一种液氢燃料飞机及其设计方法与流程

1.本技术属于航空飞机设计的研究领域，特别涉及一种液氢燃料飞机，及液氢燃料飞机设计方法。


背景技术：

2.全球经济持续发展推动航空运输业稳步增长，但随之带来的能耗增加、环境污染等问题日益突出，国际民航组织制定碳排放强制标准。对于未来商用飞机来说，氢能作为清洁能源，是不断提升绿色环保水平的一个发展方向。就现有技术水平而言，由于液氢燃料和航空煤油在储存特性和体积能量密度上的差异，常规布局的飞机并不适用于使用液氢作为燃料。液氢燃料的使用势必将对飞机构型带来巨大改变，一方面来源于更大的液氢存储空间需求，储氢罐将侵占用于客舱或货舱的空间，若增大机身容积或者使用外部存储装置，则造成飞机的浸润面积增加，同时增加了飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比下降，将极大的抵消液氢燃料高能量密度的优势；另一方面来源于取消了航空煤油后，液氢不适于布置在狭长的机翼内部，丧失了传统飞机燃油对于机翼的卸载作用，将导致机翼结构增重，降低商用飞机的经济性。
3.针对上述问题，本技术提出一种液氢燃料飞机，及液氢燃料飞机的设计方法。


