垂直起落微型飞行器的发展及关键技术

垂直起落微型飞行器是近几年新兴的飞行器,由于它的微型化、操作方便、适用范围广等优点,受到越来越多的关注。本文综述了近年来垂直起落微型飞行器的应用及某些发展成果,着重分析了发展这种飞行器所需要的关键技术及其发展途径。     

高速直升机方案研究

对目前三种主流高速直升机——复合式、倾转旋翼／机翼式和转换式进行了综合分析；根据发展态势，比较了它们的构型、性能及关键技术等方面的优缺点，并对可行性进行了讨论。在此基础上．提出了一种旋翼／机翼转换式高速直升机方案，并对此方案进行了旋翼系统的原理性试验，对关键技术——模式转换过程进行了理论计算和试验研究。验证了直升机模式和飞机模式在相互转化过程中升力、功率和操纵的平滑连续性及保持操稳性；最后，根据研究结果，经过计算得出了此方案的总体参数。     

适合机动飞行的旋翼气动模型研究

为改善对旋翼空气动力他轴响应的预测,在旋翼气动模型中引入时变的尾迹弯曲参数K_R,以体现机动旋翼的尾迹畸变效应.与已有方法相比,该模型的计算结果更为接近实验数据.还建立了动态尾迹畸变模型,并分析了计入尾迹收缩效应的必要性.结果表明,为了正确计算机动飞行中的旋翼气动力,特别是操纵的他轴响应,应当在模型中采用随状态变化的尾迹弯曲参数K_R.      

贴地飞行的旋翼尾迹研究

本文研究了贴地飞行的重要气动问题—地面涡现象。通过对旋翼近地尾迹的分析,建立了计算地面涡的离地高度、纵向位置和强度的计算模型、公式和方法,并以此计算了桨盘处诱导速度分布。计算结果与实验值作了比较,达到了相当好的一致性。     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析

考虑了铰接式旋翼桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用,将直升机机身和传动轴作为弹性体。通过构造一种特殊的24自由度刚柔混合单元得到旋翼/机身耦合系统的周期时变动力学方程,根据Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究。计算结果表明,旋翼轴的截面刚度对旋翼/机身耦合系统的气动/机械稳定性有一定的影响。      

轴向运动粘弹性板横向振动分析的有限差分方法

研究轴向运动粘弹性矩形薄板的横向振动特性.根据牛顿第二定律建立了偏微分控制方程,采用有限差分法,计算四边简支边界条件下粘弹性板的无量纲固有复频率.重点讨论了矩形薄板的粘弹性系数、轴向无量纲运动速度对其横向振动特性的影响.     

电控旋翼稳态操纵响应研究

电控旋翼是于21世纪初提出的一种新概念旋翼系统。为探索其操纵规律,首先给出电控旋翼的理论计算模型。以此为基础,对SA349基准电控旋翼的稳态操纵响应进行了计算分析。得出结论:(1)襟翼操纵可有效改变桨叶桨距,时滞约为1/10旋转周期;(2)前飞状态下,襟翼总距操纵会产生周期变距效应;(3)襟翼周期变距操纵响应与传统旋翼类似。在原理性电控旋翼系统上,进行了悬停和前飞状态下襟翼的总距和周期变距操纵试验。通过对操纵响应试验结果的对比分析,证明了理论计算模型的正确性,同时也说明电控旋翼完全可用于旋翼操纵。     

直升机桨叶扬起下坠碰撞动响应计算

针对铰接式旋翼桨叶扬起下坠碰撞问题,采用中等变形梁模型,同时引入有限转角模拟桨叶绕铰的刚性运动。运用Hamilton原理建立桨叶扬起下坠碰撞动力学方程,采用隐式Newmark法计算桨叶在有初始挥舞角下的下坠碰撞响应。计算结果与试验数据的对比表明:如果采用定步长的方法计算响应,计算时间较长,计算结果会产生明显的延迟。为了解决上述问题,在碰撞前后设置了一碰撞缓冲区,采用了变步长的方法强制计算点在跳过此缓冲区时必须进入该区。此法在计算桨叶扬起下坠碰撞动响应时,能较好的解决计算延迟问题,计算时间大大减少,计算结果与试验数据吻合较好。     

直升机的革命在于旋翼技术革新——集成旋翼集拉力、动力、操纵于一体

直升机既可空中悬停、垂直升降，又能够向任何一个方向飞行。这种特有的飞行能力使其在航空器大家族中独树一帜，而旋翼系统是直升机具备上述能力的核心所在，也是直升机技术革命的关键。     

直升机旋翼/机身气动干扰的计算方法

应用先进的自由尾迹分析方法，对旋翼／机身的气动干扰进行了计算。该方法建立在桨叶的二阶升力线模型、旋翼的全展自由尾迹模型、机身的源面元模型、旋翼的配平模型的基础上，通过迭代旋翼／尾迹在机身上的诱导速度和机身在桨盘平面、尾迹定位点的诱导速度，形成一个作耦合的综合分析模型。在该模型中，采用“数值解－分析解匹配”的方法建立了一贴近涡／面干扰模型来计入机身对尾迹畸变的影响。作为算例，分别计算了旋翼／机身组合