一种翼身融合体飞机的客舱布局

摘 要：该文主要描述了翼身融合体（BWB）飞机发展兴衰历史和特点，并以其中的客舱布局为主要目标，进行详细的客舱设计。该文中的客舱基于克莱菲尔德大学2011年的BW-11飞机外形和结构，通过介绍进行客舱设计时，座椅，厨房、盥洗室等设备需要考虑的尺寸，类型和位置，全面展示一个全经济级和一个混合级的客舱布局，并通过分析现役最大的民用客机A380的情况，确定同类型BWB飞机客舱可以提供更多更宽的座椅和全新客舱舒适的体验。

关键词：BWB 客舱布局 BW-11 舒适性

中图分类号：V211 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0109-03

在上世纪末期，BWB（Blended-Wing-Body）构型飞机曾在民用航空领域内掀起过一阵研究热潮，其巨大的气动潜力引得当时主流飞机制造商和研究单位竞相启动研究计划。但是由于风险较大，空客和波音相继放弃了BWB，重新投入传统飞机构型的研制。然而，随着民用航空需求的增加，人们的环境保护意识的提高，作为下一代高载客量的航空器，BWB巨大气动潜力和宽阔的客舱使得其具备天然优势。

1 BWB飞机历史

翼身融合这个概念，是由加拿大人和德国人几乎在同一时间提出的。

1930年，VincentBurnelli，一个加拿大工程师提出一个新的构型：将机身和机翼进行融合，用来增加额外的升力和客舱容积。在这个构想牵引下，BurnelliRB-1，BurnelliRB-2，BurnelliCB-16，BurnelliUB-20，BurnelliUB-14和CBY-3等飞机相继问世。其中CBY-3在加拿大制造并运营，因为它可以飞越加拿大无尽的荒原并可以在640ft内降落。

德国人基于相同的理论也同样推出了Junker30和Junker38。Junker30起初只能装载13名乘客，而后扩展到30名。后继机型Junker38最多可以装载38名乘客。

八九十年代，随着燃油成本日益增加，航空公司迫切需要一种更为高效的飞机。这次BWB飞机构型再一次进入设计人员的视野。

波音公司，推出了其BWB概念飞机系列，座级从250-550人。根据需要，2到3个高涵道比的发动机被安置在飞机后机身上方。其中，X-48B被制造并且用于验证相关技术。[1]

与此同时，空客也推出了其巨型BWB飞机概念设计方案：一个载客量为1000座级，采用与波音类似的发动机布置的超大型客机。[2]

图波列夫设计局同样也推出了其BWB飞机概念设计：一架载客量达1200人，航程为7000海里，并装置6台推进式涡桨发动机的BWB飞机概念设计方案，TU-404。

2000年，欧洲航空委员会基于绿色航空的概念，在第五届和第六届欧洲航空框架计划中，提出了一系列的BWB概念设计，分别为VELA1，VELA2和VELA3。[1]

然而，进入21世纪，对于BWB概念的研究就逐步沉寂。

2 BWB飞机的特点

2.1 优点

（1）飞机的气动阻力小。BWB构型大大降低了传统布局翼身间的干扰阻力和诱导阻力，提高了飞机的升阻比。因此，对比B747升阻比系数17，BWB构型可以达到20[3]；

（2）由于发动机安装于机身后部，可以通过发动机与边界层的相互作用进一步提高飞行效率；

（3）气动载荷分布最佳。BWB飞机构型可以有效减小气动升力产生的机翼弯曲力矩，从而可以显著减轻机翼的结构重量；

（4）改变常规布局机身载客，机翼提供升力的方式。BWB构型的翼身融合使之内部有效空间更大，增加了旅客和商载的容纳空间而无须显著增加机身长度和翼展，也降低了飞机的结构重量。NASA研究显示，重量降低的潜力在10%-15%[3]。

（5）相比传统构型飞机，气动效率的提高会带来20%-25%的油耗降低。同时10%-15%商载增加会降低10%-15%的直接使用成本[3]。

2.2 缺点

（1）飞控同样是个问题。由于椭圆形的翼载分布，翼梢处将很容易失速导致飞机失控。没有传统的平尾和垂尾，飞行员训练将非常困难

（2）人为因素也需要考虑。由于机身和机翼的融合，乘客可能因为看不到窗外而觉得不舒服。

（3）BWB客舱安全问题同样严峻。如适航要求，所有乘客必须在只使用一半出口的情况下，在90秒内撤离飞机。但是大部分BWB概念设计里，由于机身和机翼的融合，出口大部分只能布置在机身前部，这就不能保证出口的均匀性。同时大载客量会使撤离情况更加复杂。

3 BWB飞机客舱布局

由于BWB飞机的优势在于大载客量的飞机构型，因此该文将基于BW-11飞机外形和内部结构，对比A380，进行客舱布局设计。

3.1 BW-11简介

BW-11是克莱菲尔德大学飞行器设计专业2011级的团队设计项目。作为A380的竞争机型，BW-11采用翼身融合构型和涡桨发动机。作为新一代超高载客量和主航线飞机，BW-11飞机可以以360kts的速度巡航9200nm。目标投入运营时间是2020年-2030年[4]。

