可垂直起降固定翼飛行器概念設計研究.pdf

1、將傳統(tǒng)固定翼飛行器的高效巡航能力和直升機的任意場地垂直起降能力相結(jié)合，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)復雜自然條件下的快速起降，而且能夠高效地執(zhí)行遠程應急飛行任務，在海島、山地、城市等無固定起降場地的特殊條件下，完成較大范圍的應急空中信息支援任務。兼具這兩種能力的飛行器被稱為混合型飛行器，是當前世界各國研究的前沿和熱點領域之一。
　　由于垂直起降和固定翼飛行兩工作點技術特征差別較大，已有的混合模式飛行方案往往采用推力部件冗余或可變結(jié)構的手段來對兩個工

2、作點進行實現(xiàn)，其系統(tǒng)復雜性帶來的可靠性和效率問題一直制約其在中小型飛行器上的應用。跳出固有設計模式，探索簡化和優(yōu)化的混合型飛行器設計方法，尋求技術路線和總體設計思想上的創(chuàng)新是本文研究和探索的重要課題。
　　本文通過分析指出了制約混合模式飛行器發(fā)展的主要矛盾：垂直起降和固定翼飛行兩種工作模式對推力大小和方向的需求存在巨大差異，且傳統(tǒng)的固定翼和旋翼飛行器的總體設計方法之間不可調(diào)和，使得二者兼顧的方案引入了復雜的可變機構和不合理的折中，

3、造成了大量廢重、可靠性問題和效率下降。本文將兩飛行模式區(qū)別對待，并不強調(diào)兩工作點的優(yōu)化，而是提出單一工作點優(yōu)化和輔助工作點可實現(xiàn)的非平衡兩工作點設計思路，將混合型飛行器定位為可垂直起降固定翼飛行器，以滿足一類對長時間懸停無特殊要求的應急應用需求。
　　為避免由系統(tǒng)復雜性帶來的一系列問題，并追求更高的固定翼飛行性能，本文首先提出了一種結(jié)構固定且簡單的非對稱 Y型布局，系統(tǒng)具有自身模式轉(zhuǎn)換的控制力矩，且采用分布式/混合推進和結(jié)構復用思

4、想，縮小了主推進器兩種模式下的推力差異，減少了從推進器巡航模式下的廢重，系統(tǒng)整體可靠性和效率大大增強。
　　其后本文以固定翼巡航模式為設計工作點，參考固定翼飛行器特性，完成了對部件幾何和氣動的建模以及對三通道靜穩(wěn)定性的分析，建立了部件與部件、部件與整機之間的幾何和氣動聯(lián)系，并探索了斜尾與垂尾之間的協(xié)調(diào)設計思路。對垂直飛行工作點要求可實現(xiàn)，在非對稱 Y型布局定量分析和涵道風扇軸流、非軸流以及風車軸流、非軸流四種模型的基礎上，建立了主

5、、從涵道風扇間幾何、力和功率關系，探索了主、從涵道風扇的協(xié)調(diào)設計思路；并分析對比了涵道風扇系統(tǒng)產(chǎn)生傾轉(zhuǎn)力矩與尾翼產(chǎn)生的傾轉(zhuǎn)力矩，為后面的模式轉(zhuǎn)換策略設計研究奠定了基礎。
　　最后本文對飛行器各部件重量進行了建模，結(jié)合前文的幾何、氣動和穩(wěn)定性模型分析了各部件對飛行器總重的貢獻大小和影響特性，建立了飛行器概念設計的閉環(huán)；分別針對偵察應用需求和偵察打一體化應用需求對10kg載荷和50kg載荷的飛行器進行了優(yōu)化，獲得了符合設計指標、穩(wěn)定性