更高的燃油效率、更低的排放是飛機設計師永恒的追求。如今，加拿大的設計師發現，對于支線客機和噴氣公務機等中小型民用飛機而言，設計相比于傳統管狀機身加機翼布局更加高效的布局面臨更大的挑戰。研究人員發現，大型民用飛機（譬如目前的寬體飛機）采用翼身融合（BWB）等非傳統布局具有更高的氣動和結構效率，對于支線飛機等小型飛機來說可能需要尋找其它更好的構型。
目前，加拿大民機工業在支線客機和噴氣公務機領域有著非常成功的產品，正在向窄體客機領域進軍，所以加拿大航空界將航空科技的研究重點聚焦在了如何提高小型民機（相比寬體飛機）的效率上來。
傳統布局，桁架支撐機翼布局，盒式翼布局，翼身融合布局。
加拿大多倫多大學航空宇航學院（UTIAS）正在開展未來中小型民機創新布局的研究。在7月份華盛頓舉行的AIAA2016航空大會上，UTIAS展示了他們的研究成果。研究表明，支線客機采用升力機身布局（LFC）能夠獲得高達8.2%的燃油效率提高。LFC布局相比傳統管狀機身加機翼布局有著更大的機身中心體，機身可提供更多的升力。
1、UTIAS開展高效氣動布局研究發現—BWB布局更加適合大型民用飛機
UTIAS的研究人員采用氣動外形優化（ASO）技術研究了幾種不同的布局，分別是管狀機身加機翼布局、BWB布局和LFC布局，并將這些布局分別應用在100座級支線飛機、160座級窄體客機、220座級寬體客機和300座級寬體客機上進行了對比研究，研究發現：BWB布局可以提高大型飛機的燃油效率，對于小型飛機帶來的燃油效率收益微乎其微；升力機身布局結合了BWB和管狀機身加機翼布局的特點；100座級支線飛機采用升力機身布局預計可帶來6-8%的燃油消耗降低。
近些年，BWB布局由于其較高的氣動和結構效率帶來的燃油改善潛力點燃了了眾多研究機構和制造商的研究熱情。但受其固有設計特點的限制，包括大大增加的客貨艙容積，波音、NASA和其它眾多機構已經將BWB布局研究聚焦于大型飛機。
根據UTIAS的分析，BWB布局的性能隨著飛機尺寸的減小而降低，這個規律同之前NASA和其它機構的研究結果一致。相比傳統布局寬體飛機，BWB布局可降低燃油消耗10.9%，而相比傳統布局支線飛機，BWB布局基本沒有燃油收益。
2、UTIAS提出更加適合支線飛機等小尺寸飛機的布局——升力機身布局
UTIAS的研究人員表示，BWB布局經常被提到的優勢之一是相比傳統管狀機身加機翼布局有著更低的浸濕面積，浸濕面積是指飛機與氣流的接觸面積，與阻力直接相關，因此，更低的浸濕面積意味著阻力更低。經研究發現，這一優勢對于大型飛機來說更加明顯，但是對于支線和窄體干線飛機來說，BWB布局的浸濕面積要高出14-18%。
研究人員使用ASO方法，以浸濕面積最小化為目標，對傳統布局飛機優化后得到了升力機身布局，對于支線和窄體干線飛機，這種布局呈現出細長的機身中心體和獨特的機翼特點——即LFC布局；對于寬體客機，則呈現出BWB布局的顯著特征。
相比BWB布局，盡管LFC布局機身較窄，但機身中心體也承擔了25-32%的升力，雖然比機身承擔31-43%總升力的BWB布局稍低，但比傳統管狀機身承擔的12-13%還是高了不少。UTIAS將LFC布局同麻省理工學院設計的D8雙氣泡機身布局進行了對比，D8的機身中心體承擔了19%的升力，UTIAS的研究人員介紹，“LFC布局結合了BWB和D8的特點。它機身產生的升力大于D8，同時又保持了機身和機翼之間的光滑過渡?！?/span>
在LFC布局支線飛機中，貨艙布置在客艙外部，即機翼機身過渡段。UTIAS研究認為，比較合理的機身中心線相對厚度應為9.6-11.2%。此外，UTIAS目前的研究主要是找到最優布局的趨勢而不是細節優化，因此優化中施加的約束較少，也沒有考慮尾部構型和發動機位置等因素。
3、支線飛機LFC布局帶來燃油消耗收益的根本原因是提高了浸濕展弦比
實際上，真正影響布局氣動效率的參數是浸濕展弦比（展弦比與浸濕面積比的比值），因為更高的浸濕展弦比意味著更低的誘導阻力。因此，LFC布局帶來燃油效率提高的真正原因是提高了浸濕展弦比。
根據計算，BWB布局支線飛機相比傳統布局浸濕面積增加了14%，雖然LFC布局將這個值降到了10%，但浸濕面積相對傳統布局還是增加了，但隨之也帶來了展長的增加，總的效果是浸濕展弦比增大了43%。
UTIAS的分析表明，假定巡航高度為10972米，LFC布局的100座級支線飛機巡航燃油消耗可降低6.1%。如果巡航高度上升至對應更高展弦比的13411米，油耗降低幅度增加至8.2%。
研究人員最終得出結論：升力機身布局非常適合小型飛機，而BWB布局對這個級別的飛機幾乎無法帶來收益。研究人員還表示，LFC布局需要采用非圓形增壓艙，由此會帶來一定的重量增加，但這可一定程度上通過采用先進的結構設計，比如縫合復材結構來解決。
（航空工業發展研究中心 王元元）