技术实现要素：

4.为了解决所述现有技术的不足，本技术提供了一种液氢燃料飞机，所述飞机包括机身、以及两个机翼，所述机身和所述机翼的后端分别设有储液氢舱，两个所述机翼分设在所述机身的两侧，且两个所述机翼一端连接所述机翼的前端，且与所述机身大致成一锐角，以形成锐角状的飞机前端。本技术液氢燃料飞机能够增大储液空间，且锐角状的飞机前端可减少飞机的阻力，减少飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比上升，且提高飞机的经济性。
5.本技术所要达到的技术效果通过以下方案实现：
6.第一方面，本技术提供一种液氢燃料飞机，所述飞机包括机身、以及两个机翼，所述机身和所述机翼的后端分别设有储液氢舱，两个所述机翼分设在所述机身的两侧，且两个所述机翼一端连接所述机翼的前端，且与所述机身大致成一锐角，以形成锐角状的飞机前端。
7.进一步地，所述机身设有第一储液氢舱，所述第一储液氢舱设置在所述机身后端，且位于所述机身与所述机翼未连接的部分。
8.进一步地，所述机翼设有翼尾部，所述翼尾部从所述机翼往远离所述机身的方向延伸，所述机翼设有第二储液舱，所述第二储液舱设置在所述机翼的后端，且设于所述翼尾部的前端。
9.进一步地，所述机身上设有两个涡轮，两个所述涡轮设于机身上方的两侧，且靠近所述第一储液氢舱设置，所述第一储液氢舱储存的液氢用于驱动所述涡轮。
10.进一步地，两个所述第二储液舱分别与所述第一储液氢舱相连。
11.进一步地，所述机翼设有客舱，所述客舱设有座位，所述座位从所述机翼前端往后呈阵列排布。
12.进一步地，所述机翼设有货仓，所述货仓位于所述客舱与所述第二储液氢舱之间。
13.第二方面，本技术提供一种液氢燃料飞机设计方法，应用于如第一方面所述的液氢燃料飞机，所述方法包括：
14.获取所述液氢燃料飞机的航程要求；
15.根据所述航程要求确认储液氢舱的总体积；
16.将所述储液氢舱设置在机身和机翼的后端。
17.可选地，所述液氢燃料飞机设计方法还包括：
18.获取所述液氢燃料飞机的座位数量、单个座位所占体积、以及机翼和机身的尺寸；
19.根据所述座位数量、单个所述座位所占体积、以及所述机翼和所述机身的尺寸，确认客舱的尺寸；
20.根据所述客舱的尺寸，将所述客舱设置在所述机翼外侧。
21.可选地，所述液氢燃料飞机设计方法还包括：
22.获取所述液氢燃料飞机的货舱装载量、以及应急撤离数值；
23.根据所述货舱装载量，将货舱设置在所述客舱与第二储液氢舱之间；
24.根据所述应急撤离数值，确认客舱门、应急出口的数量；
25.将所述客舱门均匀设置在所述客舱的外侧、所述应急出口均匀设置在所述客舱的内侧。
26.本技术具有以下优点：
27.本技术一种液氢燃料飞机，所述飞机包括机身、以及两个机翼，所述机身和所述机翼的后端分别设有储液氢舱，两个所述机翼分设在所述机身的两侧，且两个所述机翼一端连接所述机翼的前端，且与所述机身大致成一锐角，以形成锐角状的飞机前端。本技术液氢燃料飞机能够增大储液空间，且锐角状的飞机前端可减少飞机的阻力，减少飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比上升，且提高飞机的经济性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本技术一实施例中所述液氢燃料飞机的结构示意图；
30.图2为本技术一实施例中所述液氢燃料飞机的又一结构示意图；
31.图3为本技术一实施例中所述液氢燃料飞机设计的流程图；
32.图4为本技术一实施例中所述液氢燃料飞机设计的又一流程图；
33.图5为本技术一实施例中所述液氢燃料飞机设计的又一流程图。
34.附图符号说明：1、机身；11、第一储液氢舱；12、涡轮；2、机翼；21、翼尾部；22、第二储液氢舱；23、客舱；24、货仓。
具体实施方式
35.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.现有技术中，由于液氢燃料和航空煤油在储存特性和体积能量密度上的差异，常规布局的飞机并不适用于使用液氢作为燃料。液氢燃料的使用势必将对飞机构型带来巨大改变，一方面来源于更大的液氢存储空间需求，储氢罐将侵占用于客舱或货舱的空间，若增大机身容积或者使用外部存储装置，则造成飞机的浸润面积增加，同时增加了飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比下降，将极大的抵消液氢燃料高能量密度的优势；另一方面来源于取消了航空煤油后，液氢不适于布置在狭长的机翼内部，丧失了传统飞机燃油对于机翼的卸载作用，将导致机翼结构增重，降低商用飞机的经济性。针对上述问题，本技术提出一种液氢燃料飞机，所述飞机包括机身、以及两个机翼，所述机身和所述机翼的后端分别设有储液氢舱，两个所述机翼分设在所述机身的两侧，且两个所述机翼一端连接所述机翼的前端，且与所述机身大致成一锐角，以形成锐角状的飞机前端。本技术液氢燃料飞机能够增大储液空间，且锐角状的飞机前端可减少飞机的阻力，减少飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比上升，且提高飞机的经济性。
37.下面结合附图，详细地说明本技术非限制性的实施方案。
38.如附图1，示出了本技术一实施例中，所述液氢燃料飞机的结构，所述飞机包括机身1、以及两个机翼2，所述机身1和所述机翼2的后端分别设有储液氢舱，两个所述机翼2分设在所述机身1的两侧，且两个所述机翼2一端连接所述机翼2的前端，形成两个机翼2与一个机身1融为一体的三机身1融合式布局式飞机，且所述机翼2与所述机身1大致成一锐角，以形成锐角状的飞机前端。所述机翼2和所述机身1均设有储液氢舱位可增加储液氢舱的空间，两个所述机翼2与所述机身1大致成一锐角，可减少飞机的压差阻力和摩擦阻力，飞机的巡航升阻比上升，且使飞机的燃料燃烧更环保，也提高飞机的经济性。此外，储液氢舱分布式布置于飞机各可利用空间，有利于重心调整，提高能源系统可靠性。
39.在一示例中，如附图2所示，所述机身1设有第一储液氢舱11，所述第一储液氢舱11设置在所述机身1后端，且位于所述机身1与所述机翼2未连接的部分。所述机身1后端的高度较小，且空间窄小，较难设计客舱23或是货仓24。由于液氢为液体，液氢罐可适应机身1后端的形状设计。将所述第一储液氢舱11设置在机身1后端，即可利用机身1后端的空间，亦可以增加储液氢舱空间，无需增大飞机的体积，造成飞机的浸润面积增加。
