press 1982.
• [10] T. Corke. Design of Aircraft. Prentice Hall 2003.
• [11] Boeing B737 – 300/400/500, Maintenance Manual. P.L.L. LOT, 2000.
• [12] D. Lombardo. Aircraft Systems. McGraw-Hill, London 1999.
• [13] Concise Encyclopedia of Aeronautics & Space Systems. Editors: M. Pelegrin, W. Hollister, Pergamon Press, Oxford 1993.
• [14] CAPECON Project No GRD1-2001-40162 (Civil UAV Applications and Economic Effectivity of Potential CONfiguration Solutions), Technical documents 2002-2004. V FR of European Union.
• [15] Z. Goraj. STB – Software for aircraft static and dynamic stability, maneuverability and trim conditions. Warsaw University of Technology, 2002, unpublished.
• [16] J. Loerke et.al. NACRE D1.2-5 Publication of Flying Wing Baseline Configuration. NACRE Internal Report – unpublished. Hamburg, October 2006.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)