Analisis Kritis dan Novelty Performance Assessment

 

A Physics-Based Multidisciplinary Approach for the Preliminary Design and Performance Analysis of a Medium Range Aircraft with Box-Wing Architecture

Penulis : Karim Abu Salem, Vittorio Cipolla, Giuseppe Palaia, Vincenzo Binante and Davide Zanetti

Aerospace 2021, 8(10), 292 https://doi.org/10.3390/aerospace8100292

Pengulas :

Nama        : Anggy Marthania Tatyanty Putri

Nim          : 210321606912

Offering    : B

Prodi         : S2 Pendidikan Fisika

Abstrak

The introduction of disruptive innovations in the transport aviation sector is becoming increasingly necessary. This is because there are many very demanding challenges that the transport aviation system will have to face in the years ahead. In particular, the reduction in pollutant emissions from air transport, and its impact on climate change, clearly must be addressed; moreover, sustainable solutions must be found to meet the constantly increasing demand for air traffic, and to reduce the problem of airport saturation at the same time. These three objectives seem to be in strong contrast with each other; in this paper, the introduction of a disruptive airframe configuration, called PrandtlPlane and based on a box-wing lifting system, is proposed as a solution to face these three challenges. This configuration is a more aerodynamically efficient alternative candidate to conventional aircraft, introducing benefits in terms of fuel consumption and providing the possibility to increase the payload without enlarging the overall aircraft wingspan. The development and analysis of this configuration, applied to a short-to-medium range transport aircraft, is carried out through a multi-fidelity physics-based approach. In particular, following an extensive design activity, the aerodynamic performance in different operating conditions is investigated in detail, the structural behaviour of the lifting system is assessed, and the operating missions of the aircraft are simulated. The same analysis methodologies are used to evaluate the performance of a benchmark aircraft with conventional architecture, with the aim of making direct comparisons with the box-wing aircraft and quantifying the performance differences between the two configurations. Namely, the CeRAS CSR-01, an open-access virtual representation of an A320-like aircraft, is selected as the conventional benchmark. Following such a comparative approach, the paper provides an assessment of the potential benefits of box-wing aircraft in terms of fuel consumption reduction and increase in payload capability. In particular, an increase in payload capability of 66% and a reduction in block fuel per pax km up to 22% is achieved for the PrandtlPlane with respect to the conventional benchmark, while maintaining the same maximum wingspan. 

Keywords: box-wing; PrandtlPlane; disruptive aircraft; innovation; future aviation

Analisis Kritis

Metode Penelitian: Penelitian ini menerapkan metode pendekatan multidisiplin berbasis fisika, yang melibatkan integrasi berbagai disiplin ilmu seperti aerodinamika, struktur, dan kinerja penerbangan dalam proses desain dan analisis.
Desain Penelitian: Desain penelitian yang digunakan adalah desain eksperimental, melakukan simulasi dan analisis kinerja untuk mengevaluasi efektivitas arsitektur sayap kotak pada pesawat jarak menengah.
Jenis Penelitian: Jenis penelitian ini adalah penelitian desain dan rekayasa yang berfokus pada pengembangan dan evaluasi konfigurasi pesawat baru untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja.
Variabel Terikat: Variabel terikat dalam penelitian ini adalah kinerja pesawat, yang mencakup aspek-aspek seperti kapasitas muatan, konsumsi bahan bakar, dan efisiensi aerodinamis.
Instrumen Penelitian: Instrumen yang digunakan meliputi perangkat lunak simulasi dan alat analisis berbasis fisika untuk melakukan perhitungan dan evaluasi terhadap desain pesawat dengan arsitektur sayap kotak.
Subjek Penelitian: Subjek penelitian adalah desain pesawat jarak menengah dengan arsitektur sayap kotak, yang dianalisis dan dibandingkan dengan desain pesawat konvensional untuk menilai keunggulannya.

Novelty

Kebaruan utama dari artikel ini terletak pada integrasi mendalam berbagai disiplin ilmu dalam proses desain awal. Pendekatan holistik ini memungkinkan identifikasi dan pemecahan masalah potensial sejak tahap awal desain, yang dapat mengarah pada efisiensi yang lebih besar dalam pengembangan pesawat.
Meskipun konsep sayap kotak bukanlah hal baru, penerapannya pada pesawat jarak menengah dengan pendekatan berbasis fisika yang komprehensif jarang ditemukan dalam literatur. Artikel ini memberikan kontribusi signifikan dengan mengeksplorasi potensi arsitektur sayap kotak dalam meningkatkan efisiensi aerodinamika dan kinerja keseluruhan pesawat.
Metodologi Desain yang Dapat Direplikasi: Pendekatan metodologis yang disajikan dapat direplikasi atau disesuaikan untuk penelitian dan pengembangan desain pesawat lainnya, baik dengan konfigurasi sayap kotak maupun konfigurasi non-konvensional lainnya.