40.在所述机身1设有第一储液氢舱11，所述第一储液氢舱11设置在所述机身1后端，且位于所述机身1与所述机翼2未连接的部分的设计基础上，所述机翼2设有翼尾部21，所述翼尾部21从所述机翼2往远离所述机身1的方向延伸，所述机翼2设有第二储液舱，所述第二储液舱设置在所述机翼2的后端，且设于所述翼尾部21的前端。同样地，所述机翼2后端的高度较小，且空间窄小，较难设计客舱23或是货仓24。由于液氢为液体，液氢罐可适应机翼2后端的形状设计。将所述第二储液氢舱22设置在机翼2后端，即可利用机翼2后端的空间，亦可以增加储液氢舱空间，无需增大飞机的体积，造成飞机的浸润面积增加。
41.在一示例中，所述机身1上设有两个涡轮12，两个所述涡轮12设于机身1上方的两
侧，且靠近所述第一储液氢舱11设置，所述第一储液氢舱11储存的液氢用于驱动所述涡轮12。所述涡轮12将燃烧室流出的高温、高压燃气的大部分能量转变为机械功，使涡轮12高速旋转并产生大的功率，由涡轮12轴输出。涡轮12输出的机械功可用来驱动风扇、压气机、螺旋桨、桨扇，以使飞机起飞。燃料室需要液氢作为燃料进行燃烧以给所述涡轮12提供高速旋转的驱动力。两个所述涡轮12靠近所述第一储液氢舱11设置，便于所述第一储液氢舱11给所述燃烧室提供燃料，以将燃料燃烧的能量提供给涡轮12。
42.在一示例中，两个所述第二储液舱分别与所述第一储液氢舱11相连，两个所述第二储液氢舱22可在所述第一储液氢舱11中的液氢使用完后，给所述第一储液氢舱11运送液氢，以保证第一储液氢舱11和第二储液氢舱22能在飞机飞行时，给飞机提供燃料。此外，所述第一储液氢舱11位于飞机后端，距离该布置方法的燃料舱较近，减少了管路长度、减轻管路重量。
43.在一示例中，所述机翼2设有客舱23，所述客舱23设有座位，所述座位从所述机翼2前端往后呈阵列排布。所述客舱23设置在机翼2，机翼2厚度增大，机翼2能提供舒适的空间。所述机翼2前端往后呈阵列排布布置客舱23，实现了增大内部存储空间和提高气动效率的效果。
44.进一步地，所述机翼2设有货仓24，所述货仓24位于所述客舱23与所述第二储液氢舱22之间。更高效的利用机身1上的空间装载货物，货舱门可以布置在机身1外侧，且货物装卸更为方便。客舱23区域较为集中，提高了机组服务效率，客舱23与货舱布置于同一气密舱内纵向排布，客舱23在前货舱在后，既能减轻了额外布置气密舱结构重量，又能最大限度发挥融合体厚度较小的气动优势。
45.如附图3，示出了本技术一实施例中液氢燃料飞机设计方法，所述方法运用于飞机布局的设计，客舱、货舱、燃料舱布置，实现飞机内部空间的高效利用、应急撤离的适航符合性以及应急撤离速度的提高。所述液氢燃料飞机设计方法包括：
46.s101：获取所述液氢燃料飞机的航程要求。
47.飞机在生产前都会确定所述飞机的航程要求，即该飞机最大能飞行多少里程，最大里程消耗飞机多少燃料。那么在设计飞机时，首先获取飞机的航程，便于确定储液氢舱的体积或空间尺寸。
48.s102：根据所述航程要求确认储液氢舱的总体积。
49.了解飞机的航程，可根据每航程消耗多少液氢，来计算飞机最大航程需要消耗的液氢体积。那么可以将所述储液氢舱设计成至少能容纳最大航程所消耗的液氢体积，以保证飞机能飞行最大的航程。
50.s103：将所述储液氢舱设置在机身和机翼的后端。
51.根据航程确定储液氢舱的总体积或是总空间后，为了有更多的空间设置储液氢舱，将所述储液氢舱设置在机身和机翼的后端，因为机身和机翼后端不方便设置客舱和货仓，为了利用这些空间，可将空间形状可兼容性强的储液氢舱设置在机身和机翼的后端。
52.液氢燃料一般存储与类圆柱体形状的罐体中，且需要有有效手段对布置空间的温度进行控制。因飞机三机身融合式布局，因此将液氢燃料亦布置在机身和机翼的后端区域，以达到减少管路长度、减轻管路重量的效果。
53.在一实施例中，如附图4所示，所述液氢燃料飞机设计方法还包括：
volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
71.处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是isa(industry standard architecture，工业标准体系结构)总线、pci(peripheral component interconnect，外设部件互连标准)总线或eisa(extended industry standard architecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
72.存储器，用于存放执行指令。具体地，执行指令即可被执行的计算机程序。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供执行指令和数据。
73.在一种可能实现的方式中，处理器从非易失性存储器中读取对应的执行指令到内存中然后运行，也可从其它设备上获取相应的执行指令，以在逻辑层面上形成液氢燃料飞机设计方法。处理器执行存储器所存放的执行指令，以通过执行的执行指令实现本技术任一实施例中提供的液氢燃料飞机设计方法。
74.上述如本技术图3-5所示实施例提供的液氢燃料飞机设计方法执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
75.结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
76.本技术实施例还提出了一种可读介质，该可读存储介质存储有执行指令，存储的执行指令被电子设备的处理器执行时，能够使该电子设备执行本技术任一实施例中提供的液氢燃料飞机设计方法，并具体用于执行上述液氢燃料飞机设计方法。
77.前述各个实施例中所述的电子设备可以为计算机。
78.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或软件和硬件相结合的形式。
79.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
80.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的
包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
81.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。