BW-11飞机机身长46.2m，翼展77.5m，最大起飞重量46.8吨，设计商载6.48吨。BW-11客舱由上下两层构成。上层为主客舱，被结构墙划分为5个舱段。下客舱被结构划为3个客舱段。客舱的外形如下图所示[4]。

BW-11的客舱要求是：整个客舱在单级客舱构型下，应容纳最大800名左右乘客；在3级客舱构型下，应可以容纳555名乘客，其中9个81英寸x35英寸的头等舱座椅、80个55英寸x34英寸的公务舱座椅和466个32英寸x18英寸的经济舱座椅。客舱乘组，厨房和盥洗室数量应不低于A380的标准[4]。

3.2 A380客舱布局情况简介

A380是空客公司于1994年宣布研制，2005年首飞，2007年投入运营的，现今世界最大的民用飞机。

从目前资料来看，各大运营商对自己航线上的A380具有自己的客舱构型。空客也有一些推荐构型供航空公司选择。通过统计，A380大部分构型的座级，各级别座椅总数，厨房盥洗室的数目均列在下表中。

3.3 BW-11客舱布置

由于BW-11客舱分为上下两层，相比上层客舱，下层客舱空间较为会更加压抑，因此头等舱和公务舱布置在上层客舱。该文着重研究上层客舱，在两级客舱布局时，下层客舱均大致相同。

客舱座椅是旅客直接接触和使用的部件，是客舱舒适度最重要的一个环节。同时，座椅尺寸，排距，重量和外接设备等因素也需要综合考虑。同时，由于业界越来越考虑绿色可回收环保的概念，这些在座椅选择中也可以适当考虑。考虑头等舱座椅时，座椅必须可以全放平，提供完备的生活和娱乐设施，保障旅客的个人私密性。选择公务舱座椅，同样需要提供适当程度的舒适性和设施。由于BW-11的5个分隔的客舱宽度均在3.7m-4m之间，因此经济级座椅布置为3-3每排、公务舱为2-2每排，头等舱布置为1-1-1每排。

厨房和盥洗室布置时，考虑以后客舱更改的灵活性和地面维护时速度，应尽可能布置在客舱端头。同时考虑空间利用高效，可以结合客舱横向通道和厨房推车活动空间的要求，将厨房布置在横向通道左右。同时BW-11应提供不低于A380的客舱舒适度，因此在厨房和盥洗室配置上应不低于A380标准。A380平均一个盥洗室对应的是，5-6个头等舱旅客，16-22个公务舱旅客或者45-60个经济舱旅客；平均一个厨房推车对应的0.5-1个头等舱旅客，2.5-4.5个公务舱旅客或者10-15个经济舱旅客。因此，BW-11客舱需要14-19个盥洗室，44-75个厨房推车。

近年来，空客提出了SPICE（SpaceInnovativeCateringEquipment）厨房的概念，将厨房和相关设备模块化，达到减重和提高空间利用率的目的。采用相关设计，BW-11厨房将可以减重达1吨。

客舱出口布置时，由于BWB构型的局限性，机翼和机身的融合，占据了机身侧面大部分的空间，因此出口只能布置在机头附近和尾部。出口个数和尺寸大小，都应满足25部中要求。根据BW-11载客总数，全机一侧应布置不少于8个A型出口。BW-11的发动机进气口位于机身下部，如下图所示，因此该处位置只能布置一个C型出口

由于BW-11巡航时间超过12个小时，根据121部要求，必须为机组成员提供休息的区域。同时一些应急设备，如扩音器，应急斧等。也应提供相应空间存储。

由于BWB特殊结构限制了客舱出口的位置和数量，导致适航允许载客量的受限，因此BW-11全经济级已经是飞机载客量的极限。同时考虑竞争机型――A380取证的高密度载客量853的构型，并没有公布客舱图，也没有航线采用，现在运营的A380客舱均为混合级布置。

综合考虑以上因素，BW-11全经济级和混合级客舱布置如下图所示。

对于BW-11全经济级构型，上层客舱总载客数为582人，5个被结构墙分开的舱段都包含一个主过道和4个横向通道。厨房位于客舱前段而盥洗室大部分位于客舱后端，3个机组休息区位于客舱前部。3个扶梯，2个位于前部，1个位于后部，供机组和乘客在上下两个客舱通行。

混合级布置有9个头等舱座椅，80个公务舱座椅和342个经济舱座椅。其余客舱设施布置同全经济级。

两个级别下层客舱布置完全相同，全经济级布置216个旅客座椅。厨房集中在客舱后部，四个盥洗室两个在后面，两个位于客舱中端。

三个客舱布局图如下所示，其中G代表厨房，L代表盥洗室，R代表成员休息区，S代表储物间。

4 结语

基于BW-11所设计的客舱，全经济级能够提供798个，排距32inch的座椅；混合级能够提供9个头等舱，80个公务舱和558个经济舱共647个座椅。对比A380的各航线构型，在提供相同等级的客舱服务和设施的情况下，BW-11可以提供多15-20%的载客量。这意味着每座DOC将可以降低15%-20%，再考虑BWB构型气动优势带来的节油效果，BWB飞机在进行大载客量的航线运输时，的确拥有巨大的潜力。

虽然有着一定的技术风险，但是BW-11客舱所展现巨大潜力，都证明了BWB构型在未来大载客量飞行器中有着美好的前景。

参考文献

[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.